第一节 纺织空调负荷计算
纺织空调负荷与民用空调相比，既有相同点，又有特殊之处。本节将结合纺织车间的特点，对纺织空调负荷进行计算。
一、纺织空调冷热负荷组成及特点
1.纺织空调负荷组成 与民用舒适性空调一样，纺织空调负荷的组成也包含以下几个方面。
（1）围护结构传热形成的负荷。包括屋顶和墙体传热、天窗玻璃的太阳辐射传热和瞬变传热三个部分。
（2）车间机器设备运行发热形成的负荷。
（3）车间照明形成的负荷。
（4）车间人员散热形成的负荷。
（5）室内各种散湿过程形成的潜热负荷。
（1）围护结构负荷。与民用建筑相比，纺织车间围护结构产生的负荷所占比重较小，有时甚至不到10%，其大小与不同的气候地区和车间面积大小有关。由于车间高湿度的生产要求，为防潮隔汽的需要，一般围护结构保温层厚度较大，而且由于车间内附房的存在，使得墙体产生的冷负荷甚至可以忽略不计，因此，负荷主要集中在屋顶部分。现代化新的彩板技术和保温隔汽材料的应用，使得屋面的传热系数大大降低。
（2）设备负荷。与舒适性空调不同，纺织车间的机器排布密集，单台设备能耗高，因此，机器发热量大，设备负荷所占总负荷的比重高，甚至达90%以上。同时，负荷比重的大小与车间的性质、机器的型号以及排布的疏密有关，因此，很难像舒适性空调那样，提出一个相对可靠的估算指标。
（3）人体和照明负荷。纺织车间人体和照明负荷较为恒定。人员的多少与车间机台的数量和管理水平有关，但总体来讲，产生的负荷相对较少；而车间的照明负荷主要与车间的面积和性质有关，与设备与人员的数量无关，在吊顶高度一定的条件下，不同地区、不同大小的同类车间，单位面积产生的空调照明负荷相差不大，可视为相同。
（4）车间湿负荷。纺织车间的湿负荷较小，主要集中在有限的人体散湿。其产生的潜热与较大的机器发热量相比，几乎可忽略不计。而在一些车间存在着吸湿工况，比如喷气织机运行时，压缩空气在大空间的高压释放就伴随着吸湿过程，因此，车间湿量很小，在传统“上送下回”送风方式中，空气处理过程的热湿比线几乎呈垂直状态，预示着较大的送风量和换气次数以及较高的风机能耗。
（5）冬季纺织空调负荷。纺织车间冬季热负荷较小。尤其是细纱车间，较大的机器发热量几乎可以弥补围护结构的热量散失，甚至采取热能转移技术，还可以将热量有效地转移到前纺和后纺车间，而在较为寒冷地区，条件具备时可采取采暖等措施以补充车间的热量损失。
现以中原地区某轻钢结构纺织厂为例，围护结构、设备、照明以及人体等各部分所产生的夏季空调负荷大小及所占的比例，见表3-1。
表3-1 10万锭纺织厂车间负荷计算表
二、纺织车间负荷计算
除围护结构产生的负荷受所在地气候的影响较大外，其他几项不受室外气象条件的制约，而围护结构在总负荷中所占的比例较小，因此，在目前的纺织空调负荷计算中，特别是在方案设计或初步设计中采用稳态传热法计算的较多。下面将计算方法做简单介绍。
（一）纺织车间冷负荷稳态计算法
纺织车间空调负荷稳态传热计算方法见表3-2。
表3-2 纺织车间空调负荷稳态传热计算方法
以上稳态计算法由于不考虑负荷的时间延迟等因素，算出的结果往往偏大，以此选取的系统肯定是不经济的，因此，只能用于粗略的估算和初步设计。
若计算的总冷负荷偏大，则会导致空调设备偏大、管道输送系统偏大和制冷主机偏大的“一大三大”后果，造成空调系统规模增大、装机增多，浪费严重，而且不利于空调系统节能运行。因此，《采暖通风与空气调节设计规范》以强制性条款规定，应对空气调节冷负荷进行逐项逐时计算，纺织车间冷负荷计算应遵照执行。下面详细介绍纺织空调车间夏季冷负荷的计算过程。
（二）纺织车间逐时冷负荷计算法
（1）通过外墙和屋顶的传热负荷计算。
式中：K——外墙和屋面传热系数，W/（m2·℃），其计算和选择见第二章；
F——外墙和屋面传热面积，m2；
tc，τ——外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，℃，见表3-3和表3-4；
td——北京地区以外的温度修正值，℃，见表3-5；
tn——室内计算空气温度，℃，见第一章介绍。
表3-3 外墙冷负荷计算温度tc，τ（℃）
