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1、湿帘降温的通用经验设计湿帘降温是一种经济有效的空气调节办法,它的设计参数目前通常都是由所属行业给出,如大棚温室给出需用通风量平方米,畜禽养殖给出需用通风量千克活重等。随着该技术应用的扩展,必然涉及到许多其他方面甚至跨行业、非标准问题,工程技术人员就希望依据一种更通用的设计计算方法,使用者也希望有更实际、快捷的经验估算。本文拟在此方面进行探讨,并从我们的经验出发,提出一些相关设计数据,供业内人士参考,专家指正。 一、湿帘降温过程分析 湿帘降温是外界高温空气穿过浸水湿帘,增湿降温,形成冷风;冷风通过受控房间,将房间余热吸收,而后排出室外的过程。显然,该过程是由两段构成的,前段是冷风形成,后段是冷风
2、在房间里的热交换,表现于焓湿图上(见图一),即 A-C-N 线。关于冷风的形成,图中 A-C 段,相关教材和厂商资料中已有不少分析,在此就不做过多的介绍了;现仅看冷风进入房间后部分:冷风自进入房间始到离开房间止,热同时交换完毕,全部的冷风吸收了房间全部的余热(因地面传热比例很小,不考虑)。系统到达平衡后,房间减掉的热势必等于冷风增加的热(常规空调基本是用回风,新风量很小,一般20%,它的热交换是混合式)。冷风吸收房间余热后状态发生改变,由进入时的 C 态变为离开时的 N 态,测定并计算两态的差便可知道房间换掉的热。由焓湿图看出,过程 CN过程CM+过程 MN。过程 CM 是等湿加热(显热增加含
3、湿不变),过程 MN 是等烙增湿(含湿增加,总焓不变),故冷风增加的热等于 CM 段增加的显热,用公式表示: Qc.p.Ltmc 式中 Q-冷风增热量即房间冷负荷(Kch) L-冷风量(m 3/h) c-空气比热 0.24(KcKg) P-空气质量 1.2(Kgm 3) tmc-冷风在房间里等湿加热的温升() 于是风量 LQc.p.tmc 因实践中注意的是冷风实际温升,故用实际温升t 表示: LQc.p(t+) 式中 t-冷风离开房间时的实际温升() -等湿加热与实际温升之差() 一般情况下,可用此式进行湿帘降温需用风量的计算。 关于式中参量 Q、t、 的给定: 1. 冷负荷 Q 房间内冷负荷
4、来自多方面:太阳辐射,建筑维护结构传热、漏风带热,房间内动物、人、设备、照明产生的热等。冷负荷的计算可查找有关暖通空调设计资料,但应用中是很繁杂的,我们推荐下面经验数据参考(见表一)。2. 冷风温升t 在冷负荷一定的情况下,冷风量 L 与冷风温升丛成反比,t 设定的高则冷风量 L 低。它又与通风方式、使用对象、房间大小、长宽方向、空间布置、空气质量、断面风速、温度场均匀性、设备投资等因素相关,使用中必须全面考虑,酌情给定,其取值趋向见表二。 根据我国相关建筑设施的多数情况,建议冷风温升丛在如下范围内选取: 负压控温 2.5-3.5 正压控温 5-7 3. 等湿加热与实际温升之差 6 由焓湿图看
5、出,6 实际是由于湿帘风在室内进一步吸湿降低的温度,因为房间的加湿远远小于湿帘加湿(畜禽舍一般5%,温室一般10%),故 是一个很小的数,实践中可根据室内干湿程度在 0.5左右选取(如房间很于是负数)。应该注意到,房间里的湿度使温升产生负反馈,温升使空气相对湿度下降(温升 3,相对湿度降低10%),蒸发加强(特别在房间后段),而吸湿使温度又降下来了,这对总控温目标是有利的,房间太干没有这种关系。 根据上述参数,对于一个系统一般都可以计算出湿帘降温所需的风量,但要注意,这里仅是依据了热力学的原则。对于不同的应用对象,还应用其具体的环境条件与特殊要求进行校验。但根据我们的大量实践,特别在农牧业方面
