工业厂房通风设计计算书

工业厂房通风设计计算书第一章项目概况1.1工程概述本工程为某市机械加工工业厂房通风系统设计。厂房为单层单跨砖混结构，建筑面积960m²，梁下高度为5.0m。厂房内布置有加工设备及电机，生产过程中产生余热及少量有害气体（O₃和NO₂为主），需通过通风系统排除余热、稀释有害物浓度，保证工作区环境满足卫生标准要求。1.2建筑基本参数参数符号数值单位厂房长度L40m厂房宽度W24m厂房高度（梁下）H5.0m建筑面积A960m²厂房体积V4800m³窗户尺寸—2000×2000mm窗台距地高度—900mm第二章设计依据与标准2.1主要设计规范本设计遵循以下国家标准及行业规范：1.GB500192015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》——通风系统设计的主要依据2.GBZ12010《工业企业设计卫生标准》——工作场所有害物浓度限值及通风卫生要求3.《简明通风设计手册》（孙一坚主编）——通风量计算、管道水力计算等2.2室内外设计计算参数2.2.1室外空气计算参数参数符号夏季冬季单位通风室外计算温度t_wf/t_wp31.515.7℃采暖室外计算温度t_w—14.1℃室外平均风速v_w5.94.7m/s大气压力P_a100.40101.79kPa主导风向—SNS—2.2.2室内设计参数根据GB500192015第4.1.4条及工艺要求：参数符号数值单位夏季工作区温度t_n≤35℃冬季工作区温度t_n20±2℃相对湿度φ无要求—工作区风速v≤0.5（夏季）m/s2.2.3空气物性参数参数符号数值单位空气定压比热c_p1.013kJ/(kg·℃)空气密度（20℃）ρ1.20kg/m³空气密度（35℃）ρ1.15kg/m³第三章室内热湿及有害物发生量计算3.1设备散热量的计算3.1.1电机设备发热量电机共5台，额定功率N=5kW/台。计算公式：Q_d=n·1000·η_1·η_2·η_3·N/η_4式中：Q_d—电机设备发热量，Wn—电机台数η_1—电机负荷系数（取0.7）η_2—电机同时使用系数（取0.8）η_3—热转化系数（取0.9）N—电机安装额定功率，kWη_4—电机效率（取0.85）数值代入：Q_d=5×1000×0.7×0.8×0.9×5/0.85Q_d=5×1000×0.504×5/0.85=5×1000×2.9647=14823.5W3.1.2电焊机发热量电焊机4台，额定功率N=5kW/台。计算公式：Q_h=n·1000·η_1·N式中：Q_h—电焊机发热量，Wn—电焊机台数η_1—电焊机负荷及热转化综合系数（取0.6）数值代入：Q_h=4×1000×0.6×5=12000W3.1.3照明发热量照明负荷按10W/m²计算。计算公式：Q_l=q_l·A式中：Q_l—照明发热量，Wq_l—照明负荷指标，W/m²A—厂房面积，m²数值代入：Q_l=10×960=9600WQ_l=9.60kW3.1.4总余热量Q_total=Q_d+Q_h+Q_l=14.82+12.00+9.60=36.42kW3.2有害物散发量有害物种类散发量单位O₃（臭氧）0.1mg/sNO₂（二氧化氮）1.5mg/s小时散发量：M_O3=0.1×3600=360mg/hM_NO2=1.5×3600=5400mg/hM_total=360+5400=5760mg/h第四章全面通风量计算4.1消除余热所需通风量根据热平衡原理，全面通风量应满足消除室内余热的要求。计算公式：G_r=3600·Q_total/(c_p·(t_pt_s))式中：G_r—消除余热所需通风量，kg/hQ_total—室内总余热量，kWc_p—空气定压比热，kJ/(kg·℃)t_p—排风温度，℃t_s—送风温度，℃参数取值：夏季送风经处理后温度t_s=28℃排风温度t_p=35℃（工作区允许最高温度）数值代入：G_r=3600×36.42/(1.013×(3528))=131112/7.091=18490.5kg/hG_r=18490.5kg/h体积风量换算：L_r=G_r/ρ=18490.5/1.15=16078.7m³/h4.2稀释有害物所需通风量根据GBZ12010《工业企业设计卫生标准》，工作场所有害物浓度不得超过职业接触限值。