帶有內(nèi)隔墻的新型鋁電解廠房建筑結(jié)構(gòu)研究摘要：針對所提出的帶有內(nèi)隔墻的新型建筑結(jié)構(gòu)鋁電解廠房，分析其自然通風(fēng)的影響因素，并通過CFD模擬計算的方法，研究各種條件下的自然通風(fēng)效果。結(jié)果表明，新型建筑結(jié)構(gòu)的鋁電解廠房的內(nèi)隔墻高度以3.5~4m為好；進風(fēng)口高度應(yīng)在操作面下梁的底端至操作面樓板之間；槽間母線應(yīng)盡可能設(shè)置在槽間中心處，槽間遮擋寬度最佳為槽間平行于槽體的兩母線外圍的寬度；進風(fēng)口外導(dǎo)流角度可根據(jù)實際情況而靈活選取，角度大較好，但不宜超過45°。關(guān)鍵詞：自然通風(fēng)，鋁電解廠房，建筑形式，內(nèi)隔墻引言隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，鋁作為國民經(jīng)濟中的第二大金屬材料，應(yīng)用越來越廣泛，也使得我國的鋁電解工業(yè)以較高的速度發(fā)展[1]。工業(yè)廠房也不斷擴大，單臺電解槽的容量不斷增加，散熱量不斷加大，導(dǎo)致自然通風(fēng)不暢，電解槽熱量散不出去，槽壁面溫度大幅上升，電解槽的工作狀態(tài)惡化，嚴重影響了生產(chǎn)。鋁電解廠房里的主要設(shè)備是電解槽體和一些輔助設(shè)備，這些設(shè)備作為熱源不斷向周圍環(huán)境散發(fā)熱量和污染物、灰塵等。由于電解槽屬于強熱源，散發(fā)出大量的熱量，形成了煙囪效應(yīng)，室外空氣從下面通道進入，帶走熱量和污染物，然后從天窗排出。如果大量余熱和污染物不能排到室外而散發(fā)到工作區(qū)，則工人處于高溫污濁氣流的惡劣環(huán)境中工作，同時也導(dǎo)致電解槽不能充分散熱，影響生產(chǎn)的效率。通常這些熱廠房采用自然通風(fēng)方式，即利用廠房內(nèi)外空氣的溫差所產(chǎn)生的熱壓作用和室外空氣流動時產(chǎn)生的風(fēng)壓作用，使廠房內(nèi)外空氣不斷交換來帶走廠房內(nèi)余熱和污染物，同時向工作區(qū)供給新鮮空氣。在建筑形式上，鋁電解廠房多采用單跨廠房，2層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通風(fēng)條件好。廠房的寬度為20~30m，高度約20m，長度約1000m。電解槽主體散熱部分在廠房的一層，槽體周圍布置格柵板用來通風(fēng)，帶走槽體散出的熱量，降低電解槽的表面溫度。在廠房二層，室外空氣由側(cè)窗進入工作區(qū)，降低工作區(qū)溫度，改善工作區(qū)環(huán)境，見圖1（稱為形式1）。最初人們尋找一切措施來提高全面進風(fēng)量，認為通風(fēng)量愈大降溫效果愈好。但隨著人們對自然通風(fēng)的不斷認識，發(fā)現(xiàn)在保證足夠通風(fēng)量的同時，還要合理組織通風(fēng)氣流形式，比如合理協(xié)調(diào)進排氣口面積[2]。若只單純地增大通風(fēng)量而不合理組織氣流，就可能發(fā)生氣流短路現(xiàn)象，即由進氣口進入廠房內(nèi)的新鮮空氣，在未經(jīng)過工作區(qū)之前就已被加熱而上升至排氣口排到室外。提高自然通風(fēng)效果的途徑之一就是盡量避免或盡量減少氣流短路。二層結(jié)構(gòu)鋁電解廠房（形式1）新型建筑結(jié)構(gòu)鋁電解廠房的提出由于圖1形式存在室外風(fēng)壓影響的問題，且由于上進風(fēng)窗的分流，使得大量進風(fēng)沒有通過電解槽而直接排走。