汽车制造厂焊接车间空调工位送风的研究.doc

汽车制造厂焊接车间空调工位送风的研究吴海涛1,2 刘秋新1 白明强1 陶小龙1（1武汉科技大学城市建设学院；2广东省建筑科学研究院）摘要：在汽车制造过程中，最重要的一个生产工艺环节是焊接工艺。在焊接过程中，其焊烟对人体产生危害。焊烟对人体的危害主要表现在尘肺和金属元素的微粒和蒸汽中毒，以及热危害。对于夏热冬冷地区，如何处理热危害是一个值得探讨的问题。为此用地处广州的一个实际工程，研究了汽车制造厂焊接车间空调工位送风，以及利用工位送风组成的吹吸式通风，完成对有害物及热危害进行处理。通过验证，通过工位送风及组成的吹吸式通风，结果是正确与节能的。关键词：焊接车间 工位空调送风 吹吸式通风Numerical Research on Air Ventilation Efficiency of Welding WorkshopWUHaiTao1,2, LIU Qiuxin1, BAIMingQiang1, TAOXiaoLong1, (1 School of Urban Construction of Wuhan University of Science and Technology, Wuhan, 430070, China; 2 Guangdong provincial academy of building research; Guangzhou 510500)ABSTRACT：In the automotive manufacturing process, the most important aspect of the production process is the welding process. In the welding process, welding smoke does great harm to humans health. The harm of the welding smoke on the human body includes pneumoconiosis and metal particles and vapor poisoning, and thermal hazards.In the hot summer and cold winter areas, how to deal with thermal hazards is a significant problem.The author use a substantive project located in Guangzhou to explore it. After analysing the task air conditioning and ventilation in workshop,we can deal with the hazardous substance and the thermal hazards by the push-pull ventilation formed by task air conditioning and ventilation. From the test of the project above,we can kown that the result of using task air conditioning and push-pull ventilation is right and energy-efficient.KEYWORDS：Welding workshop；Task air conditioning and ventilation；Push-pull ventilation1前言工位送风是指将空调末端细分到每个工作位置上，工作人员可以通过对空调送风量、送风方向、送风速度以及送风温度等参数的调节来达到工作区域内对空气温度、湿度、污染物浓度以及气流速度的要求，从而满足工作人员的舒适度，且更为有效的利用能源。 在汽车制造过程中，最重要的一个生产工艺环节是焊接工艺。在焊接过程中，其焊烟对人体产生危害。焊烟对人体的危害主要表现在尘肺和金属元素的微粒和蒸汽中毒，以及热危害。对于夏热冬冷地区，如何处理热危害是一个值得探讨的问题。为此以地处广州的一个实际工程为例，研究汽车制造厂焊接车间空调工位送风，以及利用工位送风组成的吹吸式通风，完成对有害物及热危害进行处理。通过验证，通过工位送风及组成的吹吸式通风，结果是正确与节能的。2.设计要达到的最低标准（1）车间空气中电焊烟尘最高容许浓度6mgm3；（2）一氧化碳短时间接触容许浓度33mg/m3；（3）二氧化碳时间加权平均容许浓度9000 mg/m3；（4）二氧化碳短时间接触容许浓度18000 mg/m3；（5）保证每人每小时不少于30 m3的新鲜空气量；（6）车间的空气调节工作地带夏季空气温度不得超过3233()，设定为26()；规定相对湿度为3070(%)。（7）消除飘浮在2-4米高度的烟云及飘尘。3汽车制造厂焊接车间空调工位送风的理论计算3.1工厂的空调热平衡方程 (1)式中：mi 单元i 送风质量，kg/ s ；c 空气的定压比热，kJ / kg ；Ti 单元i 某时刻的温度， ；Q 单元内部的冷负荷，W；Qcool 送风的冷量，W。 (2)式中：1232 1m3/ s 空气的定压比热，J/m3；Vi 送风量， m3/ s ；Ti工作区的平均温度，取26 ；To 送风口温度， 。当时间t趋向于无穷大即工位内趋于稳态时，Q + Qcool =0。于是有： (3)3.2 工位冷负荷计算对于工位的冷负荷Q，车间的工位位于厂房内区，其冷负荷与湿负荷较为稳定。以其中一个工位为例进行负荷计算,主要包括人员散热冷负荷，照明冷负荷以及焊接设备冷负荷等。 (4)式中：Qpe人员散热冷负荷，W；Qlig照明散热量，W；Qeq设备冷负荷，W。3.2.1 人员散热冷负荷 (5)式中：n 每个工位的人数，取1人；ql 人员显热散热量，取74W /人；qz 人员潜热散热量，取161W /人；CLQ 人员显热散热冷负荷系数，取0.70。