第一節(jié)　紡織空調(diào)負(fù)荷計算

紡織空調(diào)負(fù)荷與民用空調(diào)相比，既有相同點，又有特殊之處。本節(jié)將結(jié)合紡織車間的特點，對紡織空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行計算。

一、紡織空調(diào)冷熱負(fù)荷組成及特點

1.紡織空調(diào)負(fù)荷組成　與民用舒適性空調(diào)一樣，紡織空調(diào)負(fù)荷的組成也包含以下幾個方面。

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱形成的負(fù)荷。包括屋頂和墻體傳熱、天窗玻璃的太陽輻射傳熱和瞬變傳熱三個部分。

（2）車間機(jī)器設(shè)備運行發(fā)熱形成的負(fù)荷。

（3）車間照明形成的負(fù)荷。

（4）車間人員散熱形成的負(fù)荷。

（5）室內(nèi)各種散濕過程形成的潛熱負(fù)荷。

2.紡織空調(diào)負(fù)荷分析

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷。與民用建筑相比，紡織車間圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的負(fù)荷所占比重較小，有時甚至不到10%，其大小與不同的氣候地區(qū)和車間面積大小有關(guān)。由于車間高濕度的生產(chǎn)要求，為防潮隔汽的需要，一般圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層厚度較大，而且由于車間內(nèi)附房的存在，使得墻體產(chǎn)生的冷負(fù)荷甚至可以忽略不計，因此，負(fù)荷主要集中在屋頂部分。現(xiàn)代化新的彩板技術(shù)和保溫隔汽材料的應(yīng)用，使得屋面的傳熱系數(shù)大大降低。

（2）設(shè)備負(fù)荷。與舒適性空調(diào)不同，紡織車間的機(jī)器排布密集，單臺設(shè)備能耗高，因此，機(jī)器發(fā)熱量大，設(shè)備負(fù)荷所占總負(fù)荷的比重高，甚至達(dá)90%以上。同時，負(fù)荷比重的大小與車間的性質(zhì)、機(jī)器的型號以及排布的疏密有關(guān)，因此，很難像舒適性空調(diào)那樣，提出一個相對可靠的估算指標(biāo)。

（3）人體和照明負(fù)荷。紡織車間人體和照明負(fù)荷較為恒定。人員的多少與車間機(jī)臺的數(shù)量和管理水平有關(guān)，但總體來講，產(chǎn)生的負(fù)荷相對較少；而車間的照明負(fù)荷主要與車間的面積和性質(zhì)有關(guān)，與設(shè)備與人員的數(shù)量無關(guān)，在吊頂高度一定的條件下，不同地區(qū)、不同大小的同類車間，單位面積產(chǎn)生的空調(diào)照明負(fù)荷相差不大，可視為相同。

（4）車間濕負(fù)荷。紡織車間的濕負(fù)荷較小，主要集中在有限的人體散濕。其產(chǎn)生的潛熱與較大的機(jī)器發(fā)熱量相比，幾乎可忽略不計。而在一些車間存在著吸濕工況，比如噴氣織機(jī)運行時，壓縮空氣在大空間的高壓釋放就伴隨著吸濕過程，因此，車間濕量很小，在傳統(tǒng)“上送下回”送風(fēng)方式中，空氣處理過程的熱濕比線幾乎呈垂直狀態(tài)，預(yù)示著較大的送風(fēng)量和換氣次數(shù)以及較高的風(fēng)機(jī)能耗。

（5）冬季紡織空調(diào)負(fù)荷。紡織車間冬季熱負(fù)荷較小。尤其是細(xì)紗車間，較大的機(jī)器發(fā)熱量幾乎可以彌補(bǔ)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱量散失，甚至采取熱能轉(zhuǎn)移技術(shù)，還可以將熱量有效地轉(zhuǎn)移到前紡和后紡車間，而在較為寒冷地區(qū)，條件具備時可采取采暖等措施以補(bǔ)充車間的熱量損失。

