小面積千級(jí)無(wú)塵車間氣流組織設(shè)計(jì)

以自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)為例, 通過(guò)測(cè)定上送單側(cè)下回氣流組織形式下的粒子濃度, 介紹了適合于小面積1000 級(jí)無(wú)塵車間的這種新型氣流組織形式。分析了新型氣流組織下?lián)Q氣次數(shù)。對(duì)這種氣流組織形式在小面積無(wú)塵車間中的應(yīng)用作了可行性和經(jīng)濟(jì)性分析。

1 　問(wèn)題的提出

《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ 73 —84 規(guī)定:1000 級(jí)無(wú)塵車間送風(fēng)方式為孔板頂棚送風(fēng), 條形布置高效過(guò)濾器頂棚送風(fēng)或者間隔布置帶擴(kuò)散板的高效過(guò)濾器頂棚送風(fēng)?；仫L(fēng)方式為相對(duì)兩側(cè)墻下部均勻布置回風(fēng)口回風(fēng), 換氣次數(shù)不小于50 次/h 。這種送、回風(fēng)方式可造成室內(nèi)良好的氣流流型, 室內(nèi)大部分區(qū)域(包括人的工作區(qū))處于主流區(qū), 要求的潔凈度指標(biāo)可在較小的送風(fēng)量下達(dá)到。顯然, 它是一種比較理想的氣流流型。

然而, 1000 級(jí)無(wú)塵車間是亂流(非單向流)無(wú)塵車間中最高的潔凈度等級(jí)。這種無(wú)塵車間往往面積較小, 且被套在一個(gè)大的潔凈度較低的房間內(nèi)。對(duì)于這種獨(dú)立的、分散的、小面積的無(wú)塵車間, 它的氣流組織形式應(yīng)該如何呢?

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)布置如圖1 。

　 由于在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中有些情況會(huì)受到房間和無(wú)塵車間空間的限制, 不能布置兩側(cè)回風(fēng), 所以采用上送風(fēng)單側(cè)回風(fēng)的形式。

2 　兩種氣流組織形式下室內(nèi)潔凈度、容積發(fā)塵量與換氣次數(shù)的

關(guān)系

2 .1 　常規(guī)氣流組織形式

1000 級(jí)無(wú)塵車間常規(guī)送、回風(fēng)方式下造成的室內(nèi)氣流分布見(jiàn)圖2^[2]。室內(nèi)大部分區(qū)域, 尤其是工作區(qū)(距地面1 ～ 1 .5 m 左右的區(qū)域)處于主流區(qū)。因?yàn)橥ǔ?/p>

所指的潔凈度指標(biāo)是指工作區(qū)潔凈度, 所以, 在此流型下, 潔凈度、容積發(fā)塵量與換氣次數(shù)的關(guān)系也即主流區(qū)濃度、容許發(fā)塵量與換氣次數(shù)的關(guān)系。

此關(guān)系式^[1]可表示為:

式中: Na ———主流區(qū)含塵濃度, 粒/ L(≥0 .5 μm);

Ns ———高效過(guò)濾器出口含塵濃度, 粒/ L(≥0 .5 μm);

G ———無(wú)塵車間單位容積發(fā)塵量,粒/(min·m3)(≥0 .5 μm);

n ———送風(fēng)換氣次數(shù), 次/h ;

β ———主流區(qū)發(fā)塵量與總發(fā)塵量之比;

———渦流區(qū)至主流區(qū)的引帶風(fēng)量與送風(fēng)量之比。

根據(jù)室內(nèi)氣流分布, β 取0 .6(兩側(cè)回風(fēng)取值);取1 .3 ;Ns 取1 .5 粒/ L(≥0 .5 μm)。

將以上數(shù)據(jù)代入式(1), 得Na — G — n 關(guān)系如下:

對(duì)于1000 級(jí)無(wú)塵車間, 取Na = 17 .5 粒/L(≥0 .5 μm), 則式(2)變?yōu)?

2 .2 　新型氣流組織形式

新型氣流組織形式下室內(nèi)流場(chǎng)分布見(jiàn)圖3^[2]。因?yàn)槭覂?nèi)較大一部分區(qū)域(包括一大部分工作區(qū))處于渦流區(qū), 所以潔凈度、容積發(fā)塵量與換氣次數(shù)的關(guān)系也即渦流區(qū)濃度、容積發(fā)塵量與換氣次數(shù)的關(guān)系, 該關(guān)系式^[1]可表示如下:

式中:Nb —渦流區(qū)含塵濃度, 粒/L(≥0 .5 μm)。其他參數(shù)的意義同前。

根據(jù)室內(nèi)氣流分布, β取0 .5(單側(cè)回風(fēng)取值);取1 .3 ;Νs 取1 .5 粒/L(≥0 .5 μm)。

將以上數(shù)據(jù)代入式(4), 得Nb — G — n 關(guān)系:

取Nb =17 .5 粒/ L (≥0 .5 μm), 則式(5)變?yōu)?

