TWI773240B

TWI773240B - 廠房散熱結構（三）

Info

Publication number: TWI773240B
Application number: TW110112975A
Authority: TW
Inventors: 黃榮芳
Original assignee: 國立臺灣科技大學
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2022-08-01
Also published as: TW202240110A

Abstract

一種廠房散熱結構，其包括一第一平台，第一平台之第一端連接第一側牆之內牆面，第一平台下方之第一側牆下半部具有橫向延伸之至少一進氣口，第二側牆之下半部具有橫向延伸之至少一排氣口，至少一排氣口之排氣中心高度位置介於至少一進氣口之中心高度與頂端高度位置之間；而一隔板係定位於屋頂與第一平台之間，隔板板面上具有至少一長方形槽，長方形槽之長方向平行第一側牆，且長方形槽之高度為H，長方形槽短方向之寬度為L，H

Description

廠房散熱結構(三)

本創作係有關一種廠房散熱結構，尤指一種可依需要而配置天車或是其他大型機具，並有效排除工廠廠房內之熱氣者。

對於高度在6m以下的中小型廠房而言，為了加強散熱效果，一般是在廠房之屋頂設有多個自旋扇，以排出熱氣並擋雨；或是在廠房內工作區作業人員的上方懸掛一系列風扇，或在低於人身高度處擺放一系列風扇，以期望能排出熱氣並吹拂人身以進行散熱。而對於大型廠房，例如高15m、寬50m、長200m的廠房而言，其所採用的自然通風，通常是在廠房之上方設有加高之太子樓，太子樓之兩側分別具有開啟之側窗，廠房下方之工作區具有側窗以進氣，且特別將廠房之屋頂拉高，以減小屋頂輻射熱的影響。

然而，傳統散熱方法因為沒有處理流體流動的細節，容易在室內形成大區塊的迴流區與/或低速區，在這些區域的污染物濃度較高；而由於作業員容易有幾乎無風、悶熱的感覺，所以直覺式的會以加大風量或增加風扇數目的方式處理，但是其效果不佳、耗費能源且會增大噪音，且作業員在長時間受到高速氣流的衝擊是不舒服的。再者，由於太子樓側窗或是屋頂自旋扇的開口面積不足或分佈不佳，廠房內之大部份熱氣並無法有效排除，會在廠房內部形成大迴流泡，將上方熱氣捲至下方工作區，造成工作區之溫度上升。此時，廠房外部空氣受到廠房內部熱氣之浮力牽引，在進入廠房下方兩邊側窗之後，由於大迴流泡之影響，即會很快的就轉折向上。因此，除了兩側窗附近短短的距離內，作業人員有一些涼爽感覺之外，廠房內部的大部份區域都是悶熱的。縱然是使用大量的風扇吹拂，也祇是將熱氣從風扇背面吸入，再從風扇前面吹出，仍無法解決因為下方大部份工作區溫度上升，造成作業人員之不舒適感，從而使工作效率下降，甚至產生職業傷害之問題。

因此，如中華民國發明公告第I659145號之「廠房散熱結構」即提出一種解決之方案，其主要係在一具有出氣口的屋頂下方設有四個側牆，並將第一、第二平台設置於廠房內，四個側牆之第一、第二側牆相互平行，第一、第二側牆之下半部分別設有進氣口；第一平台之第一端連接第一側牆，以上、下區隔成第一上迴流區域及第一下工作區；第二平台之第一端連接第二側牆，以上、下區隔成第二上迴流區域及第二下工作區；且第一平台之第二端與第二平台之第二端之間形成一間隔。藉此，即可讓廠房外之空氣分別由相對的兩個進氣口分別進入第一、第二下工作區之中，再經由熱浮力作用讓熱氣通過兩個平台之間的間隔以向上流動，由出氣口向外排出以進行散熱。