現(xiàn)以中原地區(qū)某輕鋼結(jié)構(gòu)紡織廠為例，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、照明以及人體等各部分所產(chǎn)生的夏季空調(diào)負(fù)荷大小及所占的比例，見表3-1。

表3-1　10萬錠紡織廠車間負(fù)荷計算表

二、紡織車間負(fù)荷計算

除圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的負(fù)荷受所在地氣候的影響較大外，其他幾項不受室外氣象條件的制約，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)在總負(fù)荷中所占的比例較小，因此，在目前的紡織空調(diào)負(fù)荷計算中，特別是在方案設(shè)計或初步設(shè)計中采用穩(wěn)態(tài)傳熱法計算的較多。下面將計算方法做簡單介紹。

（一）紡織車間冷負(fù)荷穩(wěn)態(tài)計算法

紡織車間空調(diào)負(fù)荷穩(wěn)態(tài)傳熱計算方法見表3-2。

表3-2　紡織車間空調(diào)負(fù)荷穩(wěn)態(tài)傳熱計算方法

注　表中的參數(shù)與有關(guān)規(guī)范、手冊的通用表示含義一致，如需用時可參考相關(guān)內(nèi)容。

以上穩(wěn)態(tài)計算法由于不考慮負(fù)荷的時間延遲等因素，算出的結(jié)果往往偏大，以此選取的系統(tǒng)肯定是不經(jīng)濟(jì)的，因此，只能用于粗略的估算和初步設(shè)計。

若計算的總冷負(fù)荷偏大，則會導(dǎo)致空調(diào)設(shè)備偏大、管道輸送系統(tǒng)偏大和制冷主機(jī)偏大的“一大三大”后果，造成空調(diào)系統(tǒng)規(guī)模增大、裝機(jī)增多，浪費嚴(yán)重，而且不利于空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行。因此，《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》以強(qiáng)制性條款規(guī)定，應(yīng)對空氣調(diào)節(jié)冷負(fù)荷進(jìn)行逐項逐時計算，紡織車間冷負(fù)荷計算應(yīng)遵照執(zhí)行。下面詳細(xì)介紹紡織空調(diào)車間夏季冷負(fù)荷的計算過程。

（二）紡織車間逐時冷負(fù)荷計算法

1.通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的冷負(fù)荷計算

（1）通過外墻和屋頂?shù)膫鳠嶝?fù)荷計算。

式中：K——外墻和屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2·℃），其計算和選擇見第二章；

F——外墻和屋面?zhèn)鳠崦娣e，m2；

tc，τ——外墻和屋面冷負(fù)荷計算溫度的逐時值，℃，見表3-3和表3-4；

td——北京地區(qū)以外的溫度修正值，℃，見表3-5；

tn——室內(nèi)計算空氣溫度，℃，見第一章介紹。

表3-3　外墻冷負(fù)荷計算溫度tc，τ（℃）

表3-4　屋面冷負(fù)荷計算溫度tc，τ（℃）

表3-5　Ⅰ～Ⅳ型結(jié)構(gòu)地點修正值td（℃）

（2）通過外窗（天窗、采光帶）的逐時傳熱負(fù)荷計算。

式中：K——外窗傳熱系數(shù)，W/（m2·℃），單層窗可取5.8W/（m2·℃），雙層窗可取2.9W/（m2·℃）；

F——外窗的有效傳熱面積，m2；

tc，τ——外窗的冷負(fù)荷計算溫度，℃，見表3-6；

td——北京地區(qū)以外的溫度修正值，℃，見表3-7。

表3-6　玻璃窗冷負(fù)荷計算溫度tc，τ

表3-7　玻璃窗地點修正值td

（3）通過外窗（天窗、采光帶）的日射輻射傳熱負(fù)荷計算。

表3-8　玻璃窗的遮陽系數(shù)Cn

表3-9　玻璃窗的遮擋系數(shù)Cs

表3-10　夏季各緯度帶的日射得熱因數(shù)最大值DJ, max（W/m2）

表3-11　北區(qū)（27°30′以北）玻璃窗內(nèi)遮陽逐時冷負(fù)荷系數(shù)CLQ

表3-12　南區(qū)（27°30′以南）玻璃窗內(nèi)遮陽逐時冷負(fù)荷系數(shù)CLQ

由式（3-1）～式（3-3）可以得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱形成的夏季冷負(fù)荷，即以上三項冷負(fù)荷的逐時值：