计算公式：G_h=M/(C_xC_0)式中：G_h—稀释有害物所需通风量，kg/hM—有害物散发量，mg/hC_x—有害物允许浓度（O₃取0.3mg/m³，NO₂取5mg/m³），mg/m³C_0—送风中有害物浓度（取0），mg/m³臭氧（O₃）：G_h_O3=360/(0.30)=1200m³/h二氧化氮（NO₂）：G_h_NO2=5400/(50)=1080m³/h稀释有害物所需总风量（取最大值）：L_h=max(1200,1080)=1200m³/h4.3全面通风量的确定比较消除余热所需风量与稀释有害物所需风量，取较大值并考虑安全系数（取1.1）：L=max(L_r,L_h)×1.1=16078.7×1.1=17686.6m³/h设计全面通风量取：L=18000m³/h换气次数校核：n=L/V=18000/4800=3.75次/h对于机械加工厂房，换气次数3.75次/h满足一般工业厂房通风要求（通常为3~8次/h）。第五章自然通风计算5.1自然通风原理单层工业厂房自然通风是利用空气的热压和风压作用进行的。热压作用是由于室内外空气温度不同导致密度差，从而形成热压推动空气流动。5.2自然通风量计算根据GB500192015附录H.0.1，自然通风的通风量按下列公式计算：G=α·Q/(c_p·(t_pt_wf))式中：G—自然通风的通风量，kg/hQ—散至室内的全部显热量，Wc_p—空气的定压比热容，取1kJ/(kg·℃)α—单位换算系数，取0.28t_p—排风温度，℃t_wf—夏季通风室外计算温度，℃参数取值：Q=36420Wt_wf=31.5℃排风温度t_p=35℃数值代入：G=0.28×36420/(1×(3531.5))=0.28×36420/3.5G=0.28×10405.7=2913.6kg/h体积风量：L_n=G/ρ=2913.6/1.15=2533.6m³/h5.3自然通风能力评估计算所得自然通风量L_n=2534m³/h，仅占所需全面通风量18000m³/h的14.1%。结论：由于室内热源散热量相对有限（单位体积散热量Q/V=36420/4800=7.59W/m³，远低于116W/m³），热压作用较弱，仅靠自然通风无法满足夏季降温要求，需采用机械通风为主、自然通风为辅的通风方案。第六章局部排风设计6.1局部排风罩设计针对工作平台上粉尘的轻微扩散，设置局部排风罩进行捕集。平台参数：1000×1000×1200mm（长×宽×高）排风罩形式：上部接受式排风罩（侧吸罩）排风量计算公式（按《简明通风设计手册》）：L_local=3600·F·v式中：L_local—局部排风量，m³/hF—排风罩口面积，m²v—罩口控制风速，m/s参数取值：罩口尺寸：1200×1200mm（考虑操作空间）F=1.2×1.2=1.44m²控制风速v=0.5m/s（粉尘轻微扩散）数值代入：L_local=3600×1.44×0.5=2592m³/hL_local=2600m³/h第七章风量平衡计算7.1风量平衡原理根据质量守恒定律，厂房通风系统应满足风量平衡：L_s+L_inf=L_e+L_local+L_exf式中：L_s—机械送风量，m³/hL_inf—自然渗入风量，m³/hL_e—全面排风量，m³/hL_local—局部排风量，m³/hL_exf—自然渗出风量，m³/h7.2风量平衡计算设计工况：全面排风量L_e=18000m³/h局部排风量L_local=2600m³/h总排风量L_total_e=18000+2600=20600m³/h为保证厂房微正压（防止室外污染物渗入），送风量应略大于排风量，取送风量为排风量的105%：L_s=20600×1.05=21630m³/h设计送风量取：L_s=22000m³/h第八章通风管道系统水力计算8.1管道系统设计8.1.1风管材料与形状选用镀锌钢板风管，矩形断面。镀锌钢板具有良好的耐腐蚀性和加工性能，适用于一般工业厂房通风系统。8.1.2风速选择根据《简明通风设计手册》，主风管风速取6~10m/s，支风管风速取4~6m/s。