6、的经验证明,在我国目前情况下,以上算法是有通用性并且是足够正确的。 二、风机的选择(负压纵向通风) 1. 风机种类 以负压纵向通风方式工作,湿帘通常安装在风机负压侧,并成为风机的主要负载,其阻力一般不超过 20 帕斯卡。湿帘降温的效果是完全取决于通风量的,通风量大降温大。故应该选择轴流式低风压大流量通风机。工业用通风机风压高、功耗大不适用,选离心风机更是错误的。 2. 风量参数 对风机厂商提供的风机风量参数,必须注意到其对应的静压,因为同一台风机在不同静压下工作时风量不同,即负载不同风量不同。不能以 0 风压对应的风量计算。 3. 数台风机联合工作问题 因总风量大或为满足不同季节的风量调节要求
7、,常会遇到数台风机联合工作的问题(并联),甚至大小风机搭配。此时须注意:数台风机联合工作的总风量小于各台风机单独工作的风量之和。这是因为风机并联时彼此成了负载,风压提高风量下降所致。故并联设计中应采用较高静压下的风量计算,或将单台运行风量减小 1015%。可以看出,用一台大风机比用数台小风机更节省。大小风机搭配时应尽量使风压一致或接近。 4. 百叶窗问题 风机的百叶窗必须完好,否则安装在一起会引起风短路,降低房间实际的风量。这不仅是购买风机时应注意的问题,更主要是今后多年使用中的问题。 三、湿帘的选择与计算 1. 湿帘选择 现在应用最多的是已标准化生产的纸质湿帘,选择时应充分注意其质量标准:湿
8、挺度、吸水性、几何稳定性、抗老化能力、使用寿命等。房屋降温常用的为蜂窝眼,楞高 6 毫米以上、楞线交角 4560 度、厚度 10宜远距离输送,应就近安装。普遍安装形式有屋顶式、侧壁式和管道输气式。屋顶式为冷风机在屋顶均布,散流器送风,必须是平顶;侧壁式为喷口送风,作业区多在回流段;管道输气是为了解决房间的长向问题,管上开孔,吹向两侧;管道有刚性、柔性做法之分,柔性用塑料薄膜制造,可降低造价,但吹鼓它会损失一些风压。上述所有形式均应坚持向室内供风在上,向室外排气在下的原则。排风口一般为多个,设定排风口位置要考虑到房间的气流疏导,避免死角。必要时可增装排风扇。 表一单位冷负荷 Q 经验值(华北地区
9、)项目 性质 负荷值 200-300单位 备注温室、大棚 通用 774透光 Kc/h.m2 透光率 1=-总遮荫率率鸡舍建筑 正规、跨度 6-12 米、无吊顶、正压 110-130 Kc/h.m2 跨度大,密封好,取小值孵化厅建筑. 70-90 Kc/h.m2 前期取小值,后期取大值,巷道机取平均值在孵鸡蛋 0-3.8 c/h.枚 出壳鸡 体重 2-4 千克 0.5 Kc/h.只 蛋鸡取小值,肉鸡取大值,体重小取小值,大取大值成鸡 体重 50-150 千克 9-13 Kc/h.只 肥猪取小值,种猪取大值,体重小取小值,大取大值猪 中度工作 140-300 Kc/h.只 女性取小值,男性取大值人
10、 140-160 Kc/h.人 N 为千瓦值,n 为热系数,白炽灯 n=1普通房间 中低档 n.860N. Kc/h 小房间取大值居室、办公室 中档 100-125 Kc/h.m2 小房间取大值商店、餐厅 中档 125-150 Kc/h.m2 控温低取大值综合参数 会议室、影剧院 中高档 150-300 Kc/h.m2 控温低取大值2. 湿帘面积计算 一定的通风量必须对应一定的湿帘面积,面积大投资大,易造成浪费;面积过小会造成通风阻力太大,风量减小,影响降温效果,严重者还会造成风机超载和烧毁电机,即湿帘面积必须与风机风量匹配。因湿帘阻力与过帘风速的平方成正比,所以湿帘面积通常通过过帘风速给以限