最终计算结果：Qpe=212.8W3.2.2 照明冷负荷 (6)式中：qlig单位面积照明冷负荷，取19W/m2；A 工位面积，取1m2；最终计算结果：Qlig =19W。其中有1/3为照明通过辐射在工位内形成的冷负荷，即照明冷负荷为6.33W。3.2.3 焊接设备冷负荷 (7)式中：qeq 设备散热量，通过实际测量的结果为1985.8 W；Xt 设备散热冷负荷系数，取0.83；最终计算结果：Qeq=1648.2W。于是式（4）的计算结果为Q=212.8 +6.33+1648.2=1867.33 W。3.3 新风冷负荷 (8)式中：Qo新风冷负荷，W； o空气密度，取1.127kg/m3；Vo新风量，根据人对舒适度的要求，取30 m3/(p.h),即8.33L/(p.s)；ho室外空气焓值 ，根据武汉夏季室外气象参数干球温度35.2以及空气湿度为59.5%，查i-d图得ho=90.62kJ/kg；hi室内空气焓值，根据设计要求取工位空气温度为26，湿度为45%，查i-d图得hi=50.24kJ/kg；最终计算结果：Qo=379.08W。3.4 湿负荷的计算 (9)式中：D含湿量，g/s；n人数，取1；g单位散湿量，取240g/h;最终计算结果：D=66.710-6g/s3.5 送风参数点的确定热湿比为=27995,由室内外计算参数在i-d图上可查到露点送风状态点：to=14，ho=36.66kj/kg。3.6 送风射流的气流组织将工作区内的负荷及送风温度的计算结果代入式（8）中,可得：于是得到送风量Vi=0.1263m3/s。在射流中有 (10)式中：vsp 工作区平均风速，取小于1m/s； vo 送风风速； a 紊流系数，取0.2； s 送风口至工作区距离，取2m； Do送风口直径。又有 (11)联立方程（9）、（10），可以得到Do=0.13m, vo=9.47m/s又由非等温射流的温度关系 （12）式中：tsp 工作区平均温度，取26; to 送风温度； tn 工作区外温度；可以计算出tn=28若采用全新风系统，空调送风量为：214500 m3/h；若考虑一次回风、露点送风，则空调总风量为:715000 m3/h。4工程设计与实施根据计算结果，对工程进行实施，其实施结果见图1 。即焊架上方做局部排风罩，空调送风口改为可调节风口形式，全年运行。夏季送空调风，冬季送室外风。外包镀锌板 图1工位送风组成的吹吸式通风5.现场实测描述5.1 车间测点位置 车间测点位置详见图2。 图2 焊接工位点位图5.2车间内温度场与焊枪热射流测试数据与计算结果详见表1。测点位置详见图2。表1测试数据与计算结果表测试点热源直径B测试高度有效距离Z热射流直径dz热源表面温度周围空气温度温差系数对流散热量热射流流量B(m)H(m)Z(m)dz(m)tr()tk()t()AQ(kj/s)Lz(m3/h)A1区1点水平0.010.3350.3550.17291531.524.81506.71.72.30517.5746A1区1点水平0.011.0351.0550.45071531.525.21506.31.72.304337.5536A1区试片2水平0.010.20.220.11341531.525.31506.21.72.30413.7482D区试片1水平0.010.40.420.20041531.523.21508.31.72.30849.7029D区试片1垂直0.010.40.420.20041531.523.21508.31.131.53448.4680D区试片1垂直1次0.011.11.120.47511531.523.21508.31.131.534435.8058D区试片1垂直2次0.011.11.120.47511531.523.21508.31.131.534435.80585.3被测区域的粉尘浓度测试数据与计算结果详见表2、3、4。测点位置详见图2。表2测试数据结果采样点温度t()采样开始时间滤膜编号采样前滤膜的质量G1(mg)采样后滤膜的质量G2(mg)流量计读数Lj(l/min)实际流量Lj(l/min)采样时间(min)实际抽气量Vt(l)换算成标准状况后的抽气量V0(Nl)空气的含尘浓度Y(mg/Nm3)平均含尘浓度Yp(mg/Nm3)D3区23.79:27357.958.021.621.6111.086239.55223.030.450.6723.7457.757.921.921.9111.086242.88226.120.88D2区23.79:51157.557.620.720.7114.547301.24280.460.360.3523.7257.257.321.921.9114.547318.70296.720.34D1区25.210:50157.757.921.421.4616.831361.23334.620.600.4425.2257.657.722.122.1616.831373.05345.570.29D5区24.511:15356.356.520.920.9416.037335.75311.750.640.4824.5456.856.921.421.4416.037343.79319.210.31表3测试数据结果采样点温度t()采样开始时间滤膜编号采样前滤膜的质量G1(mg)采样后滤膜的质量G2(mg)流量计读数Lj(l/min)实际流量Lj(l/min)采样时间(min)实际抽气量Vt(l)换算成标准状况后的抽气量V0(Nl)空气的含尘浓度Y(mg/Nm3)平均含尘浓度Yp(mg/Nm3)A1区24.59:37158.8 59.5 20.3 20.35 13.704 278.81 258.63 2.71 2.69 24.5260.5 61.2 20.6 20.65 13.704 282.93 262.45 2.67 A1区24.310:05360.1 60.5 