惟，在兩個相對平台之間形成間隔，並在兩個相對平台分別連接的兩個側牆之下半部分別設有進氣口的廠房結構，雖然可以在兩個進氣口同時進氣，並經由熱浮力之作用以達到散熱之效果，但此種「雙平台」之結構較為複雜，且由於兩個平台之間的間隔寬度較小，對於高度大於「雙平台」高度的天車或是其他大型機具而言，其擺放數量與位置會受到較大的限制；而傳統式以加大風量或增加風扇數目的方式進行廠房內部之散熱處理，不但效果不佳、耗費能源，且會增大噪音。有鑑於此，為了提供一種有別於習用技術之結構，並改善上述之缺點，創作人積多年的經驗及不斷的研發改進，遂有本創作之產生。

本創作之一目的在提供一種廠房散熱結構，俾能解決習用廠房內無法依所需要之位置設置天車或是其他大型機具；大部份工作區之溫度上升，造成作業人員之不舒適感，從而使工作效率下降，甚至產生職業傷害；以及加大風量或增加風扇數目而耗費能源及增大噪音之問題，而能提供一種有效之散熱結構，使天車或是其他大型機具能依實際之廠房需要而配置，以提高工作效率；讓工作區之溫度大幅下降，使工作區內之作業人員能在涼爽舒適的環境中作業，從而提高工作效率，避免因高溫環境所產生之職業傷害；並讓散熱氣流能夠流動順暢，以節省電力消耗及減少噪音之產生，進而提升作業環境品質。

為達上述之目的，本創作之廠房包括一屋頂及設於屋頂下方且依序連續設置之第一側牆、第三側牆、第二側牆及第四側牆，屋頂與各個側牆共同框圍一室內空間，且第一側牆平行第二側牆；而本創作之廠房散熱結構主要包括一第一平台、至少一進氣口以及至少一排氣口。其中之第一平台係位於廠房之室內空間中，第一平台具有第一端及反向於第一端之第二端，第一平台之第一端連接第一側牆之內牆面，供上、下區隔成一上迴流區域及一下工作區，第一平台之第二端與第二側牆的內牆面之間具有一間隔；至少一進氣口以橫向延伸之方式開設於第一平台下方之第一側牆下半部；而至少一排氣口以橫向延伸之方式開設於第二側牆之下半部，且至少一排氣口之排氣中心高度位置介於至少一進氣口之中心高度與頂端高度位置之間，供由至少一進氣口輸入冷空氣，再由至少一排氣口排出熱空氣；而一隔板係定位於屋頂與第一平台之間，隔板之板面上具有至少一長方形槽，長方形槽之長方向平行第一側牆，且長方形槽之高度為H，長方形槽短方向之寬度為L，H

0.1L。

實施時，第一平台具有一第三端及反向於第三端之一第四端，第三端連接第三側牆之內牆面，第四端連接第四側牆之內牆面。

實施時，本創作更包括複數個通風口，複數個通風口開設於隔板與屋頂之間，供排出隔板與屋頂之間的熱氣。

實施時，隔板具有一第一端及反向於第一端之一第二端，隔板之第一端連接第一側牆之內牆面，隔板之第二端連接第二側牆之內牆面。

實施時，上述隔板具有一第三端及反向於第三端之一第四端，第三端連接第三側牆之內牆面，第四端連接第四側牆之內牆面。

為進一步了解本創作，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本創作之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下。

