摘 要：几千平米高大恒温车间工艺空调，尤其是温度的均匀性，一直是暖通行业研究解决的课题。由于在工作中遇到了这样的项目，通过翻阅大量国内外资料，为了获得稳定均匀的温度场，确定利用一种适用于高大空间的空调射流系统。这种系统，在国外已经被广泛采用。该文结合工程实例，介绍了这种特殊的系统。期望对今后类似的高大空间恒温空调设计有所帮助。
关键词：恒温车间 均匀温度场 空调射流系统
中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（b）-0089-03
随着现代工业的不断发展，生产工艺不断进步，对产品的精度要求也越来越高。例如工作机器温度如有1 ℃的变化，线性长度每米大约会有0.01 mm的伸缩，而这0.01 mm的伸缩就可能引起不良品率的上升。因此，为保证产品质量，现在一些精密加工车间对环境的温湿度提出了非常高的要求，恒温恒湿已不再局限于测量室、检测室等小面积空间。而高大空间厂房的恒温恒湿空调如何获得稳定均匀的温度场，一直是生产工艺空调的难点。按照传统空调方案，高换气次数带来的高成本和实施难度都是难以解决的问题。文章结合工程实例，介绍一种适合高大空间的特殊的空调系统——空调射流系统，即采用高速射流方式，诱导周围空气，带动空气流通，形成稳定均匀的温度场。
1 工程概况及设计要求
此工程为某精密机械有限公司的新建厂房工程，位于江苏常州开发区，主要生产工业机器人精密减速机，是日资企业。该工程占地面积12 000 m2，建筑面积14 000 m2。主厂房分为3个车间：分别为60 m×50 m，面积为3 000 m2的精加工车间；60 m×40 m，面积为2 400 m2的装配车间；以及60 m×13.5 m，面积为810 m2的零件分配车间。吊顶高度均为7 m。高度4.3 m处有生产工艺用架台。生产工艺要求高度4 m范围内温度25 ℃±1 ℃，湿度没有要求。垂直方向4 m内的温度梯度要小于1 ℃。室内要求维持正压。简而言之，此项目是一个大空间恒温室。因各车间的环境要求相同，因此以下仅以精加工车间为例进行说明。精加工车间机器发热量为777 kW，达到259 w/m2。经负荷计算，夏季总余热为1 020 kW，车间全年需要供冷。
2 空调系统的确定
2.1 设计难点分析
这个项目空调的最大难点就是面积大，空调冷负荷大，有效高度高。在高度及水平方向都容易产生温差，而生产工艺恰恰要求温度场要稳定均匀。对于温度精度要求较高的恒温室，为了满足温度均匀的要求，传统空调常采用全空气系统，孔板上送下回的气流组织方式。对于恒温实验室、恒温检测室等面积比较小的房间，这种空调方式比较适宜，而对于几千平米的大车间，采用如此大面积的孔板却是不现实的。
不仅因为空调冷负荷大，会引起换气量大，为了温度的均匀性，不同的温度精度需要与之相适应的室内空气循环次数。根据国内外相关资料，±1 ℃的恒温室，推荐室内空气循环次数约20～30 次/h，这就使得空调处理设备及风管尺寸都非常庞大，不仅本身投资大，占用较多水平和高度空间，而且高大厂房的梁高和行车本身也会占据较大的高度空间，再因为尺寸巨大的风管与之交叉，往往为了保证生产工艺的空间高度要求，不得不增加层高，土建投资也会大幅度增加。同时众多的出风口的位置也常常受到限制，难以满足获得均匀温度场的空调要求。为此，我方查阅了大量国外技术资料，借鉴国外类似工厂的案例，采用了一种适用于大空间高精度的空调系统——空调射流系统，在保证温度场均匀的前提下，节省了大量的初投资和运行费用，也有效地节省了水平及高度空间。
2.2 空调射流系统介绍
