工業無塵室通風系統的空氣平衡與熱平衡

1.工業無塵室通風系統的空氣平衡

在通風工業無塵室中，無論采用何種通風方式，都須保證室內空氣質量的平衡，即在單位時間內送入室內的空氣質量等于同一時間從室內排出的空氣質量。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---自然進風量，kg/s；

G_jj---機械進風量，kg/s；

G_zp---自然排風量，kg/s；

G_jp---機械排風量，kg/s。

在通風工業無塵室沒設有組織自然通風時，當機械進、排風量相等(G_jj=G_zp)時，室內外壓力相等，壓差為零；當機械進風量大于機械排風量(G_jj> G_zp) 時，室內壓力升高，處于正壓狀態，反之室內壓力降低，處于負壓狀態。由于通風無塵室不是非常嚴密的，當處于正壓狀態時，室內的部分空氣會通過房間不嚴密的縫隙或窗戶、門洞等滲到室外，我們把滲到室外的空氣稱為無組織排風。當室內處于負壓狀態時，會有室外空氣通過縫隙、門洞等滲入室內，我們把滲入室內的空氣稱為無組織進風。

在工程設計中，為了滿足通風房間或鄰室的衛生條件要求，通過使機械送風量略大于機械排風量(通常取5%~10%)，讓一部分機械送風量從門窗縫隙自然滲出的方法，使潔凈度要求較高的房間保持正壓，以防止污染空氣進入室內；或通過使機械送風量略小于機械排風量(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補充多余的排風量的方法，使污染程度較嚴重的房間保持負壓，以防止污染空氣向鄰室擴散。但是處于負壓的房間，其負壓不應過大，否則會導致不良后果。

2.工業無塵室的熱平衡

通風房間的空氣熱平衡，是指為了使室內溫度保持不變，通風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---圍護結構、材料吸熱的總失熱量，kW。

         Q_f---生產設備、產品及采暖散熱設備的總放熱量，kW。

L_p---局部和全面排風風量，m³/s。

L_jj---機械進風量，m³/s。

L_zj---自然進風量，m³/s。

L_hx---再循環空氣量，m³/s。

ρ_n---室內空氣密度，kg/m³ 。

ρ_w---室外空氣密度，kg/m³ 。

t_n---室內排出空氣溫度，℃。

t_w---室外空氣計算溫度，℃。在冬季，對于局部排風及稀釋特殊氣體的全通風，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的全面通風，采用冬季通風室外計算溫度。冬季通風室外計算溫度是指歷年較冷月平均溫度的平均值。

t_jj---機械進風溫度，℃。

t_s---再循環送風溫度，℃。

c---空氣的質量比熱，其值為1.01kJ/ (kg·℃)。

在不同的工業無塵室廠房，由于生產設備和通風方式等因素的不同，其車間得、失熱量也存在著較大的差異。設計時不僅要考慮生產設備、產品、采暖設備及送風系統的得熱量，還要考慮圍護結構、低于室溫的生產材料及排風系統等的失熱量。在對全面通風系統進行設計計算時，應將空氣質量平衡和熱平衡統一考慮，來滿足通風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量G_p=0.5kg/s，冬季工作區的溫度t_n=15°C，建筑物圍護結構熱損失Q=5.8kW，當地冬季采暖室外計算溫度t_w=-25°C，試確定需要設置的機械送風量和送風溫度。中凈環球凈化可提供無塵室、無菌室的咨詢、規劃、設計、施工、安裝改造等配套服務。

[解]I.確定機械送風量和自然進風量

為了防止室內特殊氣體向室外擴散，取機械送風量等于機械排風量的90%，不足的部分由室外空氣通過門窗縫隙自然滲入室內來補充。此時所需機械送風量為

G_jj=0.9G_jp=0. 9×0.5=0.45 kg/s

自然進風量為

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

II.確定送風溫度

根據熱平衡方程

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)要保持室內的溫度和壓力一定，就應保持熱平衡和空氣平衡。在實際生產中，通風形式比較復雜，有的情況要根據排風量確定送風量；有的情況要根據熱平衡的條件來確定空氣參數。通風系統的平衡問題非常復雜，是一個動態平衡過程，室內溫度、送風溫度、送風量等各種因素都會影響這個平衡。如果上述條件發生變化，可以按照下列方法進行相應的調整：

①如冬季根據平衡求得送風溫度低于規范的規定，可直接將送風溫度提高至規定的數值；

②如冬季根據平衡求得送風溫度高于規范的規定，應將送風溫度降低至規定的數值，相應提高機械進風量；

③如夏季根據平衡求得送風溫度高于規范的規定，可直接降低送風溫度進行送風，使室內溫度有所降低。

(2)在保證室內衛生條件的前提下，為節省能量進行車間通風系統設計時，可采取以下措施：

①計算局部排風系統風量時(尤其是局部排風量大的車間)要有全局觀念，不能片面追求大風量，應改進局部排風系統的設計，在保證效果的前提下盡量減少局部排風量，以減少車間的進風量和排風熱損失，這一點在嚴寒地區非常重要。

②機械進風系統在冬季應采用較高的送風溫度。直接吹向工作地點的空氣溫度不應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，利用部分無組織進風，減少機械進風量。

③凈化后的空氣再循環使用。對于含塵濃度不太高的局部排風系統，排出的空氣除塵凈化后，如達到衛生標準，可再循環使用。

④室外空氣直接送到局部排風罩或排風罩的排風口附近，補充局部排風系統排出的風量。

⑤為了充分利用排風余熱，節約能源，在可能的條件下應設置熱回收裝置。

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