2.設(shè)備散熱形成的冷負(fù)荷計算

式中：N——機(jī)器設(shè)備的總功率，kW；

n1——電動機(jī)的容量安裝系數(shù)，一般取0.80；

n2——電動機(jī)同時運轉(zhuǎn)系數(shù)，不同工藝的紡織設(shè)備差別較大，一般取0.85～0.99，前紡設(shè)備取下限，后紡設(shè)備取上限；

n3——熱遷移系數(shù)，對于采取了局部電機(jī)排風(fēng)措施的電機(jī)，一般取0.60～0.90（例如，對于細(xì)紗機(jī)和絡(luò)筒機(jī)的排風(fēng)，當(dāng)其焓值大于室外空氣焓值時，可單獨通過地排風(fēng)排除），其他取1.0；

CLQ——設(shè)備散熱逐時冷負(fù)荷系數(shù)，見表3-13，對于連續(xù)運行的車間設(shè)備，CLQ可取1.0。

表3-13　設(shè)備散熱逐時冷負(fù)荷系數(shù)CLQ

3.照明散熱形成的冷負(fù)荷計算　紡織車間照明一般以熒光燈為主，因此，照明產(chǎn)生的冷負(fù)荷以熒光燈作為計算依據(jù)。

式中：N——照明燈具總功率，kW；

n1——鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)，明裝熒光燈鎮(zhèn)流器設(shè)在空調(diào)房間內(nèi)時，取n1=1.2；暗裝熒光燈鎮(zhèn)流器設(shè)在頂棚時，取n1=1.0；

n2——燈罩隔熱系數(shù)，視燈罩與頂棚的安裝及通風(fēng)散熱情況，取n2=0.6～0.8；

CLQ——車間照明散熱的逐時冷負(fù)荷系數(shù)，見表3-14。

表3-14　明裝熒光燈照明散熱逐時冷負(fù)荷系數(shù)CLQ

注　其他形式燈具照明可參照該表執(zhí)行。

4.人體散熱形成的冷負(fù)荷計算　人體散熱負(fù)荷包括兩部分，其中顯熱經(jīng)過轉(zhuǎn)化變成冷負(fù)荷，潛熱直接轉(zhuǎn)化為冷負(fù)荷。

式中：qq——人體潛熱散熱量，W，見第一章內(nèi)容；

n——車間內(nèi)總?cè)藬?shù)；

η——群集系數(shù)，紡織廠大多屬于中等勞動，取η=0.95；

qx——不同室溫和勞動強(qiáng)度時成年男子的顯熱散熱量，W，見第一章內(nèi)容；

CLQ——人體顯熱散熱逐時冷負(fù)荷系數(shù)，見表3-15。

表3-15　人體顯熱散熱逐時冷負(fù)荷系數(shù)CLQ

5.紡織車間濕負(fù)荷計算　車間內(nèi)的濕負(fù)荷主要來自人體的散濕。此外，在個別單獨通過管道或噴霧、地面灑水等方式加濕的車間，還有部分水分的蒸發(fā)等。

其中，人體的散濕量W（kg/h）計算如下：

W=0.001nηg（3-8）

式中：g——成年男子的每小時散濕量，g/h，見第一章內(nèi)容；

其他含義同上。

采用水面蒸發(fā)措施時的加濕量W（kg/h）計算如下：

W=ωF（3-9）

式中：ω——單位水面蒸發(fā)量，kg/（m2·h），見表3-16；

F——蒸發(fā)表面積，m2。

表3-16　敞開水表面單位蒸發(fā)量[kg/（m2·h）]

注　制表條件為，水面風(fēng)速v=0.3m/s；大氣壓力B=101325Pa，當(dāng)所在地點大氣壓力為b時，表中所列數(shù)據(jù)應(yīng)乘以修正系數(shù)B/b。

