上送上回氣流組織在十萬級無塵車間中的使用

一、問題的提出

《潔凈廠房設計規(guī)范》GBJ73-84^[1]規(guī)定: 十萬級無塵車間氣流組織形式為上送下回或者側上送側下回。傳統(tǒng)的潔凈室設計也很少采用上送上回形式。困為從排除污染物的角度看, 上回形式有明顯的缺陷。它不利于工作區(qū)( 距地面1m左右) 污染物濃度的降低, 因為污染物不會被氣流攜帶至工作區(qū)下部的“回風區(qū)”,而會有類似向上的“回流”現(xiàn)象出現(xiàn)。而且, 上回的氣流攜帶污染物, 在送風氣流的引帶下,

有重新污染工作區(qū)的可能二上回的氣流在風速較大時, 甚至有揚起地面落塵的可能.而在風速較小時.送回風氣流可澆出現(xiàn)” 短路” 現(xiàn)象。由于以上原因, 上送上回氣流組織在規(guī)范中是不被推薦的: 但在工程實踐中, 上送上回氣流有布置方便, 節(jié)約投資, 施工簡單, 并且在一定適用范圍內不浪費能量的優(yōu)點?；谶@一想法, 我們在工程中進行了嘗成。測試表明, 達到預期效果, 完全滿足10 0000級的精度要求。

下面結合工程實例進行具體分析。

某制藥廠烘干車間要求加凈化空調系統(tǒng), 凈化級別為100000級, 凈化面積約4Om²，我們考慮一下潔凈室的布置方式。

按照規(guī)范，應采用頂送側下回氣流組織形式, 滿足此氣流形式的潔凈室布置方式見圖1。

回風經(jīng)垂直回風管回到頂棚, 在風機作用下,空氣經(jīng)亞高效過濾器送風回送入室內。這種形式布置繁瑣, 需專沒回風通道, 占用有效使用面積，又增加造價, 使施工夏雜。為解決上述間題, 我們嘗試了另一種布置方式, 見圖2。

采用上述布置方式, 初效過濾器回風口可直接安在吊頂上, 省去了回風管道這樣既不占用有效使用面積, 又能降低工程造價。而且系統(tǒng)布置也比較簡潔、方便。下面對新型氣流組織下各參數(shù)關系、凈化效果，適用范圍及其經(jīng)濟性作一分析

二、新型氣流組織和傳統(tǒng)氣流組織下室內潔凈度、容許發(fā)塵量與換氣次數(shù)的關系

1、常規(guī)氣流組織的情況

對傳統(tǒng)的頂送側下回氣流組織形式: 其流場可見圖3。由于工作區(qū)部分處于主流區(qū). 另一部分處于渦派區(qū), 因此宜按室平均濃度計算。此關系式可表示如下: ^[2]

         (1)

式中  N―室平均含塵濃度，粒/升·≥0.5μm；

n1―傳統(tǒng)氣流下?lián)Q氣次數(shù)，次/時；

β―主流區(qū)發(fā)塵量占總發(fā)塵量之比；

―渦流區(qū)至主流區(qū)的引帶風量與送風量之比；

V_b―渦流區(qū)體積，米³；

G―潔凈室單位容積發(fā)塵量，粒/分·米³；

N_S―高（亞高）效過濾器出口含塵濃度粒/升·≥0.5μm；

V―潔凈室容積，米³

根據(jù)室內氣流分布^[2], β取0.5 。又因每只過濾器負擔面積大于7m² , 則取1.5。亞高效過濾器出口于農度取8.5粒/升·≥0.5μm。潔凈室答積約1OOm ³ , 由兩只帶擴散板過濾器負擔, 可求得

Vb/V=0.498≈0.5。

對100000 級潔凈室,N取1750粒/ 升·≥0.5μm，將以上數(shù)據(jù)代入式（1）得：

n1=G/27219.8        (2)

2、新型氣流組織的情況

上送上回室內流場可見圖4。鑒于該氣流形式造成室內渴流區(qū)較多, 宜采用渴流區(qū)濃度計算公式。其關系式如下仁^[2]:

   (3)

式中：N_b ―渦流區(qū)含塵濃度，對100000級潔凈室，N_b取1750粒/升·≥0.5μm；

n₂ ― 新型氣流組織下?lián)Q氣次數(shù)，次/時

其它參數(shù)取值同前。代入數(shù)據(jù)計算得：

        (4)

3、新型氣流組織用于小面積潔凈室的技術經(jīng)濟分析

比較（2）、（4）可知，在相同發(fā)塵量，采用上送上回氣流組織的換氣次數(shù)上采用上送下回氣流組織換氣次數(shù)的1.25倍，則前者風機耗功率是后者的1.25²=1.56倍?？梢?，對于大面積潔凈室，采用上送上回氣流組織是不經(jīng)濟的。但對于小面積潔凈室，由于其體積較小，要求的送風量并不大，而潔凈室空氣循環(huán)系統(tǒng)的阻力卻比較大，為滿足克服阻力的要求，需選用高壓頭風機，但高壓頭風機所能提供的風量往往較大（遠大于要求風量）。此時采用上送上回氣流組織是比較適宜的。因為和上送下回氣流組織相比較，盡管要求送風量變大，但風機提供的風量可滿足加大送風量的要求，所以風機型號和耗功率保持不變，而系統(tǒng)初投資卻大大減少。下面對本工程實例作一分析。