表3-4 屋面冷负荷计算温度tc，τ（℃）
表3-5 Ⅰ～Ⅳ型结构地点修正值td（℃）
（2）通过外窗（天窗、采光带）的逐时传热负荷计算。
式中：K——外窗传热系数，W/（m2·℃），单层窗可取5.8W/（m2·℃），双层窗可取2.9W/（m2·℃）；
F——外窗的有效传热面积，m2；
tc，τ——外窗的冷负荷计算温度，℃，见表3-6；
td——北京地区以外的温度修正值，℃，见表3-7。
表3-6 玻璃窗冷负荷计算温度tc，τ
表3-7 玻璃窗地点修正值td
（3）通过外窗（天窗、采光带）的日射辐射传热负荷计算。
表3-8 玻璃窗的遮阳系数Cn
表3-9 玻璃窗的遮挡系数Cs
表3-10 夏季各纬度带的日射得热因数最大值DJ, max（W/m2）
表3-11 北区（27°30′以北）玻璃窗内遮阳逐时冷负荷系数CLQ
表3-12 南区（27°30′以南）玻璃窗内遮阳逐时冷负荷系数CLQ
由式（3-1）～式（3-3）可以得出围护结构传热形成的夏季冷负荷，即以上三项冷负荷的逐时值：
式中：N——机器设备的总功率，kW；
n1——电动机的容量安装系数，一般取0.80；
n2——电动机同时运转系数，不同工艺的纺织设备差别较大，一般取0.85～0.99，前纺设备取下限，后纺设备取上限；
n3——热迁移系数，对于采取了局部电机排风措施的电机，一般取0.60～0.90（例如，对于细纱机和络筒机的排风，当其焓值大于室外空气焓值时，可单独通过地排风排除），其他取1.0；
CLQ——设备散热逐时冷负荷系数，见表3-13，对于连续运行的车间设备，CLQ可取1.0。
表3-13 设备散热逐时冷负荷系数CLQ
3.照明散热形成的冷负荷计算 纺织车间照明一般以荧光灯为主，因此，照明产生的冷负荷以荧光灯作为计算依据。
式中：N——照明灯具总功率，kW；
n1——镇流器消耗功率系数，明装荧光灯镇流器设在空调房间内时，取n1=1.2；暗装荧光灯镇流器设在顶棚时，取n1=1.0；
n2——灯罩隔热系数，视灯罩与顶棚的安装及通风散热情况，取n2=0.6～0.8；
CLQ——车间照明散热的逐时冷负荷系数，见表3-14。
表3-14 明装荧光灯照明散热逐时冷负荷系数CLQ
4.人体散热形成的冷负荷计算 人体散热负荷包括两部分，其中显热经过转化变成冷负荷，潜热直接转化为冷负荷。
式中：qq——人体潜热散热量，W，见第一章内容；
n——车间内总人数；
η——群集系数，纺织厂大多属于中等劳动，取η=0.95；
qx——不同室温和劳动强度时成年男子的显热散热量，W，见第一章内容；
CLQ——人体显热散热逐时冷负荷系数，见表3-15。
表3-15 人体显热散热逐时冷负荷系数CLQ
5.纺织车间湿负荷计算 车间内的湿负荷主要来自人体的散湿。此外，在个别单独通过管道或喷雾、地面洒水等方式加湿的车间，还有部分水分的蒸发等。
其中，人体的散湿量W（kg/h）计算如下：
W=0.001nηg（3-8）
式中：g——成年男子的每小时散湿量，g/h，见第一章内容；
其他含义同上。
采用水面蒸发措施时的加湿量W（kg/h）计算如下：
W=ωF（3-9）
式中：ω——单位水面蒸发量，kg/（m2·h），见表3-16；
F——蒸发表面积，m2。
表3-16 敞开水表面单位蒸发量[kg/（m2·h）]
三、纺织车间空调总冷热负荷计算
（一）夏季纺织车间空调冷负荷
根据以上计算，将各项逐时冷负荷进行叠加，可得到纺织车间冷负荷的综合最大值，即为车间的室内总冷负荷（以后简称车间冷负荷），计算公式为：
由于纺织车间的热惰性较大，空调系统的热湿交换能力较强，根据节能的原则，采用以上方法计算得出的车间冷负荷不应再附加安全系数，可直接作为车间送风量计算依据。
（二）空调系统所需总冷负荷
若空调系统分车间进行设计，车间冷负荷确定以后，仅可用于车间送风量计算，而空调系统所需的制冷负荷应该在此基础上加上新风负荷，新风负荷Qw的计算公式如下：
式中：GW——车间新风量的大小，kg/s；
iw——空调计算室外空气状态点对应的焓值，kJ/kg；
iN——空调计算室内空气状态点对应的焓值，kJ/kg。
