申要飞
(河南大明建筑设计有限公司，河南鹤壁 458030)
工业厂房通风设计探析
申要飞
(河南大明建筑设计有限公司，河南鹤壁 458030)
对自然通风及机械通风的基本原理进行了简要介绍，并结合鹤壁富士康工业厂房通风设计的实例，着重从建筑朝向选择、气流组织、通风设备选择等方面进行了分析，以期为工业厂房通风设计做出有益的探索。
工业厂房，通风，气流，设计
0 引言
近些年来，随着祖国各地的经济发展，工业厂房也在全国各地遍地开花。工业厂房种类繁多，结构复杂，其工艺特点差异较大，故每类车间的通风方式也不尽相同。随着工业现代化进程的加快，机加工，涂装，装配冲压等功能的工业联合厂房有了快速发展，大大提高了土地的使用率和生产效率，成为工业建筑发展的新方向。而机加工，焊接等生产方式产生的热量远大于其他生产方式，故本文就以机加工车间为例对厂房通风设计进行分析。厂房通风有自然通风和机械通风两种通风方式。自然通风是利用空气的自然流动将室外的空气引入室内，将室内空气和热量排到室外。自然通风的效果与厂房的结构形式，进出风口的位置等因素有关，并与厂房建筑所在地区的气候条件和周围环境有很大的关系。机械通风是以风机为动力，使厂房内部空气流动，达到通风降温和排除污染气体的目的。它的通风效果比较稳定，并可根据需要进行调节，但设备费较高，耗量较大。
1 自然通风的基本原理
根据自然通风原理的不同，自然通风分为热压通风和风压通风两种。厂房内部由于生产过程中产生的热量(如燃烧的炉子和加热的产品所发生的热量等)以及人体散发热量的影响，室内空气膨胀，密度减小而使热空气上升。如果天窗开启，由于热空气的上升，天窗内侧的气压大于天窗外侧的气压，使室内热气不断排出，室外的冷空气通过设在厂房底部的进风口进入室内，如此循环，取得自然通风的效果，这种通风方式称为热压通风。热压作用与进出风口的高差有关和室内外空气的密度有关，室内外空气密度差和进风口高差越大，则热压作用越显著。
风压通风原理，当风吹过建筑物时，遇到建筑物的阻碍，迎风面空气压力增大，形成正压区，用“+”表示。当气流通过房屋两侧和上方时，气流变窄，风带加大，形成负压区，用“－”表示。空气飞越建筑物后，在建筑物背风面形成涡流，形成负压区，用“－”表示。因此，对厂房进行自然通风设计时，宜将厂房的进风口设在正压区，排风口设在负压区，使室内外空气更好地进行交换。利用风的流动产生空气压力差而形成通风的方式为风压通风。
在进行厂房剖面和通风设计时，应根据热压和风压的通风原理综合考虑其对厂房通风效果的影响，合理地布置进出风口的位置，选择合理的通风天窗形式，组织好自然通风。
2 机械通风的基本原理
依靠通风机造成的压力差，通过风机来输送空气，排走室内粉尘或有害气体，保持室内空气新鲜的设计。这类通风方法称为机械通风。机械通风分为全面通风和局部通风两种形式。全面通风是对整个房间进风换气，用送入室内的新鲜空气把整个房间里面的有害物质浓度稀释到卫生标准的允许浓度以下，同时把室内被污染的污浊空气直接或经过净化处理后排放到室外大气中去，全面通风包括全面送风和全面排风。两者可同时或者单独使用。局部通风是指利用局部气流，使局部地点不受污染，形成良好的空气环境。局部通风包括局部送风和局部排风。
在进行厂房剖面和通风设计时，应根据局部地点和全面通风综合考虑其对厂房通风效果的影响，合理布置送风口、排风口的位置，选择合理的风机形式，组织好机械通风。
通常在建筑物的通风设计中，风压和热压的作用是同时存在的，但由于风压作用的不确定性，决定了一般以考虑热压为主。但建筑仅依靠自然通风，有些厂房还不能满足通风要求，还需要机械通风配合达到完美的通风要求。
3 通风设计问题分析
工业厂房通风设计主要的目的在于通过对工艺流线的分析，建筑开窗位置的研究，来设计室内空气流通线路。以科学的消除室内粉尘和有害气体或热量，创造良好的工作环境。由于生产工艺情况的不同性，地区风向的差异性，建筑形式的不同性，不同地区的厂房应区别对待。
3．1 建筑朝向的选择
不同地区的风向均有一个参考值，工业厂房的通风设计必须根据风向合理地确定建筑朝向和进排风口位置。为了得到良好的通风条件，在工厂总图布置时需仔细研究当地风玫瑰图，尽量使厂房的主要进风口朝向夏季主导风向。以鹤壁富士康厂房为例，鹤壁风玫瑰图中表示鹤壁盛行东北风，故鹤壁富士康厂房通风口设在西南侧，即为风压的负压区，见图1。
图1 鹤壁富士康厂房通风口示意图
按照热压作用自然通风的基本原理，加大进排风口的高差，利用自然通风的形成，通常情况下，厂房的排风可采用高侧窗，而对于散发大量余热的热加工车间，为保证排风的稳定，多采用避风天窗。对于进风则多利用进风侧窗和门洞。鹤壁富士康厂房为保证烟雾不停留在车间中部，C2仅为采光窗，不通风，这样有利于压差加大，有利于通风。进风侧窗的高度选择应根据具体的工艺条件区别的对待。
3．2 气流的合理组织
由于受到自然条件的限制，具有多变性，为不可控因素。富士康鹤壁园区自然通风是靠C1进风，形成正压区，通过厂房中部C3排风，C3是自然风压下的负压区，此为风压的气流组织。
由于厂房内生产活动产生大量的热，热压通风起主要作用。要保证通风的顺畅，充分条件是有足够大面积的进风口、出门口并且合理布置进、出风口。合理设计进、排气口面积。在满足所要求通风换气次数的条件下，设计计算出出风口的面积，进气口面积应约等于排气口面积。
按热压作用工业厂房的自然通风原理，在设计过程中应尽量降低中和面的高度，因为中和面低，才可能使室外进入厂房的新鲜空气绝大部分或全部经过工作区，这对降低工作区的温度，提高自然通风的效果有显著的作用，在实际工程设计中，经常出现附房设施把主体厂房周边围得严严实实，使得厂房进风窗面积无法满足要求，即使加大了天窗的面积，通风效果还是不理想。因此，在工业厂房的工程设计中，应在不影响工艺生产需要的前提下，尽量把阻挡在厂房侧墙的辅助建筑移位，以留出足够的进风面积，保证自然通风的效果。