20.4 20.44 10.400 212.56 197.31 2.03 2.48 24.3460.1 60.7 21.1 21.14 10.400 219.85 204.08 2.94 B9区23.412:45159.2 59.4 21.7 21.71 10.127 219.84 204.68 0.98 0.96 23.4259.9 60.1 22.7 22.71 10.127 229.97 214.11 0.93 24.5457.5 58.2 22.8 22.85 10.981 250.92 232.76 3.01 续表3采样点温度t()采样开始时间滤膜编号采样前滤膜的质量G1(mg)采样后滤膜的质量G2(mg)流量计读数Lj(l/min)实际流量Lj(l/min)采样时间(min)实际抽气量Vt(l)换算成标准状况后的抽气量V0(Nl)空气的含尘浓度Y(mg/Nm3)平均含尘浓度Yp(mg/Nm3)B9区人行道23.412:57357.8 58.0 21.2 21.21 15.341 325.35 302.92 0.66 0.81 23.4458.4 58.7 21.8 21.81 15.341 334.56 311.49 0.96 D6区23.614:31156.9 57.0 21.3 21.32 10.370 221.04 205.66 0.49 0.48 23.6258.2 58.3 22.0 22.02 10.370 228.30 212.42 0.47 D6区人行道23.614:49357.7 57.8 21.9 21.92 10.139 222.20 206.74 0.48 0.48 23.6458.0 58.1 22.4 22.42 10.139 227.27 211.46 0.47 A1区24.516:10158.2 58.9 21.7 21.75 15.643 340.21 315.58 2.22 2.48 24.5258.1 59.0 22.5 22.55 15.643 352.75 327.21 2.75 A1区人行道24.517:00357.6 58.3 22.0 22.05 10.981 242.12 224.59 3.12 3.06 24.5457.5 58.2 22.8 22.85 10.981 250.92 232.76 3.01 表4测试数据结果采样点温度t()采样开始时间滤膜编号采样前滤膜的质量G1(mg)采样后滤膜的质量G2(mg)流量计读数Lj(l/min)实际流量Lj(l/min)采样时间(min)实际抽气量Vt(l)换算成标准状况后的抽气量V0(Nl)空气的含尘浓度Y(mg/Nm3)平均含尘浓度Yp(mg/Nm3)A1区23.510:55158.258.519.619.625.453106.9999.483.023.0223.5258.658.919.619.625.453106.9999.483.02A1区23.511:05358.959.318.718.725.969111.73103.893.854.2823.5457.958.419.119.125.969114.12106.124.71A1区24.312.45158.758.919.219.2510.050193.42179.361.121.9024.3258.55919.919.9510.050200.47185.902.69A1区23.413:40358.4591919.0210.022190.58177.273.382.2423.4458.758.919.719.7210.022197.60183.801.09A3区23.614:46157.758.419.619.6210.035196.92183.043.824.8023.625859.120.420.4210.035204.96190.515.77C区25.715:11358.258.620.220.3010.039203.75188.062.132.6225.7458.759.320.720.8010.039208.79192.713.11B9区24.416:13158.758.820.220.2510.021202.94188.130.530.5224.4258.358.421.121.1510.021211.98196.510.51D6区24.317:00358.458.520.920.9510.038210.29195.010.510.5124.3458.558.621.521.5510.038216.33200.610.50D6区人行道24.317:15159.259.520.420.4510.103206.59191.581.571.2924.3258.558.721.221.2510.103214.69199.091.005.4 被测区域的CO2、 CO浓度数据详见表5，测点位置详见图2。表5测试数据测点测试时间温度t()相对湿度CO2浓度(ppm)CO2浓度(mg/m3)CO浓度(ppm)CO浓度(mg/m3)备注A1区 10:5523.5314538120-10-1.1412:4524.330441791/A1区13:1923.431434-485778-8700-20-2.28A3区14:4623.63045080700C区15:1125.73257210261313.4215:2226.1355871053 / /B9区16:2024.43344780200D6区17:00/4628290-10-1.14D6区人行道17:3724.33244680000户外15:4626.83140973400户外7:11开始23.235/00B9区23.43543077100A1区23.23446483200有人在A1区23.23442976900无人在A2区 0自动区，有少量间歇运行A3区23.134453448812-80300A4区 23.433434448778-80300C区到