258_焊接车间内不同通风模式保障效果的数值模拟

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1、焊接车间内不同通风模式保障效果的数值模拟清华大学建筑学院建筑技术科学系邵晓亮马晓钧李先庭摘要本文以某待建动车组生产焊接车间为模型基础，对车间在夏季和冬季六种不同的整体通风模式以及当车间内仅有局部焊机工作时四种不同的局部通风方案进行了数值模拟。模拟结果显示，采用整体通风时，夏季适合采取下送中回和下送上回的通风模式来保障关注区的空气品质；冬季适合采取顶送中回、顶送下回和中送下回的通风模式。当仅有一台焊机工作时，只开启焊机侧最近的以及正对面的两组送回风口，就能很好的保障关注区的空气品质。基于模拟分析的结果，对该待建焊接车间的通风系统，按照多模式通风的思路进行了一

2、定的初步设计，这种组合的通风模式，能够更好的适应焊接车间在全年运行过程中多变的场景，从而更好的保障环境，且能够在一定程度上节能。关键词动车组焊接车间、关注区、数值模拟、多模式通风1前言目前，各种类型的焊接车间在焊接过程中会产生大量的焊接烟尘，烟尘的粒径一般在0.1-1um左右，可以通过人体的呼吸道进入肺泡，从而引发多种疾病，严重危害工人的身体健康[1-3]，因此对于此类工业厂房，低污染物浓度的环境保障是最重要的，其次才是温湿度的保障。在各种类型的焊接车间中，以动车组生产的焊接车间污染尤为严重，动车组的车体较长，焊接部位较多，实际焊接位置是不固定的，对于随时

3、间移动的焊接过程，局部排风的环境保障措施将不再适用，因此一些动车组焊接车间开始采用整体空调通风的方案，在通风稀释污染物的同时，采用空调方式调节车间的温度、湿度来保障工人的热舒适。但由于整体通风的送回风模式通常是单一模式的，或者采用全面自然通风，或者为单一模式的机械通风[4]，这类通风模式只能在一种或少数几种典型的污染场景下有效保障环境。而实际动车组焊接车间在全年工作过程中会出现多种不同的工况特性，比如：夏季和冬季车间内部不同的热环境特性会形成不同的流场，从而形成不同的关注区污染物分布；空间有时所有焊机同时工作，有时仅有局部的某个或某几个区域在同时工作；焊接

4、根据不同的工艺特点，会产生具有不同污染特性的物质，在固定的送回风模式下，也可能形成不同的污染物分布。对于实际多变的工况，单一的整体通风模式将只能适应于其中的一种或几种场景特性，而对于其他的典型场景，保障效果极差，危害十分严重，因此从通风空调系统全年运行来看，对空间关注区域的保障效果是很差的。为改进目前整体单一通风模式存在的不足，文献[5]提出了多模式通风的思路。所谓多模通风，是指在同一建筑空间内，当室内某源（热源、湿源和污染源）或某点的需求（温度、湿度、污染物浓度）发生改变时，依据一定的控制策略采用若干种送风模式切换的方式，在满足新的需求的同时达到最小的能

5、耗[5]。多模式通风并不是某种新型的通风模式，而是几种高效通风模式的组合，其具体实现思路为：充分了解实际空间在全年运行中可能出现的几种典型场景，针对每种典型场景分析确定对应的高效通风模式，然后将选定的几种高效通风模式组合成一套通风系统。在空调通风系统实际运行中，根据实际出现的某种工作场景，选择对应较高效的通风模式，这样就能够在全年运行过程中有效的保障空间环境。本文将基于多模式通风的思路，以某一个实际待建的动车组焊接车间为建模基础，重点从热环境特性（夏季和冬季）和工作区域空间特性（局部区域在工作）的角度来设计多种不同的通风模式进行模拟分析，比较确定在不同工况

6、特性下高效的通风模式，进而组合成多模式的通风系统，在一定程度上展示如何实现多种模式的通风。2待建车间概况该待建动车组生产焊接车间地处长春市，车间整体尺寸长×宽×高=120m×18m×10m，沿长度方向分为20跨，每跨距离为6m，各跨之间的结构和送回风口的布置相同。夏季车间内采用整体空调通风，室外设计干球温度为30.5℃，湿球温度为24.2℃；室内设计温度为24-28℃，相对湿度≤60%。冬季车间内采用散热器辐射供暖，室内设计温度为20℃，通风系统送风温度也为20℃，送风只用于稀释污染物。3模型及边界条件模拟工具采用AIRPAK2.1，该软件是求解室内空气各

7、种参数分布的专业软件，其数值求解的精度在许多文献中已经得到验证，此处不再赘述[6]。3.1模拟工况及模型模拟工况的选择考虑了以下两种情况：(1)不同季节（夏季和冬季）整体通风时，各种通风模式产生的污染物分布；(2)当仅有某局部区域在进行焊接时，在固定的通风形式下，局部区域周围开多少送回风口就能较好的保障局部环境。基于以上两方面的考虑，设置算例如下：(1)整体通风（焊机全部工作）：分别模拟夏季和冬季工况，每个季节的模拟又分为六种不同的通风模式——下送中回、下送顶回、中送顶回、中送下回、顶送中回、顶送下回；(2)局部通风（局部区域焊机工作）：模拟工况包括开启最

8、靠近焊机的一组送回风口、对开两组送回风口、就近开三组送回风口、对开