空调射流系统是瑞士弗莱克公司为改善船舶机器室的作业环境而开发的一种空调通风方式。由空调箱、小风量高静压射流风机、小直径风管和高速喷嘴组成。其主要运用理论来自空气动力学中高速喷流的扰动特性。处理过的空气由喷嘴高速喷出。这种高速喷流能够有效地诱导周围静止的空气，而带动空气流通，喷流的中心速度由喷嘴出口点起逐渐减低，但是喷流宽度逐渐增加，所诱导周围的空气量也逐渐增加（见图1）。
根据实测，诱导风量可达到喷嘴出风量的50～60倍。因此这种空调系统能使室内高度及水平方向的温度差减小，达到温度均匀的效果。小风量也避免了大型风管的使用。在国外，作为一种高大空间的特殊空调通风系统，已被广泛地应用于工场、车库，以及体育馆展示场等高大空间建筑。如松下电工株式会社的分水工厂、三洋电机株式会社的东京制作所、东京国际展示场等工业及民用建筑。
3 射流系统的实际应用
3.1 整体空调通风方案及参数
为了减少大尺寸风管以及获得均匀的温度场，并考虑了车间的特点，最终空调整体方案确定为：末端空调箱的循环空调系统+空气射流系统+独立新风系统+排风系统（见图2）。即新风单独处理，车间的冷负荷由空调箱负担，温度场的均匀则由空气射流系统完成，气流组织方式为上送下回。
末端的空调箱布置在工艺用高度4.3 m的葡萄架台上，均匀分布在车间内，共33台。出风口采用喷口，回风口则设置于地面高度0.5 m处，利用车间的H钢柱固定回风立管。冷量33 kw出风参数为17 ℃，81%。新风机10 600 m3/h×3台，出风参数为t=18℃，φ=95%。为保证正压，排风机为5 300 m3/h×3台。（计算省略）
3.2 空调射流系统
该项目采用了日本Floda有限公司的空调射流系统的产品。按照车间内0.6次/h风量选择高静压风机。风机参数为1 150 m/h×1500 Pa×9台。每个喷嘴风量75 m3/h，138个喷嘴均匀的分布在车间吊顶上。喷嘴尺寸为100 mm×30 mm，即与风管连接处直径为100 mm，喷出口处直径为30 mm。
根据Floda有限公司实测，诱导风量是喷嘴出风量的50～60倍，因此，风量为0.6 次/h换气量的高静压风机，引起的车间内空气的实际循环次数可以达到30 次/h，确保温度的均匀性。施工前日本Floda有限公司提供了模拟效果计算。经过近一年的实际运行，完全符合工艺要求。图3为精加工车间空调设备布置的局部图。
4 空调射流系统特点及优势总结
空调射流系统有其独特的优势和特点，具体表现如下。
（1）水平、高度方向的温度差小，对室内的整体来说有良好的温度分布，不仅改善了工作环境，可以达到精密加工作业所需工艺环境。
（2）大尺寸风管及风口的布置安装会受到许多限制，而此系统因为风量小，风管尺寸小，所以风管走向以及风口的布置自由度高，可以在最需要的位置配置喷嘴。而且小尺寸的风管，不仅对新建筑方便，对于已建的建筑物的改造也能够简单安装使用。
（3）避免大尺寸风管，不仅设备费用降低。层高降低，建筑费用也大幅降低。
（4）因为诱导搅拌作用有效区域温度上升，若用于冬季需要采暖设施的建筑，室内温度上升所要时间缩短，达到节能效果。
（5）这种系统不仅用于工业的恒温室，也可以用在温度要求较高的体育馆、展览厅、室内游泳馆等高大空间民用建筑。
5 结语
文章结合工程实际，介绍了一种特殊的适用于高大恒温车间的空调射流系统，较好地解决了高大空间空调温度场难于均匀的问题，可以为类似工程实例提供方案参考。
参考文献
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