对于纺织车间空调，由于影响因素较多，有关规范标准没有对新风量的大小给出明确说明，在没有局部排风的情况下，目前大多设计按照总风量的10%选取，耗冷量较高，在此建议应从空气的清新度、卫生要求等方面进行考虑，详细计算参见本书第一章。
除此之外，空调系统所需的冷负荷还应包括空气通过风机、风管的温升引起的冷负荷，冷水通过水泵、水管、水池的温升引起的冷负荷，以及在空气热湿处理过程中产生的冷热抵消现象引起的附加冷负荷等。综合考虑上述因素后，空调系统总制冷负荷可表示如下：
式中：QZ——空调系统总制冷负荷，kW。
（三）冬季纺织车间空调负荷
对于寒冷地区冬季需要供热的纺织车间，由于车间内应保持正压运行，可不计冷风渗透产生的负荷，此时其负荷应采用稳态计算法，详见表3-2相关公式。为保险起见，冬季一般不计算太阳辐射得热和人体散热，因此，总负荷为：
上式的计算结果QR可能为正，也可能为负。正值表示冬季车间有多余热量，需要对车间供冷。负值表示车间缺少热量，需要对车间供给热量。对于冬季空调系统的总供热量，则应根据空气热湿处理过程经计算得出。
四、轻钢结构纺织细纱车间负荷计算实例
南宁某轻钢结构棉纺织企业主厂房细纱车间设备平面布置如图3-1所示。车间净尺寸为135m×60m。靠外墙部分为附房（空调室、卫生间、皮辊室等），其他两侧分别为与精并梳和筒捻车间相隔离的内区辅助间。图中，①、②、③和④表示不同型号细纱机，共计210台、88000锭规模。单台设备装率19.42kW；屋面传热系数为0.232W/（m2·℃）；车间照明总功率为84.723kW；工艺核定总人数为100人。室内设计参数：温度32℃，相对湿度60%。按照逐时冷负荷系数法，该车间负荷计算过程如下。
根据GB50176—2016《民用建筑热工设计规范》，南宁属于夏热冬暖地区，不需考虑冬季额外供暖维持车间温度的问题，因此，仅计算夏季冷负荷。
1.通过围护结构产生的冷负荷计算 鉴于细纱车间所处的位置，不考虑外墙传热和内区车间之间的温差传热，仅考虑屋顶传热。计算见式（3-1）。
其中，外墙主要传热面为附房阻隔，热惰性大，因此，建筑可按Ⅰ型考虑；屋面计算面积为8473.5m2。公式中K、F、tc，τ、td和tn各参数均可以确定下来。
2.机器设备散热形成的冷负荷计算 式（3-5）中，本车间照明总功率N为84.723kW；电动机的容量安装系数n1取0.80；电动机同时运转系数n2为0.965；热迁移系数n3取0.65（按照工艺排风焓值大于室外空气焓值时，单独通过地排风排除考虑）；设备散热的冷负荷系数CLQ取0.94。参数可完全确定下来。
3.照明散热形成的冷负荷计算 式（3-6）中，本车间机器设备的总功率N为4078.2kW；暗装荧光灯镇流器设在顶棚内，n1取1.0；灯罩隔热系数n2取0.8；车间照明散热的逐时冷负荷系数CLQ见表3-14。
4.人体散热形成的冷负荷计算 式（3-7）中，车间内总人数n为100人；纺织厂大多属于中等劳动，群集系数η取1.0；根据表1-11，人体潜热散热量qq取200W；显热散热量qX取39W；人体显热散热逐时冷负荷系数CLQ见表3-15。
5.细纱车间湿负荷计算 式（3-9）中，车间内总人数n为100人；群集系数η取1.0；根据表1-11，人体潜热散热量qq取200W；成年男子的小时散湿量g为300g/h。6.细纱车间室内冷负荷、湿负荷计算汇总 细纱车间室内冷负荷、湿负荷计算汇总见表3-17。其中，最大负荷出现在15时，冷负荷为1976.91kW，湿负荷为8.33×10-3kg/s。
图3-1 南宁某轻钢结构棉纺织厂细纱车间设备平面布置图
表3-17 细纱车间室内冷负荷、湿负荷计算汇总表
7.细纱车间新风负荷计算 依据第一章中新风量的确定方法，根据式（1-1），该细纱车间吊顶高度4.2m，此处取系数为0.7，新风量Gw计算为8473.5×4.2×0.7=25000m3/h=8.37kg/s。查焓湿图可知，iW=90.10kJ/kg, iN=79.30kJ/kg，根据式（3-11），计算新风负荷为：
8.细纱车间总负荷汇总 根据式（3-12），取系数为1.05，该细纱车间总负荷计算为：
