工業(yè)無塵室通風(fēng)系統(tǒng)的空氣平衡與熱平衡

1.工業(yè)無塵室通風(fēng)系統(tǒng)的空氣平衡

在通風(fēng)工業(yè)無塵室中，無論采用何種通風(fēng)方式，都須保證室內(nèi)空氣質(zhì)量的平衡，即在單位時間內(nèi)送入室內(nèi)的空氣質(zhì)量等于同一時間從室內(nèi)排出的空氣質(zhì)量。空氣平衡可以用式(1-22) 表示：

G_zj+G_jj=G_zp+G_jp      (1-22)

式中：G_zj---自然進(jìn)風(fēng)量，kg/s；

G_jj---機(jī)械進(jìn)風(fēng)量，kg/s；

G_zp---自然排風(fēng)量，kg/s；

G_jp---機(jī)械排風(fēng)量，kg/s。

在通風(fēng)工業(yè)無塵室沒設(shè)有組織自然通風(fēng)時，當(dāng)機(jī)械進(jìn)、排風(fēng)量相等(G_jj=G_zp)時，室內(nèi)外壓力相等，壓差為零；當(dāng)機(jī)械進(jìn)風(fēng)量大于機(jī)械排風(fēng)量(G_jj> G_zp) 時，室內(nèi)壓力升高，處于正壓狀態(tài)，反之室內(nèi)壓力降低，處于負(fù)壓狀態(tài)。由于通風(fēng)無塵室不是非常嚴(yán)密的，當(dāng)處于正壓狀態(tài)時，室內(nèi)的部分空氣會通過房間不嚴(yán)密的縫隙或窗戶、門洞等滲到室外，我們把滲到室外的空氣稱為無組織排風(fēng)。當(dāng)室內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)時，會有室外空氣通過縫隙、門洞等滲入室內(nèi)，我們把滲入室內(nèi)的空氣稱為無組織進(jìn)風(fēng)。

在工程設(shè)計中，為了滿足通風(fēng)房間或鄰室的衛(wèi)生條件要求，通過使機(jī)械送風(fēng)量略大于機(jī)械排風(fēng)量(通常取5%~10%)，讓一部分機(jī)械送風(fēng)量從門窗縫隙自然滲出的方法，使?jié)崈舳纫筝^高的房間保持正壓，以防止污染空氣進(jìn)入室內(nèi)；或通過使機(jī)械送風(fēng)量略小于機(jī)械排風(fēng)量(通常取10%~20%)，使一部分室外空氣通過從門窗縫隙自然滲入室內(nèi)補(bǔ)充多余的排風(fēng)量的方法，使污染程度較嚴(yán)重的房間保持負(fù)壓，以防止污染空氣向鄰室擴(kuò)散。但是處于負(fù)壓的房間，其負(fù)壓不應(yīng)過大，否則會導(dǎo)致不良后果。

2.工業(yè)無塵室的熱平衡

通風(fēng)房間的空氣熱平衡，是指為了使室內(nèi)溫度保持不變，通風(fēng)房間總的得熱量等于總的失熱量，即

Q_d=Q_s     (1-23)

式中：Q_d---總得熱量，kW；

  Q_s---總失熱量， kW。

熱平衡方程式為

Q_h+cL_pρ_nt_n=Q_f+cL_jjρ_jjt_jj+cL_zjρ_wt_w+cL_hxρ_n(t_s-t_a)       (1-24)

式中：Q_h---圍護(hù)結(jié)構(gòu)、材料吸熱的總失熱量，kW。

         Q_f---生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品及采暖散熱設(shè)備的總放熱量，kW。

L_p---局部和全面排風(fēng)風(fēng)量，m³/s。

L_jj---機(jī)械進(jìn)風(fēng)量，m³/s。

L_zj---自然進(jìn)風(fēng)量，m³/s。

L_hx---再循環(huán)空氣量，m³/s。

ρ_n---室內(nèi)空氣密度，kg/m³ 。

ρ_w---室外空氣密度，kg/m³ 。

t_n---室內(nèi)排出空氣溫度，℃。

t_w---室外空氣計算溫度，℃。在冬季，對于局部排風(fēng)及稀釋特殊氣體的全通風(fēng)，采用冬季采暖室外計算溫度；對于消除余熱、余濕及稀釋特殊物質(zhì)的全面通風(fēng)，采用冬季通風(fēng)室外計算溫度。冬季通風(fēng)室外計算溫度是指歷年較冷月平均溫度的平均值。

t_jj---機(jī)械進(jìn)風(fēng)溫度，℃。

t_s---再循環(huán)送風(fēng)溫度，℃。

c---空氣的質(zhì)量比熱，其值為1.01kJ/ (kg·℃)。

在不同的工業(yè)無塵室廠房，由于生產(chǎn)設(shè)備和通風(fēng)方式等因素的不同，其車間得、失熱量也存在著較大的差異。設(shè)計時不僅要考慮生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品、采暖設(shè)備及送風(fēng)系統(tǒng)的得熱量，還要考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)、低于室溫的生產(chǎn)材料及排風(fēng)系統(tǒng)等的失熱量。在對全面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計計算時，應(yīng)將空氣質(zhì)量平衡和熱平衡統(tǒng)一考慮，來滿足通風(fēng)量和熱量平衡的要求。