為了進一步提高鋁電解廠房的自然通風(fēng)效果，一種新的建筑形式被提出來：在室外空氣通過外墻下部的進風(fēng)口進入后，大部分通過電解槽周圍的固定隔柵進入廠房，帶走槽體散發(fā)的余熱和污染物并通過天窗排到室外，另一部分空氣通過樓板開口上升，通過一面內(nèi)隔墻進入廠房，即在樓隔板開口處設(shè)置了一面內(nèi)隔墻，見圖2，以下稱為形式2。操作面下開窗有內(nèi)隔墻這種形式優(yōu)于傳統(tǒng)的形式，提高了自然通風(fēng)效率。此內(nèi)隔墻可能有以下影響作用：1．從減少室外氣候因素的影響角度看：一般廠房自然通風(fēng)設(shè)計中只考慮熱壓作用的影響，忽略風(fēng)壓作用，然后對風(fēng)壓的影響進行定性考慮。實際運行過程中，自然通風(fēng)受風(fēng)壓的影響很大。圖1所示的自然通風(fēng)系統(tǒng)去掉了傳統(tǒng)形式的樓板上部外窗，室外空氣通過下部外窗進入，然后通過內(nèi)隔墻進入廠房，這樣從一定程度上減少了風(fēng)壓不確定性作用的影響，使自然通風(fēng)效果更接近于設(shè)計下的狀況。2．從影響自然通風(fēng)量的分配來看：室外空氣由外窗進入后，分成兩部分進入廠房，即通過內(nèi)隔墻與電解槽間的固定隔柵進入廠房，內(nèi)隔墻的局部阻力系數(shù)影響到通風(fēng)量的分配。新型建筑結(jié)構(gòu)鋁電解廠房通風(fēng)效果分析自然通風(fēng)的主要影響因素是廠房余熱量和廠房的建筑結(jié)構(gòu)形式。本文通過模擬計算，分析該建筑結(jié)構(gòu)鋁電解廠房的自然通風(fēng)的主要影響因素及其相應(yīng)的優(yōu)化尺寸。3.1內(nèi)隔墻高度愛內(nèi)隔墻的作用駁是流通空氣帶蠻走工作區(qū)的余犯熱，改善工作墾區(qū)的操作環(huán)境俘；在高度上抑具制氣流下降，略保證冷熱氣流蜘的分層高度，耳見圖燃4-3畝。嫂蓋悅旋熱分榆層蠅呆墨騾束赴甩氣流與內(nèi)隔墻臺高度修h綱n態(tài)關(guān)餐系妥(繞h模n至=3m)恨閉館氣流與內(nèi)隔墻陷高度縮h貿(mào)n禿關(guān)陵系因(撫h介n伸=4m)若森紐康氣流與內(nèi)隔墻錯高度滴h礎(chǔ)n鑒關(guān)架系柏(糠h隨n姐=5m)診鋁電解廠房內(nèi)蹈溫度有分層現(xiàn)錯象，對于其廠育房的熱分層高輪度，國外文獻計介紹的經(jīng)驗值捉是不低于蛋3丟~黎3.5m今。筆者通過模燦擬計算，發(fā)現(xiàn)宴氣流總是在一以定高度（績圖秘4醉~月圖忌6善中標為氣流高遍度）處斜流向騰工作區(qū)，扇它不隨內(nèi)隔墻磁高度的增加而銹改變，而是位五于電解槽最高禍位置上方晶約同0.5~1嘩m安處，即高于操斯作少面聚3.5~4掀m殿。同時考慮熱家分層高度是動椒態(tài)的，廠房內(nèi)爸的生產(chǎn)活傾動供(謎如更換陽極或閃天車運行銀等閃)管都會影響熱分念層高度。為保如證工作區(qū)的氣捎流不受上部熱殺氣流的影響，詠此值不宜太低培，一般應(yīng)恥在永3.5~4懼m糕。騰聯(lián)3井.罩2段黑進風(fēng)口尺卡寸慌尸內(nèi)隔墻類形式斷廠房的進風(fēng)口區(qū)都布置在靠近謙地面的外墻上凳。境室外空氣通過樓進風(fēng)口進入后似，大部分通過忌電解槽周圍的筍固定格柵進入藏廠房，帶走槽逐體散發(fā)的余熱右和污染物并通姥過侮通風(fēng)器宿排到室外丈。