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摘 要 随着经济的不断发展，建筑节能越来越受到人们的高度重视，空调节能作为建筑节能的一个关键环节，空调节能的迫切性逐渐突出。实践证明，高大空间建筑应用分层空调技术具有显著的经济效益。本文对精密加工厂房负荷特性进行了分析，针对夏季工况，分别讨论了设备发热量、设备尺寸、送风速度、风口间距、送风温差各因素对室内的环境影响。
关键词 加工厂房；分层空调；工况计算；负荷计算
中图分类号 TU834.3 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0157-01
随着我国空调技术的飞速发展，其应用日趋广泛，分层空调技术的应用已经从最初的公共建筑发展到工业建筑领域。对于高大厂房仅仅在下部区域进行空调，而对于上部较大的空间不设置空调，而是利用合理的气流组织，仅仅采用一般的通风排热，这样的空调方式称为“分层空调”。实践证明，高大空间建筑应用分层空调技术具有显著的经济效益。
随着机械工业的发展，产品精度不断提高，一些具有精密工艺的产品生产必须在室内的温度、湿度、清洁度等都得到满足的前提下才能完成。由于常规的空调气流组织设计以简单的送风射流运动规律为依据，忽略了风口的位置、尺寸、热源的位置、性质等因素的影响，因此在设计阶段无法预知室内空气温度的分布。因此，针对精密加工厂房负荷特性进行研究，分析精密加工厂房空调能耗特性，推广分层空调技术在精密加工厂房中的应用就显得极其重要。
1 精密加工厂房负荷特性分析
1.1 精密加工厂房分层空调负荷计算
1）空调设计基础资料。经过综合分析，空调设计基础资料应包括精密加工厂房的长、宽、高，窗户个数及尺寸，室内热源，室外气象资料（大气压力、空调室外设计温度、空调室外平均温度等），室内空气计算参数（空调区设计温度、空调区设计相对湿度、空调区风速等），围护结构换热系数（外墙内表面换热系数、屋顶内表面换热系数、地板上表面换热系数等）。
2）厂房分层空调负荷计算。利用分层空调夏季冷负荷计算方法，计算厂房分层空调负荷的步骤为：①计算非空调区的室内温度；②确定分层高度；③计算冷负荷（空调区外围护结构传热形成和内部散热形成）；④计算内部散热量和非空调区外围护结构传热量；⑤计算非空调区和空调区各个内表面的温度；⑥确定非空调区各个面对空调区地板的形态系数；⑦计算辐射热转移量；⑧确定空调区冷负荷。
1.2 精密加工厂房空调负荷和能耗特性研究
由于我国地域辽阔，不去气象条件，不同地区、不同建筑采取相同的节能改造措施，得到的节能改造效果会千差万别，通过对精密加工厂房空调负荷和能耗特性研究，我们可以深入了解夏季分层空调负荷组成，全年动态负荷变化对空调能耗的影响等。
1）夏季分层空调负荷分析。夏季分层空调冷负荷主要由空调区设备得热、空调区外围护结构得热、对热传热和辐射传热组成。通过分析可知，采用分层空调比全室空调可以节约能源，非空调区和空调区的辐射热转移负荷较大，在满足采光条件下，减少外窗面积能减少房间负荷，室内设备发热形成的冷负荷比重最大，并且随着设备数量的增加而增加。
2）全年动态负荷分析。由于周围环境温度的变化，一年四季中同一厂房具有不同的冷负荷、热负荷，因此，在进行空调设计时就要采取动态的方式分析全年负荷变动情况，选取全年最大冷负荷作为空调设计负荷，然后选择空调主机。
2 夏季工况计算分析
2.1 夏季分层空调基本工况模拟分析
为了简化分析，假设传热主要是流体内部传热，不考虑墙体内部的耦合传热、各墙体内壁面之间的相互辐射，在入口处，送风射流参数均匀。
通过对空调室内气流模拟计算分析，得到室内气流分布情况，了解工作区域的速度、温度的分布，从而判断气流分布是否满足精密加工厂房的生产需要。本文根据温度分布和风口断面气流流态分布情况，将全部空间区域分为顶部热滞留区、上部回流区、射流区和下部回流区四个部分。
2.2 夏季工况室内环境影响因素分析
1）设备发热量。在围护结构做好保温的情况下，空调区冷负荷的主要组成是室内设备散热。例如在机械加工中，设备的散热主要有电动机散热、切割散热、电子控制仪器散热等。由于设备之间、设备与周围环境之间存在着热交换的过程，为了简化设备发热对室内气流组织的影响，将一部分热源赋予设备，另一部分赋予地面。当室内热源散热时，热源附近的温度升高，引起热源周围空气扰动，工作区的温度场由送风射流和热气流扰动两部分组成，但是热源对气流的影响具有一定的范围。
