TWI780952B

TWI780952B - 長距離廠房之通風散熱結構

Info

Publication number: TWI780952B
Application number: TW110138379A
Authority: TW
Inventors: 黃榮芳
Original assignee: 國立臺灣科技大學
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2022-10-11
Also published as: TWI764844B; TW202219362A; TW202217203A; CN114383239A

Abstract

一種長距離廠房之通風散熱結構，其包括一第一平台，第一平台之第一端連接第一側牆，以區隔成一上迴流區域及一下工作區，第一平台之第二端與一第二側牆之間具有一第一間隔；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；第一平台與一中繼平台之間具有一第一間距，中繼平台與第二側牆之間具有一第三間距；而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，藉以讓廠房外之冷空氣輸入下工作區內，再由至少一排氣口將熱空氣順暢的排出以進行散熱。

Description

長距離廠房之通風散熱結構

本創作係有關一種通風散熱結構，尤指一種可有效排除長距離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，對於大型機具的擺放數量會受到較大的限制；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長距離廠房之通風散熱結構，俾能解決習用廠房，尤其是長距離工廠廠房內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；且由於加大風量或增加風扇數目，使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，使工作區之溫度大幅下降，讓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；讓散熱氣流流動順暢，以節省電力消耗及減少噪音之產生，並提升作業環境品質。

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；而本創作之長距離廠房之通風散熱結構主要包括一第一平台、一中繼平台、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第一間隔；中繼平台之一長側邊緣與第一平台的第二端之間具有一第一間距，中繼平台之另一長側邊緣與第二側牆的內牆面之間具有一第三間距；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。

實施時，第一平台具有第三端及反向於第三端之第四端，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，本創作更包括一隔板，隔板定位於屋頂與第一平台之間。

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，本創作更包括一第二平台，第二平台具有第一端及反向於第一端之第二端，第二平台之第一端連接第一側牆之內牆面，第二平台位於第一平台之上方，且第二平台與第一平台之間具有一中間迴流區域。

實施時，第二平台之第二端與第二側牆的內牆面之間具有一第二間隔，第二間隔之長度小於第一間隔之長度。

實施時，第二平台具有第三端及反向於第三端之第四端，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，中繼平台包括複數個分隔平台，任二個分隔平台之間具有一第二間距。

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:廠房之通風散熱結構

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:隔板

28: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

W1:第一間隔

35:上迴流區域

36:下工作區

4:進氣口

5:排氣口

H1:排氣中心高度

H2:進氣口中心高度

H3:進氣口頂端高度

S1:高速區

S2:低速區

S3:混合層

6:第二平台

W2:第二間隔

65:中間迴流區域

70:長距離廠房之通風散熱結構

7:中繼平台

W3:第一間距

L:廠房之長度

71,72:分隔平台

W4:第二間距

W5:第三間距

〔圖1〕係為廠房之通風散熱結構之第一實施例之立體外觀示意圖。

〔圖2〕係為圖1之側剖面圖。

〔圖3〕係為廠房之通風散熱結構之第一實施例之使用狀態圖。

〔圖4〕係為廠房之通風散熱結構之第一實施例以CFD電腦程式分析計算結果，在x-z截面之速度向量、流線與溫度分佈圖。

〔圖5〕係為廠房之通風散熱結構之第二實施例之立體外觀示意圖。

〔圖6〕係為圖5之側剖面圖。

〔圖7〕係為廠房之通風散熱結構之第二實施例之使用狀態圖。

〔圖8〕係為廠房之通風散熱結構之第二實施例以CFD電腦程式分析計算結果，在x-z截面之速度向量、流線與溫度分佈圖。

〔圖9〕係為本創作之較佳實施例之側剖面圖。

〔圖10〕係為本創作之較佳實施例之使用狀態圖。

〔圖11〕係為本創作之較佳實施例之中繼平台之另一使用樣態之側剖面圖。

請參閱圖1、圖2所示，其為一種廠房之通風散熱結構1之第一實施例，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，且屋頂21下方具有一隔板27，隔板27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27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27之間的側牆上更開設有複數個通風口28，藉以排出屋頂21與隔板27之間的熱氣。

廠房之通風散熱結構1主要包括一第一平台3、複數個進氣口4以及複數個排氣口5。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第一間隔W1，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27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。

藉此，如圖3所示，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S1及一低速區S2，而高速區S1與低速區S2之分界處則會形成扇形擴大之一混合層S3，此混合層S3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，且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S1 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。

基於上述第一實施例之結構，本創作在高6m、寬50m、長75m之一般高度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：80個、2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：2.6m/s

