一、采暖标准与设计原则
凡日平均温度≤5℃的天数历年平均为90d以上的地区应该集中采暖。但也不能一概而论,而要根据特殊情况分别对待。有些生产辅助室和生活室,如浴室、更衣室、医务室、女工卫生室等,也要考虑采暖。采暖的室内计算温度是指通过采暖应达到的室内温度。当生产工艺无特殊要求时,按照《工业企业设计卫生标准》(GBZ1-2010)的规定,动机车间内工作地点的空气温度应符合表4-9的规定。
集中采暖车间,当每名工人占用的建筑面积较大时(≥50m2),仅要求工作地点及休息地点设局部采暖设施。
注当工艺或使用条件有特殊要求时,各类建筑物的室内温度,可参照有关专业标准、规范的规定执行。
室外计算温度等于或小于-20℃的地区,为防止车间大门长时间或频繁开放而受冷空气的侵袭,应根据具体情况设置门斗、外室或热空气幕。
在食品工厂的采暖设计时,采用的一般原则如下。
①设计集中采暖时,生产厂房工作地点的温度和辅助用室的室温应按现行的《工业企业设计卫生标准》执行。
②设置集中采暖的车间。
③设置全面采暖的建筑物时,维护结构的热阻应根据技术经济比较结果确定,并应保证室内空气中水分在维护结构内表面不发生结露现象。
④采暖热媒的选择应根据厂区供热情况和生产要求等,经技术经济比较后确定,并应最大限度地利用废热。
⑤累年月日平均温度稳定低于或等于5℃的日数大于或等于90d的地区,宜采用集中采暖。
二、采暖方式
食品生产厂房及辅助生产建筑的采暖热媒,根据采暖地区采暖期的长短、采暖面积的大小来确定,优先考虑利用市政采暖系统供热网。食品厂一般以蒸汽或热水作为采暖热媒,生活区常用热水,在生产车间中,如生产工艺中的用汽量远远超过采暖用汽量时,则车间采暖一般选择蒸汽作为热媒,工作压力0-2MPa。
食品工厂内的采暖方式一般由热风采暖、散热器采暖和辐射采暖等几种。食品厂大多采用散热器采暖,一般按车间单元体积大小而定,当单元体积大于3000m3时,应该采用热风采暖,在单元体积较小的场合,多半采用散热器采暖方式。
采暖耗热计算:
Q=PV(tn-tw)
式中:Q——耗热量,kJ/h;
P——建筑物的供暖体积热指标,kJ/(m2·h·K),(有通风车间P≈1-0,无通风车间P=0-8);
V——房间体积,m3;
tn——室内计算温度,K;
tw——室外计算温度,K。
三、通风与空气调节
1.通风设计一般规定
(1)通风设计时优先考虑自然通风。
自然通风是利用厂房内外空气密度差引起的热压或风力造成的风压来促使空气流动,进行通风换气,可以节约能耗和减少噪声。自然通风设计的原则如下。
①在决定厂房总图方位时,厂房纵轴应尽量布置成东、西向,以避免有大面积的窗和墙受日晒影响,尤其在我国南方气温较高的地区更应注意。
②厂房主要进风面一般应与夏季主导风向成60°~90°角,不宜小于14°角,并与避免西面日晒同时考虑。
③热加工厂房的平面布置最好不采用“封闭的庭院式”。尽量布置成“L”型、“П”型或“Ш”型。开口部分应该位于夏季主导风向的迎风面,而各翼的纵轴与主导风向成0~45°角。
④“П”型或“Ш”型建筑,两翼间的间距一般不应小于相邻两翼高度(由地面到屋檐)和的一半,在最好在15m以上。如建筑物内不产生大量有害物质,其间距可减少至12m,但必须符合防火标准的规定。
⑤在放散大量热量的单层厂房四周,不宜修建披屋,如确有必要时,应避免设在夏季主导风向的迎风面。
⑥放散大量热和有害物质的生产过程,宜设在单层厂房内,如设在多层厂房内,宜布置在厂房的顶层。必须设在多层上方的其他各层时,应防止污染上层各房间内的空气。当放散不同有害物质的生产过程布置在统一建筑内时,毒害大于毒害小的放散源应隔开。
⑦采用自然通风时,如热源和有害物质放散源布置在车间内的一侧时,应符合下列要求;以放散热量为主时,应布置在夏季主导风向的下风侧,以放散有害物质为主时,一般布置在全年主导风向的下风侧。
⑧自然通风进风口的标高,建议按下列条件采取:
夏季进风口下缘距室内地坪越小,对进风越有利,一般应采用0-3~1-2m,推荐采用0-6~0-8m;冬季及过渡季进口下缘距室内地坪一般不低于4m,如低于4m时,可采取措施以防止冷风直接吹向工作地点。