本设计取：主风管风速v_main=8m/s支风管风速v_branch=5m/s8.2风管断面尺寸计算送风主管：F_s=L_s/(3600·v_main)=22000/(3600×8)=0.764m²选用矩形风管1000×800mm，实际面积F=0.80m²实际风速：v_actual=22000/(3600×0.80)=7.64m/s排风主管：F_e=L_e/(3600·v_main)=18000/(3600×8)=0.625m²选用矩形风管1000×630mm，实际面积F=0.63m²实际风速：v_actual=18000/(3600×0.63)=7.94m/s8.3管道阻力计算8.3.1摩擦阻力计算计算公式（达西魏斯巴赫公式）：ΔP_f=λ·(l/d_e)·(ρv²/2)式中：ΔP_f—摩擦阻力，Paλ—摩擦阻力系数l—管段长度，md_e—风管当量直径，mρ—空气密度，kg/m³v—管内风速，m/s当量直径计算（矩形风管）：d_e=2ab/(a+b)送风主管（1000×800mm）：d_e=(2×1.0×0.8)/(1.0+0.8)=1.6/1.8=0.889m取λ=0.02（镀锌钢板，中等粗糙度），l=30m（估算主管长度）ΔP_f=0.02×(30/0.889)×(1.20×7.64²/2)=0.02×33.75×35.02=23.64Pa8.3.2局部阻力计算计算公式：ΔP_j=ξ·(ρv²/2)式中：ΔP_j—局部阻力，Paξ—局部阻力系数主要局部阻力部件：部件ξ数量局部阻力Pa90°弯头0.25435.02三通（直通）0.10310.51三通（分支）0.60242.02送风口0.508140.08防火阀0.15210.51局部阻力合计：ΣΔP_j=238.14Pa8.3.3系统总阻力ΔPtotal=ΔP_f+ΣΔP_j=23.64+238.14=261.78Pa考虑安全系数1.15（管道积尘、过滤器积灰等因素导致阻力增加）：ΔPdesign=261.78×1.15=301.05Pa设计系统阻力取：ΔP=310Pa第九章通风设备选型9.1送风风机选型设计参数：风量：L_s=22000m³/h全压：P=310Pa选用离心式通风机，型号472No.8C。性能参数校核：风机轴功率计算：N=(L·P)/(3600×1000×η_1×η_2)式中：N—电动机轴功率，kWL—风机风量，m³/hP—风机全压，Paη_1—风机效率（取0.78）η_2—传动效率（联轴器直联取0.98）N=(22000×310)/(3600×1000×0.78×0.98)=6820000/2751840=2.48kW电机选型：选用Y132S12型电机，功率5.5kW（考虑启动及过载余量，取2.0倍计算功率）。9.2排风风机选型设计参数：风量：L_e=18000m³/h全压：P=310PaN=(18000×310)/(3600×1000×0.78×0.98)=5580000/2751840=2.03kW电机选型：选用Y112M2型电机，功率4.0kW。9.3局部排风风机选型设计参数：风量：L_local=2600m³/h全压：P=200Pa（局部管道较短）N=(2600×200)/(3600×1000×0.75×0.95)=520000/2565000=0.20kW电机选型：选用功率0.75kW电机。第十章计算结果验证10.1热平衡验证送风带入热量：Q_s=L_s·ρ·c_p·t_s/3600Q_s=(22000×1.15×1.013×28)/3600=716936/3600=199.15kW排风带走热量：Q_e=(20600×1.15×1.013×35)/3600=839502/3600=233.20kW热量平衡：Q_eQ_s=233.20199.15=34.05kW≈Q_total=36.42kW偏差=(36.4234.05)/36.42=6.5%，在工程允许误差范围内（±10%），验证通过。10.2有害物浓度验证全面通风稀释后O₃浓度：C_O3=M_O3/L_e=360/18000=0.02mg/m³<0.3mg/m³全面通风稀释后NO₂浓度：C_NO2=M_NO2/L_e=5400/18000=0.30mg/m³<5mg/m³有害物浓度均低于GBZ12010规定的职业接触限值，验证通过。10.3换气次数验证n=L_total/V=20600/4800=4.29次/h满足一般工业厂房通风换气次数要求（3~8次/h），验证通过。第十一章设计总结11.1主要设计成果项目计算结果单位室内总余热量36.42kW有害物总散发量5760mg/h全面通风量18000m³