由于電解槽轎的主體散熱部理分在操作面以升下，當進風(fēng)口油高度低于操作繡面時，進風(fēng)口聾高度越低，則扭廠房總通風(fēng)量昏會越?。划斶M披風(fēng)口高度高于桿操作面時，進夠風(fēng)口高度越高懼，則廠房總通崗風(fēng)量會越大，徒但槽間的通風(fēng)蟲量會減少，因從為過多的空氣曾流向了內(nèi)隔墻茅。以上分析可現(xiàn)通冠過慕300k壞A倉廠房進風(fēng)口高羊度取值不同刑的固6墊個算例說明。漿算例中的袍主要尺寸為：捧H舍=18.21稅m求，鍬W醫(yī)=30旗m拉，穿C偶S榮＝健0輸m終，稼L音C沉＝刷6.2孤m詳，裳H慨S紀＝慨H案L鎮(zhèn)＝盡4神m膚，押W礙S橋＝櫻W千L價＝榮1.5隱m葵，集W輝p璃＝傾6稈m早，鏟H捷C深＝除3.4m留，計算結(jié)果見除表佛1東，坡圖桃7陪至窩圖滑9載。刃雁暢算例結(jié)果嘆表舟(趟進風(fēng)口高度不壇同淹)福算例神參數(shù)狡1棗2除3年4循5捧6代進風(fēng)口高藝度澤卵m任1.9閣2.4犬2.8蛋2.世9趙3.4懂3.9拘S骨進風(fēng)口風(fēng)量桌kg/塔s葬22.011川23.688近24.881對25.089球26.201聾26.904霉L悟進風(fēng)口風(fēng)量敬kg/逼s怎21.219職22.504糠23.379賓23.593周24.432痕25.241支排風(fēng)腦量叮泥kg/領(lǐng)s生43.230益46.193卸48.261坦48.682蒜50.633銷52.145僚L瞇內(nèi)隔墻風(fēng)鄙量慘kg/s純4.711視5.179護6.058康6.239茄7.689泛9.273鑰S澡內(nèi)隔墻風(fēng)貞量見kg/s槳4.862牧5.829列6.645懇6.938游8.586氣9.960累槽間風(fēng)物量沿kg/s吳33.654國35.182彎35.555塘35.501詞34.355黃32.910禽S踐工作區(qū)溫惹度帖℃新34.81岡34.87嫌35.93瞞36.00廳35.67閉35.54戶L魄工作區(qū)溫趨度肝℃拼35.73勒35.22含34.89主34.80尖34.24飽34.03奧槽間溫狹度?！婺?0.21儲39.99劑39.44采39.58偽39.25研40.29協(xié)其邪排風(fēng)量和槽間豬通風(fēng)量趨勢種圖醫(yī)適京制卸票內(nèi)隔墻風(fēng)量趨洪勢圖寨(暗進風(fēng)口姓(中進風(fēng)口高度不鎮(zhèn)同敵)以度不葬同團)廁圖擾9堆槽側(cè)壁溫度趨廚勢圖告(伐進風(fēng)口高度不猴同不)頓圖斬7池表明，排風(fēng)量漸隨進風(fēng)口的高關(guān)度增加而增加資，但增加趨勢扇減緩；而槽間毫風(fēng)量在進風(fēng)口丸由披1.9驗m盲到困2.8m多(因進風(fēng)窗的凈本高咱)脫時增加，但此遠后漂至蕩3.9培m敘時減少，原因失是在進風(fēng)口向由駐1.9堪m垂到除2.8脖m引區(qū)間，進入的海空氣大部分通倡過操作面進入辭槽間，使得槽因間風(fēng)量增加；妄在進風(fēng)口高授于常2.8括m供后，進入風(fēng)量發(fā)受到操作面下嫂梁的阻擋，有夏一部分流進工謀作區(qū)，進風(fēng)口盲越高，該部分畏比例越大，從寫而使流向槽間兆的風(fēng)量減少。末圖積9妙中的熔體區(qū)溫首度變化的趨勢橡也從槽間換熱躲的角度說明了哲這一點。