恒温恒湿车间设计（如何保持工业车间恒温）

该工程为厦门市某机械工业厂房轴承清洗区的一间恒温室设计，具体设计参数要求如下：房间吊顶完成面净高为3.5ｍ，房间净尺寸为４ｍ×４ｍ；房间要求温度为20 ℃，波 动幅度为±0.3℃；对湿度为40％～60％，波动幅度为±５％；0.1～2.0ｍ 高度内同一水平面温度变化率不超过0.3℃／ｈ，竖直方向温度梯度无要求。

由于恒温室要求温度波动幅度为±0.3 ℃，不可设置外墙，虽然大车间内有舒适性空调，但与该恒温室的温差大于3℃，因此恒温室的隔墙应设保温层。围护结构传热系数及最小热惰性指标要求如表１所示。

设计时应重点关注热惰性指标 Ｄ，恒温室围护结构的热惰性指标 Ｄ 是体现围护结构温度衰减倍数和延迟时间的量纲一量，Ｄ＝热阻×蓄热系数。 越大，围护结构的热稳定性就越好，越有利于减少恒温室的温度波动。

（1）空调负荷的计算

空调房间的全年负荷及显热负荷由负荷计算软件计算所得，在此不展开叙述。

（2）送风温差及气流组织

基于恒温室的基准温度及室内热湿比情况，将送风温差设定为３ ℃，气 流 组 织 按 全 面孔板上送 风、下回风设计，工作区风速为0.20～0.25ｍ／ｓ。

设计时需要进行全面孔板的设计计算，具体的计算步骤如下：

１）确定孔板送风风速ｖｓ；

２）根 据房间的显热冷负荷Ｑ 和送风温差，计算送风量Ｌｓ；

3）根据送风风速ｖｓ 和送风量Ｌｓ，计算孔口总面积ｋ 及净孔面积比ｒ；

４）确定孔口中心距ｌ和孔口数目ｎ；

５）校核工作区的最大风速ｖｘ，并使其不大于工作区的允许风速；

６）校核工作区最大轴心温差Δｔｘ，并使该值不大于室温允许波动范围；

７）确定稳压层高度ｈｗ。

以上设计步骤看上去一目了然，清晰明确，但该工程在进行全面孔板的设计计算时恰恰出现了问题，问题出现在第５）步，无论如何按常规规格调整孔口直径（4～10ｍｍ），都无法得到合适的工作区风速，计算所得的工作区风速始终超过允许风速0.20０～0.25ｍ／ｓ）。这表明计算的工作区最大轴心温差 Δｔｘ 的结果会大于室温允许波动范围，无法满足设计要求。那么问题究竟出在哪里呢？

为了得到合适的工作区最大轴心温差 Δｔｘ，笔者按上述步骤进行了逆向校核计算，具体做法如下：

１）假设工作区的最大风速ｖｘ满足设计要求，ｘ＝0.25ｍ／ｓ；

２）选取合适的孔口直径ｄｓ＝８ｍｍ，确定孔板送风出口风速ｖｓ；

３）根据ｖｘ和ｖｓ算出净孔面积比ｒ及孔口总面积ｆｋ；

４）根据孔口总面积ｆｋ计算出送风量Ｌｓ；

５）根据送风量Ｌｓ送风温差计算出房间的显热负荷Ｑ′。

将计算得到的显热负荷 Ｑ′与原来由软件计算所得的显热负荷Ｑ 进行比较，发现 Ｑ′比 Ｑ 小了许多，由此可见对于温度波动要求高的空调区域，空调负荷是受限的。为了得到合适的温度场及速度场，要根据工作区的允许风速调整空调冷负荷，改进围护结构的构造方式，使得空调冷负荷满足校核计算所需要得到的结果。

为了将房间的显热负荷调整到需要的数值，要先分析该房间显热负荷的组成，该工程的房间显热负荷Ｑ主要由以下几部分组成：

１）通过围护结构传入室内的热量Ｑ１；

２）工艺设备的散热量Ｑ２；

３）照明散热量Ｑ３；

４）人体散热量（显热）Ｑ４；

５）室内没有正压时，渗透空气带入室内的显热量 Ｑ５。

以上 各 项 中，第 ２）～４）项值基本不可调整，第５）项可以通过设置新风系统和缓冲间来消除其影响，所以可以减少显热负荷的途径只有第1）项。

该项目逆向校核计算得到的显热负荷Ｑ′＝727Ｗ，其 中业主提供的工艺设备散热数据Ｑ２＝75Ｗ，照明负荷计算值 Ｑ３＝71Ｗ，人体散热计算值Ｑ４＝188Ｗ，渗透空气带入室内的显热量计算值Ｑ５＝０。树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。

由此可以推断出围护结构传入室内的热量最大限值Ｑ１＝393 Ｗ。而围护结构负荷由楼板负荷Ｑ１－１、内墙负荷 Ｑ１－２、顶棚负荷 Ｑ１－３组成。中，楼板如不采用保温措施，按钢筋混凝土楼面计算，传热系数取 Ｋ＝2.72 Ｗ／（ｍ２·℃），其负荷已经 高 达 300Ｗ。因 此 按 保 温 楼 板 重 新 试 算，Ｋ降 低 至 表 １ 中 的 限 值 之 下 （Ｋ ＝0.69 Ｗ／（ｍ２·℃）），负荷Ｑ１－１＝77Ｗ。计算内墙负荷时，热系数Ｋ按表１的限值Ｋ＝0.7Ｗ／（ｍ２·℃）算，得到内墙负荷Ｑ１－２＝332Ｗ；计算顶棚负荷时，传热系数按表１的限值 Ｋ＝0.5Ｗ／（ｍ２·℃），＝４计算，得到顶棚负荷 Ｑ１－３＝118Ｗ。三者相加得到的Ｑ１＝77Ｗ＋332Ｗ＋118Ｗ＝527Ｗ＞93Ｗ，不能满足要求，围护结构还需进行改进。

由此提出设置空调隔间的方案，空调隔间设计温度取２０℃，与恒温间无温差传热，恒温间内墙无传热。这样处理之后Ｑ１＝77Ｗ＋118 Ｗ＝195<Ｗ393Ｗ，显热负荷满足要求，工作区的最大风速及工作区最大轴心温差均满足要求。具体做法如图１～３所示。

１）高精度空调恒温室（波动幅度为±0.5 ℃下）设计计算冷负荷时应重点考虑围护结构的传热系数 Ｋ 及热惰性指标Ｄ。可采用逆向校核计算法先算出冷负荷的最大限值，进而采取措施减少冷负荷。该工程中设置的空调隔间及缓冲前室就是为了减少进入恒温室的传热量而采取的有效措施，调隔间及缓冲前室的存在隔绝了周边环境对恒温间的影响，形式简单、施工方便、效果明显。

２）高精度空调恒温室建立合理气流组织是保证温度波动幅度的重要措施，不可以简单地认为一味地增大房间换气次数就可以保证恒温状态。恰恰相反，盲目地增加换气次数，导致工作区风速过大，度波动幅度无法保证，只有尽量减少恒温室的空调冷负荷，减少恒温室的送风量，形成合理的速度场和温度场，才是减小温度波动幅度的有效途径。

３）高精度空调恒温室是精细化的工程，需要设计师在设计过程中对各项指标进行详细计算和反复推敲，同时也要关注建筑、电气等相关专业的参数对空调系统的影响，兼顾施工过程可能遇到的难点，方能使项目达到预期的效果。

免责声明：本文作者 金涟漪，转载内容仅作学习交流之用，所述观点不代表本号立场，其版权归属原作者，如有侵权，联系本号删除