第一平台長度：8m

風扇(排氣口)總數：55個、1列

單個風扇(排氣口)風量：363CMM

單個風扇(排氣口)出口軸向風速：7.0m/s

複數個風扇(排氣口)總風量：19974CMM

經CFD電腦程式分析計算結果，速度向量、流線與溫度分佈圖係如圖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黑色曲線代表流線；彩色部分代表溫度的高低，屋頂指定一個溫度60℃，紅色為最高溫(屋頂內側溫度指定為60℃)，依次為棕、黃、淺綠、艷綠、淺藍至深藍(深藍色的溫度為大氣的溫度，指定為29℃)。下工作區的速度向量與流線顯示從左到右幾乎是平行流，沒有產生迴流區或低速區；彩色溫度分佈顯示：在下游區，離地板3公尺高以下，氣流的溫度頂多比大氣溫度高約0.1~0.2℃，在下工作區內則維持幾乎大氣溫度(深藍色)，顯示上方的高溫空氣不會被捲至下工作區，確實可以有效降低下工作區36之溫度。

請參閱圖5、圖6所示，其為廠房之通風散熱結構1之第二實施例，其與第一實施例不同之處在於：本創作更包括一第二平台6，第二平台6具有一第一端61及反向於第一端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，第二平台6之第一端61連接第一側牆22之內牆面，第二平台6之第二端62與第二側牆24的內牆面之間具有一第二間隔W2，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。第二平台6位於第一平台3之上方，第二平台6與第一平台3之間具有一中間迴流區域65，且第二間隔W2之長度小於第一間隔W1之長度。第二平台6為具有高隔熱係數之材料或結構，藉以防止第二平台6上方的熱氣將第二平台6加溫，讓第二平台6之輻射熱向下影響而提高中間迴流區域65之空氣溫度。

藉此，如圖7所示，對於6m以上的挑高廠房而言，經由第二平台6之設置，除了可以透過第二間隔W2之開放空間以容納並放置較高的大型機器之外，更可以有效避免第二平台6上方之熱空氣與中間迴流區域65之空氣氣流產生交換現象，防止上方熱氣下捲至下工作區36內，而能維持下工作區36之通風散熱效果。

基於上述第二實施例之結構，本創作在高9m、寬50m、長75m之挑高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：80個、2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：2.6m/s

第一平台長度：6m

風扇(排氣口)總數：55個、1列

單個風扇(排氣口)風量：363CMM

單個風扇(排氣口)出口軸向風速：7.0m/s

複數個風扇(排氣口)總風量：19974CMM

經CFD電腦程式分析計算結果，速度向量、流線與溫度分佈圖係如圖8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黑色曲線代表流線；彩色部分代表溫度的高低，屋頂指定一個溫度60℃，紅色為最高溫(屋頂內側溫度指定為60℃)，依次為棕、黃、淺綠、艷綠、淺藍至深藍(深藍色的溫度為大氣的溫度，指定為29℃)。第一平台與第二平台之間形成一個扁平的迴流區，但不會下垂至下工作區。下工作區的速度向量與流線顯示從左到右幾乎是平行流，沒有產生迴流區或低速區；彩色溫度分佈顯示：在下游區，離地板3公尺高以下，氣流的溫度維持幾乎大氣溫度(深藍色)，顯示上方的高溫空氣不會被捲至下工作區，確實可以有效降低下工作區36之溫度。

請參閱圖9、圖10所示，其為本創作長距離廠房之通風散熱結構70之較佳實施例，其與通風散熱結構1之第一、第二實施例主要不同之處在於：本創作更包括一中繼平台7，中繼平台7為長方形平板，中繼平台7與第一平台3位於同一水平面上，中繼平台7之二個短側邊緣分別連接第三側牆23之內牆面與第四側牆25之內牆面，中繼平台7之一長側邊緣與第一平台3的第二端32之間具有一第一間距W3；中繼平台7之另一長側邊緣與第二側牆24的內牆面之間具有一第三間距W5。實施時，中繼平台7亦可略高於第一平台3之高度，例如：中繼平台7之高度比第一平台3之高度差在0.8公尺以下。藉此，對於長度在90公尺以上之廠房2而言，即可以延伸第一平台3上方上迴流區域35之迴流泡，以改善流場品質。

如圖11所示，上述中繼平台7之長度可以依廠房2之長度L不同而加以調整，但是當廠房2之長度L更長而會導致中繼平台7太長時，中繼平台7更包括二個位在同一水平面上之分隔平台(71,72)，並在二個分隔平台(71,72)之間具有一第二間距W4；實施時，分隔平台亦可具有二個以上。其中之分隔平台72的一長側邊緣與第二側牆24的內牆面之間具有第三間距W5；較佳的是，第三間距W5之距離小於80公尺，同樣可有效防止因為廠房2之長度L太長而使得工作區流場劣化的趨勢，以達到改善流場品質之效果。

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、本創作可在第一間隔或/及第二間隔之開放空間內容納並放置較高的大型機器，因此，能在進行有效散熱的前提下，有效增加可利用之空間。

3、針對長度在90公尺以上之長距離廠房，本創作係另外增加設置一中繼平台，藉此，即能有效防止因為廠房之長度太長而使得工作區流場劣化的現象，以達到改善整體流場品質之效果。

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、有效利用空間及改善整體流場品質之長距離廠房之通風散熱結構，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。