所以淹，進風(fēng)口的高剃度與操作面下睛進風(fēng)窗的高度拼相同頌時丸(朝即算莫例恩3申)東，對于電解槽暗散熱來說最好具。爐圖票8允表明，兩端內(nèi)恭隔墻風(fēng)量隨進臨風(fēng)口的高度增譯加而增加含。萄閣由戰(zhàn)表虹1鐘數(shù)據(jù)可知：與杰算讓例且3垂相比較，算失例哲5煮的槽間風(fēng)量草少勺3.4譽%估，工作區(qū)風(fēng)量截大冤26.9繩%仙，總通風(fēng)量乒多滾4.9肅%員；掃圖常4-御9笨表明熔體區(qū)溫餡度與算贊例抗3席相差較小。結(jié)嘴果說明算少例稱5抗的總通風(fēng)量較第大，工作區(qū)環(huán)仿境較好，電解亦槽散熱與其最享佳的算辟例串3紛相比略顯不足紛，但也不失為陪較好的方案。野與算點例謝3披相比較，算漠例棒6兼的槽間風(fēng)量較貢算咱例鐵3涉減鉛少有7.4勸%羽，工作區(qū)風(fēng)量株增啊加揀53.1柳%別，總通風(fēng)量增狹加餓8箏%白。且泳圖腰7孟表明熔體區(qū)溫應(yīng)度與算瓣例旱3酬相差較大，即蓋電解槽散熱較擁差，同時也說倉明進風(fēng)口的高戶度不能過高，射否則會對電解武槽散熱有較大都的影響。旗根據(jù)上述分析摘，綜合考慮電嶄解槽散熱和工朽作區(qū)環(huán)境，進渡風(fēng)口應(yīng)OP漏S請、腰OP膜L壟的高度范圍以員在操作面下梁田的底端覆高羞(餓算朝例績3私)四至操作面樓板移高榴度瓣(該算館例薯5紀)久之間為宜。劫以膨L懸端為例，即窮圖繁4-1蝴0陰中嶼OP適1枯－揭OP氣2疫之間配。倍責(zé)讀酒進風(fēng)口高度營搜建槽間遮還擋葛塞槽間空氣靠近繞電解槽側(cè)壁流燭動有助于加強蚊槽體側(cè)壁的對帆流換熱，從而碧降低槽側(cè)壁溫狼度。有些國外兼工程的做法是頁將槽間通道中太部的部分格柵窩改為樓板，目個的是迫使空氣等貼近電解槽側(cè)鴿壁處通過，從翁而加強了空氣喪與槽壁間的換脈熱，見坊圖超1聾1藍。槽間遮擋寬豈度三C稈S管（惹圖象1淚1摸中黑色部分）荒設(shè)為槽間寬度然的修1/食4雁、米1/抓2詞、死3/領(lǐng)4靈及槽間兩母線暗外圍的寬度（擾圖宮1避2嫩中刷W玉m激），具體數(shù)值田分別為唯：喚0.54奪m管、丙1.08耕m失、葛1.61播m著和跨0.96弄m敘。計算結(jié)果見幕表預(yù)2個、森圖終1跨3懸和嶄圖月1遼4明。始素欺槽間遮擋預(yù)藍豈電解槽槽間母紛線圖爭果狐算例結(jié)果壁表捆(順槽間沃遮擋寬度釘)鹽遮擋寬度介鋁液層溫算度統(tǒng)晴℃來總風(fēng)量狡kg/薪s蕩槽間風(fēng)量四kg/抽s鉤排風(fēng)溫司度怪象℃紡槽間溫嘩度狂素℃你0m四349.08姨4怪48.261甜35.555群43.32劈39.44塌0.54m環(huán)344.97囑3大49.328貸34.474浩42.83淋41.44適0.96m脅343.54柄9距48.543褲30.580鋸43.15叫39.95歉1.08m蕉343.65薦3門48.103蘿28.904袖43.29妨39.77育1.61m酸350.38茂0祝43.921榜17.791術(shù)44.36粱38.39約拔跌鋁液層溫度趨悟勢圖順(籃槽間咸辱墨排風(fēng)量和槽間脂通風(fēng)量律(澆槽間有遮擋寬度不同田)男政偏垃愛街遮擋寬度不同散)周由霜圖草1驟3疾可以看出，電貴解槽側(cè)壁溫度腸在遮擋寬度烈由諷0幣m狂到劣0.96宮m摸時降低，旬由家0.96奏m溪到海1.61渴m急時升高。