1:廠房散熱結構

2:廠房

21:屋頂

22:第一側牆

23:第三側牆

24:第二側牆

25:第四側牆

26:室內空間

27:通風口

3:第一平台

31,61:第一端

32,62:第二端

33,63:第三端

34,64:第四端

W:間隔

35:上迴流區域

36:下工作區

4:進氣口

5:排氣口

H1:複數個排氣口之排氣中心高度

H2:複數個進氣口之中心高度

H3:複數個進氣口之頂端高度

6:隔板

65:長方形槽

H:長方形槽之高度

L:長方形槽短方向之寬度

〔圖1〕係為本創作之較佳實施例之立體外觀示意圖。

〔圖2〕係為圖1之側剖面圖。

〔圖3〕係為本創作之長方形槽高度(H)與長方形槽短方向寬度(L)之相關線形圖。

〔圖4〕係為本創作之較佳實施例以CFD電腦程式分析計算結果，在x-z截面之速度向量與流線分佈圖。

請參閱圖1、圖2所示，其為本創作廠房散熱結構1之較佳實施例，係供安裝於一廠房2之內部及各個牆面上。廠房2包括一屋頂21及設於屋頂21下方且依序連續環繞設置之一第一側牆22、一第三側牆23、一第二側牆24及一第四側牆25，四個側牆框圍成長方形，並與屋頂21共同框圍成一室內空間26，第一側牆22與第二側牆24相互平行，第三側牆23與第四側牆25相互平行。

本創作廠房散熱結構1主要包括一第一平台3、複數個進氣口4、複數個排氣口5以及一隔板6。其中之第一平台3係水平懸空於廠房2之室內空間26中，第一平台3具有一第一端31、反向於第一端31之一第二端32、一第三端33及反向於第三端33之一第四端34，第一平台3之第一端31連接第一側牆22之內牆面，第二端32與第二側牆24的內牆面之間具有一間隔W，第三端33連接第三側牆23之內牆面，第四端34連接第四側牆25之內牆面，藉以將部份室內空間26上、下區隔成一上迴流區域35及一下工作區36，上迴流區域35位於隔板6的底面與第一平台3的頂面之間。

複數個進氣口4係以矩形陣列狀橫向延伸開設於第一平台3下方之第一側牆22下半部，進氣口4係為可開啟之窗，藉以使廠房2外之空氣進入廠房2的下工作區36中。實施時，進氣口4亦可為單一橫向窗或是上下雙排的橫向窗，同樣可以讓廠房2外之空氣進入廠房2的室內空間26中。而複數個排氣口5係以橫向延伸開設於第二側牆24之下半部，排氣口5係為風扇，實施時，排氣口5亦可為連接抽氣裝備之橫向出風口，複數個排氣口5之排氣中心高度H1位置介於複數個進氣口4之中心高度H2與頂端高度H3位置之間，亦即，複數個排氣口5之排氣中心高度H1位置必需高於複數個進氣口4之中心高度H2位置，同時要低於複數個進氣口4之頂端高度H3位置。

而隔板6係定位於屋頂21下方與第一平台3之間，隔板6具有一第一端61、反向於第一端61之一第二端62、一第三端63及反向於第三端63之一第四端64，隔板6之第一端61連接第一側牆22之內牆面，第二端62連接第二側牆24的內牆面，第三端63連接第三側牆23之內牆面，第四端64連接第四側牆25之內牆面。實施時，隔板6為具有高隔熱係數之天花板，藉以阻絕屋頂21所向下散發的幅射熱，讓隔板6下方之下工作區36下游的溫度不致於上升；而屋頂21與隔板6之間的側牆上更開設有複數個通風口27，藉以排出屋頂21與隔板6之間的熱氣。

隔板6之板面上具有一長方形槽65，長方形槽65之高度為H，長方形槽65短方向之寬度為L，H

0.1L；長方形槽65之長方向平行第一側牆22、第二側牆24，藉以在一天車之頂部容納或安裝於長方形槽65內時，讓天車之吊鍊可以沿著長方形槽65之長方向水平移動，而上述天車之運行範圍係限制在廠房2內的單一區塊內，實施時，長方形槽65亦可依實際需要而在隔板6之板面上配置複數個，且同樣平行第一側牆22、第二側牆24。