⑨在我国南方炎热地区的厂房内不放散大量粉尘和有害气体时,可以考虑采用以穿堂风为主的自然通风方式。
⑩为了充分发挥穿堂风的作用,侧窗进、排风的面积均应不小于厂房的侧墙面积的30%,厂房的四周也应尽量减少披屋等辅助建筑物。
(2)在自然通风达不到应有的要求时要采用机械通风。食品工厂的人工通风是通过机械通风实现的,因此常称为机械通风。当工作地点温度大于当地夏季通风室外计算温度3℃时,每人每小时应有新鲜空气量为不少于20~30m3/h;而当工作地点气温大于35℃时,应设置岗位吹风,吹风的风速在轻作业时为2~5m/s,在重作业时为3~7m/s;当有大量蒸汽散发的工段,不论其气温高低,均需考虑机械排风。机械通风有两种方式,即局部排风和全面排风。
在排风系统中,以局部排风最为有效、最为经济。根据工艺生产设备的具体情况及使用条件,并视所产生有害物的特性,来确定有组织的自然排风或机械排风。
小范围的局部排风一般采用排气风扇或通过排风罩接风管来实现,较大面积的工段或温度较高的工段,常采用离心风机排风。
局部排风的设计原则如下。
①是在散发有害物质(指有害蒸汽、气体或粉尘)的场合,为了防止有害物污染室内空气,必须结合工艺设置局部排风系统。
②宜将同时运转,生产流程相同、粉尘性质相同而且相互距离不大的扬尘设备的吸风点合为一个系统。
③需排除腐蚀性气体的系统的设计,应选择防腐蚀型风机。
④排除高温、高湿气体时,为了防止结露,应对排风管及通风净化设备进行保温。
(3)在使用自然排风或机械排风的同时,也可以使用全面通风。全面通风的设计一般原则如下。
①散发热湿有害物质的车间或其他房间,当不能采用局部通风或采用局部通风仍达不到卫生要求时,应辅以全面通风或采用全面通风。
②全面通风有自然通风、机械通风或自然通风与机械联合通风。设计时应尽量采用自然通风方式,以节约能源与投资。当自然通风达不到卫生体条件或生产要求时,则应采用机械通风或自然与机械联合通风。
③厨房、厕所、盥洗室和浴室等应设置机械通风进行全面换气。
④有排风的生产厂房及辅助建筑应考虑自然补风的可能性,当自然补风不能达到要求时,宜设置机械送风系统。
⑤有冬季供热或夏季供冷的场所在考虑通风时,同时应考虑冷、热负荷的平衡和补充。
(4)夏季工作地点空气温度规定。
(5)新鲜空气量标准。
(6)有关车间的温度湿度要求。食品厂车间的温度湿度要求随产品性能或工艺要求而不同,具体情况可按有参考有关数据。
2.通风与空调设计的计算概要
空调设计的计算包括夏季冷负荷计算,夏季湿负荷计算和送风量计算。
(1)夏季空调冷负荷计算:
Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8
式中:Q1——需要空调房间的围护结构耗冷量,主要取决于围护结构材料的构成和相应的导热系数k,kJ/h;
Q2——渗入室内的热空气的耗冷量,主要取决于新鲜空气量和室内外气温差,kJ/h;
Q3——热物料在车间内的耗冷量,kJ/h;
Q4——热设备的耗冷量,kJ/h;
Q5——人体散热量,kJ/h;
Q6——电动设备的散热量,kJ/h;
Q7——人工照明散热量,kJ/h;
Q8——其他散热量,kJ/h。
(2)夏季空调湿负荷计算:
①人体散湿量W1:
W1=nW0
式中:n——人数;
W0——一个人散发的湿量,kJ/h。
②潮湿地面的散湿量W2:
W2=0-006(tn-ts)F
式中:tn、ts——分别为室内空气的干、湿温度,K;
F——潮湿地面的蒸发面积,m2。
③其他湿量W3:如开口水面的散湿量,渗入空气带进的湿量等。
④总散湿量W(kg/h):
W=(W1+W2+W3) 100
(3)送风量的确定。
送风量的确定可以利用H-d图来进行,具体步骤如下。
①首先,根据总耗冷量和总散湿量计算热湿比ε(kJ/kg):
ε=Q/W
②其次,确定送风参数:食品车间空调的送风温差一般为6~8℃。
③最后,确定新风与回风的混合点C,使:
新风量 总风量≥10%
并校核新风量是否满足人的卫生要求,及是否大于补偿局部排风并保持室内规定正压所需的风量。
确定送风量G(kg/h)。
送风量:
G=Q (In-Ik)
式中:In、Ik——分别为室内空气及空气处理终了的热焓。
四、空气系统的选择
按空调设备的特点,空调系统有集中式、局部式和混合式三类。
局部式(即空调机组)的主要优点是土建工程小,易调节,上马快,使用灵活。其缺点是一次性投资较高,噪声也较高,不适于较长风道。
集中式空调系统主要优点是集中管理、维修方便、寿命长、初投资和运行费较低,能有效控制室内参数。集中式空调系统常用在空调面积超过400~500m2的场合。
五、空调车间对土建的要求
空调车间及各空调房间的布置应优先满足工艺流程的要求,同时兼顾下列要求:
(1)空调车间的位置不宜设在严重散发粉尘、烟气、腐蚀性气体和多风沙的部位,应尽量远离物料粉碎车间、锅炉房和污水处理站等,且应位于厂区最多风向的上风侧。
(2)车间内空调房间的布置要求如下。
①应尽量集中。
②利用非空调房间包围空调房间,或温度基数与允许波动范围要求低的房间包围要求高的房间。
③建筑体型力求简单方正,减少与室外空气邻接的暴露面。
④优先选择南北向。
⑤宜避免布置在有两面外墙的转角处和有伸缩缝、沉降缝的部位。
⑥层高相同的空调房间,应集中布置在同一层,避免高低错落。
⑦屋面应避免内排水。
⑧要求噪声小的空调房间应尽量离开声源,防止通过门窗和洞口传播噪声,并充分利用走廊、套间和隔壁隔离噪声。
⑨当工艺设计要求在工艺改变的同时,分隔墙能相应改变时,空调系统设计也应采取相应的措施。
⑩机房应尽量布置在靠近负荷中心处。
(3)围护结构的热工要求。
①对屋顶、墙、楼板的导热系数K的要求:尽量小。
②对窗的要求:尽量避免东西向窗,尽可能减少窗面积,外窗应设双层,南向还应有遮阳措施。
③对内部装饰的要求:可设吊平顶(材料应不宜吸潮和长霉),墙面不宜积灰。
六、空气净化
1.空气洁净度等级的确定
食品工业洁净厂房设计或洁净区划分参考《洁净厂房设计规范》(GB50073-2003)进行。也可参考医药工业洁净级别和洁净区的划分标准,在满足生产工艺要求前提下,首先应采用低洁净等级的洁净室或局部空气净化;其次可采用局部工作区空气净化和低等级全室空气净化相结合或采用全面空气净化。
2.洁净室设计的综合要求
在工艺流程布置合理、紧凑,避免人流混杂的前提下,为提高净化效果,凡有空气洁净度要求的房间,宜按下列要求布局。
(1)空气洁净度高的房间或区域,宜布置在人员最少到达的地方,并宜靠近空调机房。
(2)不同洁净级别的房间或区域,宜按空气洁净度的高低由里向外布置。
(3)空气洁净度相同的房间或区域,宜相对集中。
(4)洁净室内要求空气洁净度高的工序,应布置在上风侧,易产生污染的工艺设备应布置在靠近回风口位置。
(5)不同空气洁净度房间之间相互联系,要有防止污染措施,如气闸室、缓冲间或传递窗(柜)。
(6)下列情况的空气净化系统,如经处理仍不能避免交叉污染,则不应利用回风:固体物料的粉碎、称量、配料、混合、制粒、压片、包衣、灌装等工序;用有机溶媒精制的原料药精制、干燥工序;工艺过程中产生大量有害物质、挥发性气体的生产工序。
(7)对面积较大、洁净度较高、位置集中及消声、震动控制要求严格的洁净室,宜采用集中式空气净化系统,反之,可用分散式空气净化系统。
(8)洁净室内产生粉尘和有毒气体的工艺设备,应设局部除尘和排风装置。
(9)洁净室内排风系统应有防倒灌或过滤措施,以免室外空气流入。含有易燃易爆物质局部排风系统应有防火、防爆措施。
(10)洁净室的温度与湿度,以穿着洁净工作服不产生不舒适感为宜。
第五节制冷系统
食品工厂设置制冷工程的主要作用是对原辅料及成品进行储藏保鲜。如延长生产期,保持原辅料及成品新鲜的果蔬高温冷藏库及肉禽鱼类的低温冷藏库。食品在加工过程中的冷却、冷冻、速冻工艺,车间空气调节或降温也需要配备制冷设施。
一、制冷装置的类型
常用的制冷机可分为三种类型:压缩式制冷机、蒸汽喷射式制冷机和吸收式制冷机。