[例1-4]已知某潔凈車間排除特殊氣體的局部排風(fēng)量G_p=0.5kg/s，冬季工作區(qū)的溫度t_n=15°C，建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失Q=5.8kW，當(dāng)?shù)囟静膳彝庥嬎銣囟?/span>t_w=-25°C，試確定需要設(shè)置的機(jī)械送風(fēng)量和送風(fēng)溫度。中凈環(huán)球凈化可提供無塵室、無菌室的咨詢、規(guī)劃、設(shè)計、施工、安裝改造等配套服務(wù)。

[解]I.確定機(jī)械送風(fēng)量和自然進(jìn)風(fēng)量

為了防止室內(nèi)特殊氣體向室外擴(kuò)散，取機(jī)械送風(fēng)量等于機(jī)械排風(fēng)量的90%，不足的部分由室外空氣通過門窗縫隙自然滲入室內(nèi)來補(bǔ)充。此時所需機(jī)械送風(fēng)量為

G_jj=0.9G_jp=0. 9×0.5=0.45 kg/s

自然進(jìn)風(fēng)量為

G_zj=G-G_jj=0.5-0.45=0. 05kg/s

II.確定送風(fēng)溫度

根據(jù)熱平衡方程

cG_jjt_jj+cG_zjt_w=cG_jpt_n+Q

可得

t_jj=(cG_jpt_n+Q-cG_zjt_w/cGG_jj

=(0.5×1.01×15+5.8-0.05×1.01×(-25))/(0.45×1.01)

=32.2 °C

(1)要保持室內(nèi)的溫度和壓力一定，就應(yīng)保持熱平衡和空氣平衡。在實際生產(chǎn)中，通風(fēng)形式比較復(fù)雜，有的情況要根據(jù)排風(fēng)量確定送風(fēng)量；有的情況要根據(jù)熱平衡的條件來確定空氣參數(shù)。通風(fēng)系統(tǒng)的平衡問題非常復(fù)雜，是一個動態(tài)平衡過程，室內(nèi)溫度、送風(fēng)溫度、送風(fēng)量等各種因素都會影響這個平衡。如果上述條件發(fā)生變化，可以按照下列方法進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整：

①如冬季根據(jù)平衡求得送風(fēng)溫度低于規(guī)范的規(guī)定，可直接將送風(fēng)溫度提高至規(guī)定的數(shù)值；

②如冬季根據(jù)平衡求得送風(fēng)溫度高于規(guī)范的規(guī)定，應(yīng)將送風(fēng)溫度降低至規(guī)定的數(shù)值，相應(yīng)提高機(jī)械進(jìn)風(fēng)量；

③如夏季根據(jù)平衡求得送風(fēng)溫度高于規(guī)范的規(guī)定，可直接降低送風(fēng)溫度進(jìn)行送風(fēng)，使室內(nèi)溫度有所降低。

(2)在保證室內(nèi)衛(wèi)生條件的前提下，為節(jié)省能量進(jìn)行車間通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計時，可采取以下措施：

①計算局部排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量時(尤其是局部排風(fēng)量大的車間)要有全局觀念，不能片面追求大風(fēng)量，應(yīng)改進(jìn)局部排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計，在保證效果的前提下盡量減少局部排風(fēng)量，以減少車間的進(jìn)風(fēng)量和排風(fēng)熱損失，這一點在嚴(yán)寒地區(qū)非常重要。

②機(jī)械進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)在冬季應(yīng)采用較高的送風(fēng)溫度。直接吹向工作地點的空氣溫度不應(yīng)低于人體的表面溫度(34°C左右)，盡量在37~50°C。這樣可避免工人有吹冷風(fēng)的感覺，同時還能在保持熱平衡的前提下，利用部分無組織進(jìn)風(fēng)，減少機(jī)械進(jìn)風(fēng)量。

③凈化后的空氣再循環(huán)使用。對于含塵濃度不太高的局部排風(fēng)系統(tǒng)，排出的空氣除塵凈化后，如達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，可再循環(huán)使用。

④室外空氣直接送到局部排風(fēng)罩或排風(fēng)罩的排風(fēng)口附近，補(bǔ)充局部排風(fēng)系統(tǒng)排出的風(fēng)量。

⑤為了充分利用排風(fēng)余熱，節(jié)約能源，在可能的條件下應(yīng)設(shè)置熱回收裝置。

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