2）设备尺寸。在精密加工厂房中，采用空调的主要目的就是满足产品工艺生产的需要，保证设备的正常运转。当空气在流动时遇到设备时气流的流向就要发生变化。因此，为了满足生产的要求，就要求精密加工厂房中的设备始终处于一定的回流区域中。实验表明，设备的阻挡是造成气流温度、速度变化的主要因素。因此，在进行分层高度气流组织计算时，要使设备处于射流下边界1米以下的区域中，这样就能满足设计工况的要求。
3）送风速度。送风速度是实现精密加工厂房中分层空调的重要参数，送风速度过大或过小都不利于实现良好的分层空调。送风速度太大，送风射流的动量增加，不仅产生较大的噪声，而且在中部区域引发强烈的气流碰撞，增强气流扰动。如果送风速度太小，射流射程减小，无法形成隔断气流，则无法实现非空调区域的送风效果。
4）风口间距。对于精密加工厂房而言，要求在工作区上部平行送出多股射流。由于风口的间距影响着多股非等温射流的形成，而多股非等温射流直接影响分层空调的效果。分析结果表明，当减小喷口间距时，多股射流在出口不远处汇合，射流相互掺混，覆盖面较广，从而形成较好的隔断气流，在工作区域能形成良好的速度、温度分布。当增大喷口间距时，射流混合点靠后，不能形成良好的隔断气流，从而工作区域的速度、温度均匀性指标下降。但是风口间距的确定也要综合考虑，由于间距太小就要增加风口数目，从而增加投资成本，同时风口间距过小时，会加剧送风射流速度的衰减，无法在中间区域形成搭接时，反而会影响分层空调的使用效果。
5）送风温差。实现空调的直接方式就是温差送风，在冷量不变的情况下，送风温差决定了室内的换气次数，在一定的范围内，换气次数越多，室内空气涌动增强，工作区对流换热充分，工作区域的空气越新鲜，空调效果越好。但是，过多的换次次数会造成能量的浪费。当室内温度精度有一定要求时，减少送风温差有利于室内温度的精确控制。送风温差的选择也要综合考虑技术、投资成本、控制精度等各个方面。
3 结束语
本文针对精密加工厂房工艺要求，对精密加工厂房负荷特性进行了分析，然后，针对夏季工况，分别讨论了设备发热量、设备尺寸、送风速度、风口间距、送风温差各因素对室内的环境影响，并根据分析结果对气流组织设计和厂房布置提出了一些建议。研究结果表明，在夏季采用分层空调技术，与全室空调相比，精密加工厂房中可以得到较好的节能效益。
参考文献
[1]黄翔.国内外蒸发冷却空调技术研究进展(3)[J].暖通空调,2007,04.
[2]李宜.某光盘生产车间净化空调设计[J].重庆建筑,2003,04.
作者简介
袁亚娟（1970—），女，籍贯：江苏，学历：本科，职称：工程师，主要研究方向：暖通空调的技术应用。
关键词 加工厂房；分层空调；工况计算；负荷计算
中图分类号 TU834.3 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0157-01
随着我国空调技术的飞速发展，其应用日趋广泛，分层空调技术的应用已经从最初的公共建筑发展到工业建筑领域。对于高大厂房仅仅在下部区域进行空调，而对于上部较大的空间不设置空调，而是利用合理的气流组织，仅仅采用一般的通风排热，这样的空调方式称为“分层空调”。实践证明，高大空间建筑应用分层空调技术具有显著的经济效益。
随着机械工业的发展，产品精度不断提高，一些具有精密工艺的产品生产必须在室内的温度、湿度、清洁度等都得到满足的前提下才能完成。由于常规的空调气流组织设计以简单的送风射流运动规律为依据，忽略了风口的位置、尺寸、热源的位置、性质等因素的影响，因此在设计阶段无法预知室内空气温度的分布。因此，针对精密加工厂房负荷特性进行研究，分析精密加工厂房空调能耗特性，推广分层空调技术在精密加工厂房中的应用就显得极其重要。
1 精密加工厂房负荷特性分析
1.1 精密加工厂房分层空调负荷计算
1）空调设计基础资料。经过综合分析，空调设计基础资料应包括精密加工厂房的长、宽、高，窗户个数及尺寸，室内热源，室外气象资料（大气压力、空调室外设计温度、空调室外平均温度等），室内空气计算参数（空调区设计温度、空调区设计相对湿度、空调区风速等），围护结构换热系数（外墙内表面换热系数、屋顶内表面换热系数、地板上表面换热系数等）。
2）厂房分层空调负荷计算。利用分层空调夏季冷负荷计算方法，计算厂房分层空调负荷的步骤为：①计算非空调区的室内温度；②确定分层高度；③计算冷负荷（空调区外围护结构传热形成和内部散热形成）；④计算内部散热量和非空调区外围护结构传热量；⑤计算非空调区和空调区各个内表面的温度；⑥确定非空调区各个面对空调区地板的形态系数；⑦计算辐射热转移量；⑧确定空调区冷负荷。
1.2 精密加工厂房空调负荷和能耗特性研究
