工业无尘室通风系统的空气平衡与热平衡

1.工业无尘室通风系统的空气平衡

在通风工业无尘室中，无论采用何种通风方式，都须保证室内空气质量的平衡，即在单位时间内送入室内的空气质量等于同一时间从室内排出的空气质量。空气平衡可以用式(1-22) 表示：

G_zj+G_jj=G_zp+G_jp      (1-22)

式中：G_zj---自然进风量，kg/s；

G_jj---机械进风量，kg/s；

G_zp---自然排风量，kg/s；

G_jp---机械排风量，kg/s。

在通风工业无尘室没设有组织自然通风时，当机械进、排风量相等(G_jj=G_zp)时，室内外压力相等，压差为零；当机械进风量大于机械排风量(G_jj> G_zp) 时，室内压力升高，处于正压状态，反之室内压力降低，处于负压状态。由于通风无尘室不是非常严密的，当处于正压状态时，室内的部分空气会通过房间不严密的缝隙或窗户、门洞等渗到室外，我们把渗到室外的空气称为无组织排风。当室内处于负压状态时，会有室外空气通过缝隙、门洞等渗入室内，我们把渗入室内的空气称为无组织进风。

在工程设计中，为了满足通风房间或邻室的卫生条件要求，通过使机械送风量略大于机械排风量(通常取5%~10%)，让一部分机械送风量从门窗缝隙自然渗出的方法，使洁净度要求较高的房间保持正压，以防止污染空气进入室内；或通过使机械送风量略小于机械排风量(通常取10%~20%)，使一部分室外空气通过从门窗缝隙自然渗入室内补充多余的排风量的方法，使污染程度较严重的房间保持负压，以防止污染空气向邻室扩散。但是处于负压的房间，其负压不应过大，否则会导致不良后果。

2.工业无尘室的热平衡

通风房间的空气热平衡，是指为了使室内温度保持不变，通风房间总的得热量等于总的失热量，即

Q_d=Q_s     (1-23)

式中：Q_d---总得热量，kW；

  Q_s---总失热量， kW。

热平衡方程式为

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---围护结构、材料吸热的总失热量，kW。

         Q_f---生产设备、产品及采暖散热设备的总放热量，kW。

L_p---局部和全面排风风量，m³/s。

L_jj---机械进风量，m³/s。

L_zj---自然进风量，m³/s。

L_hx---再循环空气量，m³/s。

ρ_n---室内空气密度，kg/m³ 。

ρ_w---室外空气密度，kg/m³ 。

t_n---室内排出空气温度，℃。

t_w---室外空气计算温度，℃。在冬季，对于局部排风及稀释特殊气体的全通风，采用冬季采暖室外计算温度；对于消除余热、余湿及稀释特殊物质的全面通风，采用冬季通风室外计算温度。冬季通风室外计算温度是指历年较冷月平均温度的平均值。

t_jj---机械进风温度，℃。

t_s---再循环送风温度，℃。

c---空气的质量比热，其值为1.01kJ/ (kg·℃)。

在不同的工业无尘室厂房，由于生产设备和通风方式等因素的不同，其车间得、失热量也存在着较大的差异。设计时不仅要考虑生产设备、产品、采暖设备及送风系统的得热量，还要考虑围护结构、低于室温的生产材料及排风系统等的失热量。在对全面通风系统进行设计计算时，应将空气质量平衡和热平衡统一考虑，来满足通风量和热量平衡的要求。

[例1-4]已知某洁净车间排除特殊气体的局部排风量G_p=0.5kg/s，冬季工作区的温度t_n=15°C，建筑物围护结构热损失Q=5.8kW，当地冬季采暖室外计算温度t_w=-25°C，试确定需要设置的机械送风量和送风温度。中净环球净化可提供无尘室、无菌室的咨询、规划、设计、施工、安装改造等配套服务。

[解]I.确定机械送风量和自然进风量

为了防止室内特殊气体向室外扩散，取机械送风量等于机械排风量的90%，不足的部分由室外空气通过门窗缝隙自然渗入室内来补充。此时所需机械送风量为

G_jj=0.9G_jp=0. 9×0.5=0.45 kg/s

自然进风量为

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

II.确定送风温度

根据热平衡方程

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)要保持室内的温度和压力一定，就应保持热平衡和空气平衡。在实际生产中，通风形式比较复杂，有的情况要根据排风量确定送风量；有的情况要根据热平衡的条件来确定空气参数。通风系统的平衡问题非常复杂，是一个动态平衡过程，室内温度、送风温度、送风量等各种因素都会影响这个平衡。如果上述条件发生变化，可以按照下列方法进行相应的调整：

①如冬季根据平衡求得送风温度低于规范的规定，可直接将送风温度提高至规定的数值；

②如冬季根据平衡求得送风温度高于规范的规定，应将送风温度降低至规定的数值，相应提高机械进风量；

③如夏季根据平衡求得送风温度高于规范的规定，可直接降低送风温度进行送风，使室内温度有所降低。

(2)在保证室内卫生条件的前提下，为节省能量进行车间通风系统设计时，可采取以下措施：

①计算局部排风系统风量时(尤其是局部排风量大的车间)要有全局观念，不能片面追求大风量，应改进局部排风系统的设计，在保证效果的前提下尽量减少局部排风量，以减少车间的进风量和排风热损失，这一点在严寒地区非常重要。

②机械进风系统在冬季应采用较高的送风温度。直接吹向工作地点的空气温度不应低于人体的表面温度(34°C左右)，尽量在37~50°C。这样可避免工人有吹冷风的感觉，同时还能在保持热平衡的前提下，利用部分无组织进风，减少机械进风量。

③净化后的空气再循环使用。对于含尘浓度不太高的局部排风系统，排出的空气除尘净化后，如达到卫生标准，可再循环使用。

④室外空气直接送到局部排风罩或排风罩的排风口附近，补充局部排风系统排出的风量。

⑤为了充分利用排风余热，节约能源，在可能的条件下应设置热回收装置。

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