克服进气短流问题，也是气流组织的有效途径。所谓进气短流，是指由进气口进入厂房内的新鲜空气，在未进入作业区范围之前，就已经被加热而上升至天窗排气口，排出室外的现象。在图1中就是C2进气经过车间上层直接由C3排出室外的过程。这样带走的热量或粉尘很少，起不到通风的作用。显而易见，这样的进气，没有起到提高作业区空气质量和改善作业区热环境的作用，因此，为提高厂房通风效果，应尽量避免这种进气短流的现象。而鹤壁富士康厂房就在此方面做了处理，将C2仅做为采光窗，不做通风窗，这样就避免了进气短流现象。
气流的合理组织远离不开机械通风。在风压和热压通风不畅的情况下，机械通风就成为主力军。风机的选择应根据建筑形式，生产工艺合理选择，以便取得最佳机械通风效果。机械通风对悬浮在厂房中的烟尘，比自然通风要好得多，可再采取一定的附加措施以保证厂房内良好的工作环境。
3．3 对多跨热加工厂房的通风设计
有一些多跨热加工厂房，如富士康的机加工厂房，河南创世电机的压铸车间等等，这类厂房内不但散烟气热量很大，而且是多跨，有的厂房宽度竟达百米以上，因此是厂房通风设计中的技术难题。为了有良好的通风效果，一般在建筑及生产工艺布局的基础上设置露天跨，这样能解决部分通风问题，但由于生产工艺的不同性，很多厂房设计不成露天跨。此种情况下，采取机械送风的方式直接送入一部分室外新鲜空气，送风口设在工作面高度，排风口则通过天窗排风。这种机械通风辅助自然通风的方式是解决多跨热加工厂房通风的良策。
3．4 对通风设备装置的选择
进风装置主要有对开窗，推拉窗，上悬窗，中悬窗，进风百叶窗等，推拉窗外形美观，密封性好，不易损坏，但开窗面积一般只有50%。在夏热冬冷和夏热冬暖地区，采用进风活动百叶窗的居多，这种窗开启方便，开启角度可实行远方控制，不易损坏，外形美观。在寒冷地区，因冬季冷风渗透量大，一般可在外窗设置固定百叶，在里面设置保温密闭门。
排风装置主要有天窗和屋顶排风帽，排风机。天窗是一种常见的排风装置，但也有一定弊端，在实际运用中，天窗开启和关闭很繁琐，玻璃易损坏，因此往往达不到预期效果。排风帽是用彩色压型钢板或玻璃钢组合而成的自然通风装置。它具有结构简单、重量轻、不用电力等优点，是工业厂房通风首先。动力排风机是根据工艺情况的不同，选择不同风机型号，可达到排风效果。总之，进风排风装置的选择要根据现场情况确定。在无动力进风和排风装置能满足的情况下，尽量不用动力装置。
4 工业厂房通风应用的总结
合理的通风设计方案对于提高厂房内的热舒适性及能源利用率具有十分重要的意义。通过对富士康鹤壁园区的工业厂房的建筑通风设计的研究，感觉到如何组织好厂房内部的进、排气流，降低厂房内部散发的大量余热及有害气体量，成为目前工业厂房通风设计亟待解决的关键问题。
自然通风作为一种经济有效的通风方式，在工业厂房的通风设计中具有一定的优越性，特别是在当今节能社会的背景下，作为一种节能的通风方式，应给予足够的重视。利用流体力学的原理，在计算机上模拟车间环境，从而便于得到最优的气流组织设计方案，对工业厂房的前期设计有很大帮助。
工程设计中虽然应尽可能地考虑自然通风，但由于工艺的需求，各车间的散热量较大，其很难满足厂房内部热环境的要求，故自然通风在工业厂房中有一定局限性，还需要机械通风给予补充。
通过对以上的理解研究，在工业厂房通风设计上需注意以下几方面：1)在满足工艺条件的情况下，尽可能开大进出风口面积。2)在合理布置进出口位置时，要考虑地域性的风向问题。3)在满足工艺条件情况下，合理安排进出风口周围布局。4)合理增加机械通风装置，满足通风需求。
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Analysis on ventilation design of industrial workshops
SHEN Yao-fei
(Henan Daming Architectural Design Limited Company，Hebi 458030，China)
The paper briefly introduced the basic principle of natural ventilation machine mechanical ventilation，combining with the ventilation design examples of Hebi Foxconn industrial workshops，respectively analyzed from building orientation choice，air distribution，ventilation equipment selection and other aspects，in order to make a useful exploration for ventilation design of industrial workshops．
industrial workshop，ventilation，air flow，design
TU834．53
A
10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.012
1009-6825(2013)10-0114-02
2013-01-27
申要飞(1979-)，男，工程师，二级注册建筑工程师