由式(3)和式(6)可知, 在室內(nèi)發(fā)塵量相同的前提下, 要滿足同樣的潔凈度, 新型氣流組織所需換氣量要比常規(guī)氣流組織所需換氣量大。如果常規(guī)氣流組織下?lián)Q氣次數(shù)為n1 , 新型氣流組織下?lián)Q氣次數(shù)為n2 ,則n1 與n2 關(guān)系為:

3 新型氣流組織形式用于小面積1000 級(jí)無(wú)塵車間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

由以上分析可知, 要滿足相同的潔凈度, 新型氣流組織下送風(fēng)換氣量要比常規(guī)氣流組織下送風(fēng)換氣量大一倍。對(duì)于大面積無(wú)塵車間來(lái)講, 采用新型氣流組織運(yùn)行費(fèi)用大得驚人, 這顯然是不可取的。然而, 對(duì)于小面積無(wú)塵車間, 情況就不同了。小面積無(wú)塵車間凈化空間體積較小, 要求的送風(fēng)量并不大, 而無(wú)塵車間系統(tǒng)的阻力卻比大。這就要求選擇高壓頭風(fēng)機(jī), 而高壓力風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量也不會(huì)太小, 往往是提供的風(fēng)量遠(yuǎn)大于無(wú)塵車間要求的送風(fēng)量, 在此情況下, 或者采用節(jié)流的方法降低風(fēng)量, 或者在大風(fēng)量下運(yùn)行系統(tǒng)。因此, 如果在小面積無(wú)塵車間中采用新型氣流組織形式,和常規(guī)氣流組織形式相比, 風(fēng)機(jī)型號(hào)并不需要加大,運(yùn)行耗電量也不會(huì)增加, 而系統(tǒng)初投資卻可大大減少。顯然, 這是一種最為適宜的選擇。我們以上述實(shí)驗(yàn)臺(tái)為例對(duì)此問(wèn)題作一分析。無(wú)塵車間體積為2.3 m ×1.7m ×2.2 m =8.6m³ , 若按1000 級(jí)無(wú)塵車間最小換氣次數(shù)50 次/h 計(jì)算, 所需送風(fēng)量為430 m³/h , 而空氣循環(huán)系統(tǒng)阻力至少在150 ～ 200 Pa左右。風(fēng)機(jī)的選擇應(yīng)同時(shí)滿足送風(fēng)量和克服系統(tǒng)阻力的要求, 即風(fēng)機(jī)的壓力為150 ～ 200 Pa , 此壓力對(duì)應(yīng)的送風(fēng)量為1200 ～ 2 000m³/h , 大大超過(guò)要求的送風(fēng)量, 這就說(shuō)明用單側(cè)回風(fēng)不用增加系統(tǒng)初投資, 反而可以節(jié)省系統(tǒng)初投資。在此情況下, 選擇新型氣流組織顯然是經(jīng)濟(jì)、實(shí)用并能滿足潔凈度要求的。

4 　實(shí)測(cè)結(jié)果分析

為了證明以上分析的正確性, 對(duì)圖1 所示的無(wú)塵車間潔凈度進(jìn)行了實(shí)測(cè)。測(cè)試是在模擬動(dòng)態(tài)工況下進(jìn)行的。測(cè)試儀器采用Y09 9 型激光粒子計(jì)數(shù)器。在無(wú)塵車間地面以上1.2 m左右的高度布置6 個(gè)測(cè)點(diǎn), 測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖4 , 每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)3 次, 取其平均值作為最終結(jié)果, 潔凈度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1 , 測(cè)試時(shí)換氣次數(shù)n ₂= 83 次/h 。按規(guī)范規(guī)定, 對(duì)于1000 級(jí)無(wú)塵車間來(lái)說(shuō), ≥0.5 μm的粒子濃度應(yīng)≤35 個(gè)/L^[3]。由測(cè)定結(jié)果可知, 無(wú)塵車間潔凈度完全滿足1000 級(jí)的要求, 證明新型氣流組織形式是適用的。

5 　結(jié)論

(1)對(duì)于10 m³以下的小面積1000 級(jí)無(wú)塵車間, 送風(fēng)方式采用帶擴(kuò)散板的高效過(guò)濾器頂棚送風(fēng), 回風(fēng)方式可采用單側(cè)墻下部均勻布置回風(fēng)口。與常規(guī)氣流組織形式相比, 這種氣流組織可大大節(jié)省系統(tǒng)初投資, 而系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用不會(huì)增加, 是一種較為理想氣流組織形式。

(2)要滿足相同的潔凈度等級(jí), 新型氣流組織下送風(fēng)換氣量要比常規(guī)氣流組織下送風(fēng)換氣量大一倍。因此, 對(duì)于大面積1000 級(jí)無(wú)塵車間, 這種氣流組織形式是不可取的。

參　考　文　獻(xiàn)

[1] 許鐘麟.空氣潔凈技術(shù)原理.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社, 1998 :409410

[2] 許鐘麟.無(wú)塵車間設(shè)計(jì).北京:地震出版社, 1994 :252

[3] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂編寫組.潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范GB 5073 98