三、紡織車間空調(diào)總冷熱負(fù)荷計算

（一）夏季紡織車間空調(diào)冷負(fù)荷

根據(jù)以上計算，將各項逐時冷負(fù)荷進(jìn)行疊加，可得到紡織車間冷負(fù)荷的綜合最大值，即為車間的室內(nèi)總冷負(fù)荷（以后簡稱車間冷負(fù)荷），計算公式為：

由于紡織車間的熱惰性較大，空調(diào)系統(tǒng)的熱濕交換能力較強(qiáng)，根據(jù)節(jié)能的原則，采用以上方法計算得出的車間冷負(fù)荷不應(yīng)再附加安全系數(shù)，可直接作為車間送風(fēng)量計算依據(jù)。

（二）空調(diào)系統(tǒng)所需總冷負(fù)荷

若空調(diào)系統(tǒng)分車間進(jìn)行設(shè)計，車間冷負(fù)荷確定以后，僅可用于車間送風(fēng)量計算，而空調(diào)系統(tǒng)所需的制冷負(fù)荷應(yīng)該在此基礎(chǔ)上加上新風(fēng)負(fù)荷，新風(fēng)負(fù)荷Qw的計算公式如下：

式中：GW——車間新風(fēng)量的大小，kg/s；

iw——空調(diào)計算室外空氣狀態(tài)點對應(yīng)的焓值，kJ/kg；

iN——空調(diào)計算室內(nèi)空氣狀態(tài)點對應(yīng)的焓值，kJ/kg。

對于紡織車間空調(diào)，由于影響因素較多，有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)沒有對新風(fēng)量的大小給出明確說明，在沒有局部排風(fēng)的情況下，目前大多設(shè)計按照總風(fēng)量的10%選取，耗冷量較高，在此建議應(yīng)從空氣的清新度、衛(wèi)生要求等方面進(jìn)行考慮，詳細(xì)計算參見本書第一章。

除此之外，空調(diào)系統(tǒng)所需的冷負(fù)荷還應(yīng)包括空氣通過風(fēng)機(jī)、風(fēng)管的溫升引起的冷負(fù)荷，冷水通過水泵、水管、水池的溫升引起的冷負(fù)荷，以及在空氣熱濕處理過程中產(chǎn)生的冷熱抵消現(xiàn)象引起的附加冷負(fù)荷等。綜合考慮上述因素后，空調(diào)系統(tǒng)總制冷負(fù)荷可表示如下：

式中：QZ——空調(diào)系統(tǒng)總制冷負(fù)荷，kW。

（三）冬季紡織車間空調(diào)負(fù)荷

對于寒冷地區(qū)冬季需要供熱的紡織車間，由于車間內(nèi)應(yīng)保持正壓運行，可不計冷風(fēng)滲透產(chǎn)生的負(fù)荷，此時其負(fù)荷應(yīng)采用穩(wěn)態(tài)計算法，詳見表3-2相關(guān)公式。為保險起見，冬季一般不計算太陽輻射得熱和人體散熱，因此，總負(fù)荷為：

上式的計算結(jié)果QR可能為正，也可能為負(fù)。正值表示冬季車間有多余熱量，需要對車間供冷。負(fù)值表示車間缺少熱量，需要對車間供給熱量。對于冬季空調(diào)系統(tǒng)的總供熱量，則應(yīng)根據(jù)空氣熱濕處理過程經(jīng)計算得出。

四、輕鋼結(jié)構(gòu)紡織細(xì)紗車間負(fù)荷計算實例

南寧某輕鋼結(jié)構(gòu)棉紡織企業(yè)主廠房細(xì)紗車間設(shè)備平面布置如圖3-1所示。車間凈尺寸為135m×60m。靠外墻部分為附房（空調(diào)室、衛(wèi)生間、皮輥室等），其他兩側(cè)分別為與精并梳和筒捻車間相隔離的內(nèi)區(qū)輔助間。圖中，①、②、③和④表示不同型號細(xì)紗機(jī)，共計210臺、88000錠規(guī)模。單臺設(shè)備裝率19.42kW；屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.232W/（m2·℃）；車間照明總功率為84.723kW；工藝核定總?cè)藬?shù)為100人。室內(nèi)設(shè)計參數(shù)：溫度32℃，相對濕度60%。按照逐時冷負(fù)荷系數(shù)法，該車間負(fù)荷計算過程如下。