潔凈室體積為96.9m³。若采用上送下回氣流組織形式, 假設發(fā)塵童為322058粒/ 米3 ·分, 對應規(guī)范下?lián)Q氣次數(shù)為15次/時, 則要求送風量為15 x 96.9=1453.5m³/h。若采用上送上回氣流組織形式, 則要求送風量為1.25 x1453.5=1816.88m³/h。該系統(tǒng)(終)限力大約為30 0Pa, 這就要求所選擇的風機既能克服系統(tǒng)阻力, 又能滿足風量要求。據(jù)此選擇YDF-1型低噪生離心風機(南京晨光機器廠) ^[3]。查其H―Q曲線知, 壓頭為3OOPa 時, 提供風量為26 0m³/h, 由此可知, 無論是上送上宜氣流組織, 還是上送下回氣流組織, 所選風機型號是相同的、系統(tǒng)耗功率也是相同的。但若采用上送上回氣流組織, 系統(tǒng)初投資可大大減小。這說明新型氣流組織是經(jīng)濟實用的。

4、采用新型氣流組織所適宜的凈化面積

根據(jù)上述分析可知, 對于小面積潔凈室, 采用新型氣流組織是比較適宜的。_那么，適合于新型氣流組織的潔凈室面積上限值(最大允許凈化面積) 到底是多少呢? 它與那些因素有關? 我們對此作一分析。

顯然, 面積上限值與室內發(fā)塵量、系統(tǒng)送風量有關。當送風量一定時, 室內發(fā)塵量越大, 要求的換氣次數(shù)越大, 則允許的潔凈室面積越小; 而當室內發(fā)塵量一定時, 要求的換氣次數(shù)也一定, 送風量越大,則允許的潔凈室面積越大。

按照潔凈空調系統(tǒng)的大小及其部件的結構和數(shù)量的不同, 中小型凈化系統(tǒng)阻力一般在250～750Pa之間。當系統(tǒng)阻力確定后, 對應該壓頭(克服阻力) 下風量也一定。由風量和采用新型氣流形式下所需換氣次數(shù)則可求得不同發(fā)塵量下的潔凈室凈化體積。為計算方便, 若進一步取潔凈室高2.5m, 就求得潔凈室的允許凈化面積。

據(jù)以上步驟, 可求得不同送風量、不同發(fā)塵量下采用新型氣流組織的潔凈室最大允許凈化面積。

三、測試結果及分析

1、潔凈度測點布置和實測結果

我們以前述實際工程為例進行了測試。垂直方向分別為0.5m，1m，1.5m，2.2m四個平面進行測試。其中在lm和1.5班高處分別布置63 個測點, 在0.5m和2.2m高處分別布置45測點。測足時, 每個測點采樣三次, 取平均值為該點濃度值:。測定儀器梁用經(jīng)校驗的Y09-4型塵埃粒子計數(shù)器, 測定數(shù)據(jù)按美國209D的規(guī)定進行處理。1.0m和1.5m高度測點布置見圖5，0.5m和2.2m

高度側點布置見圖6。因篇福關系, 測定詳細結果略, 僅給出M, S, σ , T 的統(tǒng)計值。

2、換氣次數(shù)測定

對送風口風速采用均布九點法測定, 如圖7所示, 兩個送風口風速測定值見表2。 則換氣次數(shù)為:

從測試數(shù)據(jù)可以看出, 粒子分布有如下規(guī)律:

、在送風擴散板下有一明顯的送風有流區(qū), 該區(qū)內粒子濃度較低, 且從上到下沿射流方向粒子濃度逐步增大。

、靠近邊墻在回風口下方, 有一部分“ 回流區(qū)” , 回流區(qū)濃度在1.0m 和1.5m高處較低, 在0.5m高處由于受四角和四壁中部渦流區(qū)的影響反而較高。

(3)、送風過濾器搭接中部有一禍流區(qū)存在, 濃度較高.

(4)、四角回風口下方有明顯的回風口區(qū)存在, 在2.2m高以上回風口的影咱較大, 粒子濃度也較高。

(5)、兩側墻中部的渦流區(qū)濃度較高, 從下到上, 渦流區(qū)逐漸縮小。

(6)、送回風對角線上頂部2.2m以上有渦流區(qū)存在, 說明送回風氣流沒有從頂部直接“ 短路’

(7)、側試數(shù)據(jù)表明, 即使考慮5倍的動靜比, 也能達到100000的級精度要求。

(8)、凈化效果評價: 用工作區(qū)濃度C_W 和回風區(qū)濃度C_R之比對該氣流形式作一評價。

C_W取1.0m標高的63個點平均值, 由測定結果知C_W =208粒/升·≥0.5μm, 回風口區(qū)濃度 取前面2 .2m標高處回風口區(qū)濃度1點,5點,42點,45點四點平均值, 代入數(shù)據(jù)知: C_R=270粒/升· ≥0.5μm。

則C_W/C_R =208/ 270=0.77

說明工作區(qū)濃度低于回風口區(qū)濃度, 該種氣流組織的凈化效果還是很好的。

四、結論

1、對于小面積100000級潔凈室, 上送上回氣流組織具有節(jié)約投資、方便施工、且不浪費能量的優(yōu)點, 值得在工程中推廣。

2、得出了不同發(fā)塵量, 不同送風量下用上送上回氣流組織允許的最大凈化面積, 可供設計時參考。

3、測試結果表明, 本工程實例采用上送上回氣流組織是成功的, 其凈化效果也是良好的。

五、參考文獻從略。