原因援是槽間風(fēng)量隨甘遮擋寬度的增蛙加而降低，在挺遮擋寬度小燕于菌0.96餐m粉時，槽間風(fēng)量迫減少但空氣與柄槽側(cè)壁間對流窮換熱加大而使混得槽側(cè)壁溫度父降低，在遮擋妥寬度大怨于送0.96省m醉時由于槽間風(fēng)咱量減少過多，昂反而使得換熱截減弱，槽側(cè)壁枕溫度升高?；?qū)嶋H工程來碑講，槽間母線貝應(yīng)盡可能設(shè)置鳳在槽間中心處羨，將母線與槽美側(cè)壁的空間空盲出，以利于空撈氣與槽側(cè)壁間末的換熱。槽間悶遮擋寬度最佳鏈為槽間平行于嘗槽體的兩母線車外圍的寬度（虎圖懶1擋2抽中摔W損m窯）。米憐王進風(fēng)口外導(dǎo)流暈角很度宜飼廠房建筑設(shè)計吹時，進風(fēng)口外夢有傾斜于外墻術(shù)的擋風(fēng)板。本爽文取四個算例削進行研究，其蓄傾斜角度分別嶄為筋0征°耳、盲30境°發(fā)、繞45哈°盈和垮60籍°六。為保證可比螺性，算例中擋敲風(fēng)板的最低端萬均肌為懼3.4鹿m娘，最高端均編為溝4.4狠m泳，見垮圖綠1保5深。算例其余主蠶要數(shù)據(jù)為：踩H墓=18.21繞m幫，互W你=30經(jīng)m頓，瘋i=0.池1仍，是W禾S皂=疼W汗L燃=1.5歉m虜，邪H堡L遞＝膀H估S嫌＝解4餐m串，餐C拳S核＝影0樣m煩，深L迅C般＝凝6.2糟m枕，節(jié)H釋C舒＝球3.4翻m晉。計算結(jié)果見斷表伯3緒、爸圖央1輪6茫和英圖扯1常7文。5擋風(fēng)板踐連邀算例結(jié)果芒表散(室傾斜角度不危同搬)靜角度豐總風(fēng)緣量彼(哪kg/s)籮槽間風(fēng)娃量幼(東kg/s)蜘S霜進口風(fēng)喝量礎(chǔ)(現(xiàn)kg/s)曉L線進口風(fēng)幕量鳥(浮kg/s)無S鄭工作區(qū)溫夾度頭(招℃芽)柳L廟工作區(qū)溫頌度故(朗℃來)餐槽間溫株度遍(框℃惡)個0°鵲50.633番34.355鍋8.586潮7.689采35.67美34.24戀39.25刷30°腹52.136域33.914受9.450淡8.765杠36.53隊34.14對39.87規(guī)45°屢52.685撿32.787鑄10.661態(tài)9.230凝37.48就34.21植39.71治60°扇53.893管30.895剃12.115鵲10.878個37.15搶34.09光40.74奉販樣6狼通風(fēng)量趨勢圖小(啞傾斜角度不張同扛)掛糖系7待溫度趨勢圖翅(轉(zhuǎn)傾斜角度不型同純)敬由箱圖唉1攏6拐可知，傾斜角逃度增大，工作艱區(qū)風(fēng)量增多，朗槽間風(fēng)量減少查；由錘圖厭1恒7逮可知，相應(yīng)虹的理L水端工作區(qū)溫度紅降低燥，挨S票端工作區(qū)溫度比增高。惹對獄S兵端來說，外擋嘉風(fēng)板傾斜角度柳直接影響著空創(chuàng)氣進入工作區(qū)記的角度，見尖圖脹1助8濟～炎圖避2武1探。擋風(fēng)板傾斜潛角度越大，進愚入工作區(qū)的氣棟流與操作面的澡角度也越大，處從而使工作區(qū)當靠近地面區(qū)域顏的溫度較高，灣這也鑒是嬸S狂端工作區(qū)風(fēng)量顧增大但溫度反吹而升高的原因放所在。但對于參槽間有遮擋的混情況蒼，短S含端沒有此現(xiàn)象維，而是呆和墳L揭端一樣傾斜角恭度越大工作區(qū)瓦溫度越低，見錫圖貫2紛2裂。浙因此夏，倚L獻端的外擋風(fēng)板鄙傾斜角度可根津據(jù)實際情況而寇靈活選取，角木度大則工作區(qū)序環(huán)境好，但超字過拘45秩°緩后會導(dǎo)致槽間筒通風(fēng)很差。如刷果槽間有遮擋此，秀S仍端外擋風(fēng)板傾鬼斜角度