根據(jù)GB50176—2016《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》，南寧屬于夏熱冬暖地區(qū)，不需考慮冬季額外供暖維持車間溫度的問題，因此，僅計算夏季冷負(fù)荷。

1.通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的冷負(fù)荷計算　鑒于細(xì)紗車間所處的位置，不考慮外墻傳熱和內(nèi)區(qū)車間之間的溫差傳熱，僅考慮屋頂傳熱。計算見式（3-1）。

其中，外墻主要傳熱面為附房阻隔，熱惰性大，因此，建筑可按Ⅰ型考慮；屋面計算面積為8473.5m2。公式中K、F、tc，τ、td和tn各參數(shù)均可以確定下來。

2.機(jī)器設(shè)備散熱形成的冷負(fù)荷計算　式（3-5）中，本車間照明總功率N為84.723kW；電動機(jī)的容量安裝系數(shù)n1取0.80；電動機(jī)同時運轉(zhuǎn)系數(shù)n2為0.965；熱遷移系數(shù)n3取0.65（按照工藝排風(fēng)焓值大于室外空氣焓值時，單獨通過地排風(fēng)排除考慮）；設(shè)備散熱的冷負(fù)荷系數(shù)CLQ取0.94。參數(shù)可完全確定下來。

3.照明散熱形成的冷負(fù)荷計算　式（3-6）中，本車間機(jī)器設(shè)備的總功率N為4078.2kW；暗裝熒光燈鎮(zhèn)流器設(shè)在頂棚內(nèi)，n1取1.0；燈罩隔熱系數(shù)n2取0.8；車間照明散熱的逐時冷負(fù)荷系數(shù)CLQ見表3-14。

4.人體散熱形成的冷負(fù)荷計算　式（3-7）中，車間內(nèi)總?cè)藬?shù)n為100人；紡織廠大多屬于中等勞動，群集系數(shù)η取1.0；根據(jù)表1-11，人體潛熱散熱量qq取200W；顯熱散熱量qX取39W；人體顯熱散熱逐時冷負(fù)荷系數(shù)CLQ見表3-15。

5.細(xì)紗車間濕負(fù)荷計算　式（3-9）中，車間內(nèi)總?cè)藬?shù)n為100人；群集系數(shù)η取1.0；根據(jù)表1-11，人體潛熱散熱量qq取200W；成年男子的小時散濕量g為300g/h。6.細(xì)紗車間室內(nèi)冷負(fù)荷、濕負(fù)荷計算匯總　細(xì)紗車間室內(nèi)冷負(fù)荷、濕負(fù)荷計算匯總見表3-17。其中，最大負(fù)荷出現(xiàn)在15時，冷負(fù)荷為1976.91kW，濕負(fù)荷為8.33×10-3kg/s。

表3-17　細(xì)紗車間室內(nèi)冷負(fù)荷、濕負(fù)荷計算匯總表

7.細(xì)紗車間新風(fēng)負(fù)荷計算　依據(jù)第一章中新風(fēng)量的確定方法，根據(jù)式（1-1），該細(xì)紗車間吊頂高度4.2m，此處取系數(shù)為0.7，新風(fēng)量Gw計算為8473.5×4.2×0.7=25000m3/h=8.37kg/s。查焓濕圖可知，iW=90.10kJ/kg, iN=79.30kJ/kg，根據(jù)式（3-11），計算新風(fēng)負(fù)荷為：

8.細(xì)紗車間總負(fù)荷匯總　根據(jù)式（3-12），取系數(shù)為1.05，該細(xì)紗車間總負(fù)荷計算為：