由于我国地域辽阔，不去气象条件，不同地区、不同建筑采取相同的节能改造措施，得到的节能改造效果会千差万别，通过对精密加工厂房空调负荷和能耗特性研究，我们可以深入了解夏季分层空调负荷组成，全年动态负荷变化对空调能耗的影响等。
1）夏季分层空调负荷分析。夏季分层空调冷负荷主要由空调区设备得热、空调区外围护结构得热、对热传热和辐射传热组成。通过分析可知，采用分层空调比全室空调可以节约能源，非空调区和空调区的辐射热转移负荷较大，在满足采光条件下，减少外窗面积能减少房间负荷，室内设备发热形成的冷负荷比重最大，并且随着设备数量的增加而增加。
2）全年动态负荷分析。由于周围环境温度的变化，一年四季中同一厂房具有不同的冷负荷、热负荷，因此，在进行空调设计时就要采取动态的方式分析全年负荷变动情况，选取全年最大冷负荷作为空调设计负荷，然后选择空调主机。
2 夏季工况计算分析
2.1 夏季分层空调基本工况模拟分析
为了简化分析，假设传热主要是流体内部传热，不考虑墙体内部的耦合传热、各墙体内壁面之间的相互辐射，在入口处，送风射流参数均匀。
通过对空调室内气流模拟计算分析，得到室内气流分布情况，了解工作区域的速度、温度的分布，从而判断气流分布是否满足精密加工厂房的生产需要。本文根据温度分布和风口断面气流流态分布情况，将全部空间区域分为顶部热滞留区、上部回流区、射流区和下部回流区四个部分。
2.2 夏季工况室内环境影响因素分析
1）设备发热量。在围护结构做好保温的情况下，空调区冷负荷的主要组成是室内设备散热。例如在机械加工中，设备的散热主要有电动机散热、切割散热、电子控制仪器散热等。由于设备之间、设备与周围环境之间存在着热交换的过程，为了简化设备发热对室内气流组织的影响，将一部分热源赋予设备，另一部分赋予地面。当室内热源散热时，热源附近的温度升高，引起热源周围空气扰动，工作区的温度场由送风射流和热气流扰动两部分组成，但是热源对气流的影响具有一定的范围。
2）设备尺寸。在精密加工厂房中，采用空调的主要目的就是满足产品工艺生产的需要，保证设备的正常运转。当空气在流动时遇到设备时气流的流向就要发生变化。因此，为了满足生产的要求，就要求精密加工厂房中的设备始终处于一定的回流区域中。实验表明，设备的阻挡是造成气流温度、速度变化的主要因素。因此，在进行分层高度气流组织计算时，要使设备处于射流下边界1米以下的区域中，这样就能满足设计工况的要求。
3）送风速度。送风速度是实现精密加工厂房中分层空调的重要参数，送风速度过大或过小都不利于实现良好的分层空调。送风速度太大，送风射流的动量增加，不仅产生较大的噪声，而且在中部区域引发强烈的气流碰撞，增强气流扰动。如果送风速度太小，射流射程减小，无法形成隔断气流，则无法实现非空调区域的送风效果。
4）风口间距。对于精密加工厂房而言，要求在工作区上部平行送出多股射流。由于风口的间距影响着多股非等温射流的形成，而多股非等温射流直接影响分层空调的效果。分析结果表明，当减小喷口间距时，多股射流在出口不远处汇合，射流相互掺混，覆盖面较广，从而形成较好的隔断气流，在工作区域能形成良好的速度、温度分布。当增大喷口间距时，射流混合点靠后，不能形成良好的隔断气流，从而工作区域的速度、温度均匀性指标下降。但是风口间距的确定也要综合考虑，由于间距太小就要增加风口数目，从而增加投资成本，同时风口间距过小时，会加剧送风射流速度的衰减，无法在中间区域形成搭接时，反而会影响分层空调的使用效果。
5）送风温差。实现空调的直接方式就是温差送风，在冷量不变的情况下，送风温差决定了室内的换气次数，在一定的范围内，换气次数越多，室内空气涌动增强，工作区对流换热充分，工作区域的空气越新鲜，空调效果越好。但是，过多的换次次数会造成能量的浪费。当室内温度精度有一定要求时，减少送风温差有利于室内温度的精确控制。送风温差的选择也要综合考虑技术、投资成本、控制精度等各个方面。
3 结束语
本文针对精密加工厂房工艺要求，对精密加工厂房负荷特性进行了分析，然后，针对夏季工况，分别讨论了设备发热量、设备尺寸、送风速度、风口间距、送风温差各因素对室内的环境影响，并根据分析结果对气流组织设计和厂房布置提出了一些建议。研究结果表明，在夏季采用分层空调技术，与全室空调相比，精密加工厂房中可以得到较好的节能效益。
参考文献
[1]黄翔.国内外蒸发冷却空调技术研究进展(3)[J].暖通空调,2007,04.
[2]李宜.某光盘生产车间净化空调设计[J].重庆建筑,2003,04.
作者简介
袁亚娟（1970—），女，籍贯：江苏，学历：本科，职称：工程师，主要研究方向：暖通空调的技术应用。