11、定,经济有效的限定是:10 厘米厚湿帘为11.5ms,厚度增大阻力加大,风速应稍减。湿帘面积计算公式为: SL3600V 帘 式中: S-湿帘计算面积(m 2) L-湿帘通风量 (m 3h) V 帘-过帘风速(11.5m/s) 计算后,选择标准高宽的湿帘,将面积整定。 显然,有人为了迁就原有窗洞,面积不够时只想靠增加湿帘厚度保证降温是不可能的。 四、关于正压通风降温问题 对一个系统实施降温,应首先考虑负压方式。负压确有困难、不行或不好时(如房间中有隔断或为开放式、半开放式房舍),则可考虑正压降温。有些房间设备有正压工艺要求(如孵化机);有些房间需要高保洁,这些都只能用正压,不能用负压。正压控温
12、的房间以高吊顶、方形居多。 表二冷风温度升t 取值趋向相关因素 冷风温升t 取值趋向通风方式 一般负压取小值、正压取大值使用对象 根据室内作物、动物、人或设备的需要提出温度上限要求房间大小 一般小间取小值、大间取大值长宽方向 一般长向取大值,宽向取小值空间布置 作业区全局布置取小值,局部布置取大值空气质量 质量要求高取小值,质量要求低取大值断面风速 风速大(1-2m/s)取小值,风速小(1m/s)取大值温度场均匀性 温差小(3)取小值,温差大(3)取大值设备投资 投资多取小值,投资少取大值正压控温的房间多以正规生产的冷风机作供风设备,冷风机是将湿帘和风机组合在一个箱体里,并配以供水系统、百叶窗
13、等附件。正压控温风机除了要克服湿帘阻力,还要担负向房间输气的风阻、维持房间一定静压,所以应有比一般负压降温风机更高的全压(现冷风机全压多在 100 帕斯卡以上)。 1. 供风形式 湿帘风机冷风较空调压缩机冷风工况高得多,不宜远距离输送,应就近安装。普遍安装形式有屋顶式、侧壁式和管道输气式。屋顶式为冷风机在屋顶均布,散流器送风,必须是平顶;侧壁式为喷口送风,作业区多在回流段;管道输气是为了解决房间的长向问题,管上开孔,吹向两侧;管道有刚性、柔性做法之分,柔性用塑料薄膜制造,可降低造价,但吹鼓它会损失一些风压。上述所有形式均应坚持向室内供风在上,向室外排气在下的原则。排风口一般为多个,设定排风口位
14、置要考虑到房间的气流疏导,避免死角。必要时可增装排风扇。 2. 关于最小排风口 无排风扇的湿帘冷风正压控温房间,必须考虑排风口最小面积,排风口过小会形成大的阻力,减低通风量,影响降温并增加过大的湿度。排风口最小面积应按风以 2.53ms 的速度逸出计算。 五、综合举例 1. 某一面坡日光大棚,宽 7 米,长犯米,遮荫率 75%,棚内温升 3,试设计湿帘降温方案? 大棚冷负荷: Q774透光率大棚面积 774(1-75%)75067725(Kch) 需冷风量: LQc.p(t+) =677250.241.2(3+1)58789(Kch) 选低风压大流量风机两台: L40000+L18000L58
15、000(m 3h静压 35pa) 选厚 10 厘米湿帘,按过帘风速 V 帘1.4(m/s)计算湿帘面积: S580001.4360011.5(m 2) 整定为高: 1.5812(m 2) 安装方式:风机湿帘于 50 米两端相对安装,湿帘 1.52(m2)装在山墙上,1.56(m 2)装在北墙靠近1.52(m2)湿帘墙的一边(或将 6 米分成两段拉开一定距离安装)。 2. 某连栋温室长 66 米,宽 45 米,总遮荫率 75%,室内温升 3,试设计湿帘降温方案? 温室冷负荷: Q774透光率温室面积 774(1-75%)6645574695(Kch) 需冷风量: LQc.p(t+) 5746950.241.2(3+1)471742(m 3/h) 选风机: L4000012 台=480000(m 3/h.静压 35pa) 湿帘按惯例,总长为温室长,高选 1.5 米,厚 10 厘米,则: S=1.566=99(m 2) 校验过帘风速: V 帘=480000/993600=1.351.5(m/s) #湿帘校验通过。