藉此，當作業人員或是會發熱之機器分佈於下工作區36時，廠房2外之冷空氣經由複數個進氣口4輸入室內空間26內，並帶動室內空間26內的熱空氣由複數個排氣口5向外排出，由於第一平台3下方之下工作區36中所產生之空氣流動速度大於第一平台3頂面之上迴流區域35的流動速度，即會分別形成一高速區及一低速區，而高速區與低速區之分界處則會形成扇形擴大之一混合層，此混合層經由第一平台3之阻隔，可以讓第一平台3上方之熱氣在上迴流區域35形成迴流泡，並大部份限制在上迴流區域35內；而第一平台3上方之小部份熱氣與下工作區36內之大部份熱氣則會經由高速區內的空氣快速流動，由第一側牆22朝向第二側牆24之方向排出廠房2外部，以降低下工作區36之溫度。另，如圖2、圖3所示，由於隔板6之長方形槽65高度(H)與長方形槽65短方向寬度(L)的範圍限制，亦即符合H

0.1L的限制條件，即可讓長方形槽65內的迴流泡長度大致達到長方形槽65的短方向寬度(L)，如此一來，即不致於讓氣流往長方形槽65內偏入太多，而過度降低長方形槽65下方工作區的氣流速度。

基於上述較佳實施例之結構，本創作在高15m、寬36m、長108m之廠房內以下列參數進行模擬測試，並以Computational Fluid Dynamics(CFD)的電腦程式分析計算。

窗戶(進氣口)總數：24個、1列

窗戶(複數個進氣口)上緣與下緣之間的距離：1.8m

窗戶(進氣口)入口風速：2.48m/s

第一平台長度：5m

風扇(排氣口)總數：18個、1列

單個風扇(排氣口)風量：700CMM

單個風扇(排氣口)出口軸向風速：10.3m/s

複數個風扇(排氣口)總風量：12600CMM

長方形槽之高度(H)：6m、7m、8m

長方形槽短方向之寬度(L)：50m

經CFD電腦程式分析計算結果，速度向量與流線分佈圖係如圖4在x-z截面中所示。其中箭頭代表速度向量，沿著速度向量切線方向的曲線代表流線；下工作區36的速度向量與流線顯示從左到右幾乎是平行流，且不會產生迴流區或低速區。藉此，當屋頂21指定一個溫度60℃，屋頂21內側溫度指定為60℃，且大氣的溫度指定為29℃時，經由上述速度向量與流線之分佈，即可防止長方形槽65內的高溫空氣被捲至下工作區36，以維持下工作區36下游之高速氣流，讓離地板3公尺高以下之下工作區36的氣流溫度大致等於大氣溫度，以有效降低下工作區36內之溫度。

因此，本創作具有以下之優點：

1、本創作可以經由和緩順暢的氣流以阻擋廠房上方之熱氣下捲至下工作區，讓下工作區之溫度大幅下降，因此，不但能降低排氣風扇之轉速以節省電力之消耗、減少噪音之產生以提升作業環境品質，且能使下工作區內之作業人員在涼爽舒適的環境中作業，以提高工作效率，並避免因高溫環境所產生之職業傷害。

2、本創作可利用隔板之長方形槽以容納或安裝天車或其他大型機具之頂部，因此，能有效增加廠房內可利用之空間。且由於長方形槽可以在隔板上設置複數個，即能使天車或是其他大型機具能依實際之需要而分別配置，以提高工作效率；再者，由於長方形槽的高度與長方形槽短方向的寬度係限制在一定的比例範圍之內，則能有效的收納隔板下方氣流進入長方形槽所產生之迴流泡，不致於讓氣流往長方形槽內偏入太多，並讓隔板下方之氣流能在不過度降低氣流速度的情況之下，順暢的越過長方形槽內之迴流泡，以維持有效的通風散熱效果。

綜上所述，依上文所揭示之內容，本創作確可達到預期之目的，提供一種可有效降低機器與人員作業之工作區溫度、節省電力、減少噪音及有效增加廠房內可利用空間之廠房散熱結構，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。