小面積千級無塵車間氣流組織設計

以自行設計的實驗臺為例, 通過測定上送單側下回氣流組織形式下的粒子濃度, 介紹了適合于小面積1000 級無塵車間的這種新型氣流組織形式。分析了新型氣流組織下換氣次數。對這種氣流組織形式在小面積無塵車間中的應用作了可行性和經濟性分析。

1 　問題的提出

《潔凈廠房設計規范》GBJ 73 —84 規定:1000 級無塵車間送風方式為孔板頂棚送風, 條形布置高效過濾器頂棚送風或者間隔布置帶擴散板的高效過濾器頂棚送風。回風方式為相對兩側墻下部均勻布置回風口回風, 換氣次數不小于50 次/h 。這種送、回風方式可造成室內良好的氣流流型, 室內大部分區域(包括人的工作區)處于主流區, 要求的潔凈度指標可在較小的送風量下達到。顯然, 它是一種比較理想的氣流流型。

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

該實驗臺布置如圖1 。

　 由于在實際應用過程中有些情況會受到房間和無塵車間空間的限制, 不能布置兩側回風, 所以采用上送風單側回風的形式。

2 　兩種氣流組織形式下室內潔凈度、容積發塵量與換氣次數的

關系

2 .1 　常規氣流組織形式

1000 級無塵車間常規送、回風方式下造成的室內氣流分布見圖2^[2]。室內大部分區域, 尤其是工作區(距地面1 ～ 1 .5 m 左右的區域)處于主流區。因為通常

所指的潔凈度指標是指工作區潔凈度, 所以, 在此流型下, 潔凈度、容積發塵量與換氣次數的關系也即主流區濃度、容許發塵量與換氣次數的關系。

此關系式^[1]可表示為:

式中: Na ———主流區含塵濃度, 粒/ L(≥0 .5 μm);

Ns ———高效過濾器出口含塵濃度, 粒/ L(≥0 .5 μm);

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

n ———送風換氣次數, 次/h ;

β ———主流區發塵量與總發塵量之比;

———渦流區至主流區的引帶風量與送風量之比。

根據室內氣流分布, β 取0 .6(兩側回風取值);取1 .3 ;Ns 取1 .5 粒/ L(≥0 .5 μm)。

將以上數據代入式(1), 得Na — G — n 關系如下:

對于1000 級無塵車間, 取Na = 17 .5 粒/L(≥0 .5 μm), 則式(2)變為:

2 .2 　新型氣流組織形式

新型氣流組織形式下室內流場分布見圖3^[2]。因為室內較大一部分區域(包括一大部分工作區)處于渦流區, 所以潔凈度、容積發塵量與換氣次數的關系也即渦流區濃度、容積發塵量與換氣次數的關系, 該關系式^[1]可表示如下:

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

根據室內氣流分布, β取0 .5(單側回風取值);取1 .3 ;Νs 取1 .5 粒/L(≥0 .5 μm)。

將以上數據代入式(4), 得Nb — G — n 關系:

取Nb =17 .5 粒/ L (≥0 .5 μm), 則式(5)變為:

由式(3)和式(6)可知, 在室內發塵量相同的前提下, 要滿足同樣的潔凈度, 新型氣流組織所需換氣量要比常規氣流組織所需換氣量大。如果常規氣流組織下換氣次數為n1 , 新型氣流組織下換氣次數為n2 ,則n1 與n2 關系為:

3 新型氣流組織形式用于小面積1000 級無塵車間的技術經濟分析

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換氣量要比常規氣流組織下送風換氣量大一倍。對于大面積無塵車間來講, 采用新型氣流組織運行費用大得驚人, 這顯然是不可取的。然而, 對于小面積無塵車間, 情況就不同了。小面積無塵車間凈化空間體積較小, 要求的送風量并不大, 而無塵車間系統的阻力卻比大。這就要求選擇高壓頭風機, 而高壓力風機提供的風量也不會太小, 往往是提供的風量遠大于無塵車間要求的送風量, 在此情況下, 或者采用節流的方法降低風量, 或者在大風量下運行系統。因此, 如果在小面積無塵車間中采用新型氣流組織形式,和常規氣流組織形式相比, 風機型號并不需要加大,運行耗電量也不會增加, 而系統初投資卻可大大減少。顯然, 這是一種最為適宜的選擇。我們以上述實驗臺為例對此問題作一分析。無塵車間體積為2.3 m ×1.7m ×2.2 m =8.6m³ , 若按1000 級無塵車間最小換氣次數50 次/h 計算, 所需送風量為430 m³/h , 而空氣循環系統阻力至少在150 ～ 200 Pa左右。風機的選擇應同時滿足送風量和克服系統阻力的要求, 即風機的壓力為150 ～ 200 Pa , 此壓力對應的送風量為1200 ～ 2 000m³/h , 大大超過要求的送風量, 這就說明用單側回風不用增加系統初投資, 反而可以節省系統初投資。在此情況下, 選擇新型氣流組織顯然是經濟、實用并能滿足潔凈度要求的。

4 　實測結果分析

為了證明以上分析的正確性, 對圖1 所示的無塵車間潔凈度進行了實測。測試是在模擬動態工況下進行的。測試儀器采用Y09 9 型激光粒子計數器。在無塵車間地面以上1.2 m左右的高度布置6 個測點, 測點布置見圖4 , 每個測點測3 次, 取其平均值作為最終結果, 潔凈度測定結果見表1 , 測試時換氣次數n ₂= 83 次/h 。按規范規定, 對于1000 級無塵車間來說, ≥0.5 μm的粒子濃度應≤35 個/L^[3]。由測定結果可知, 無塵車間潔凈度完全滿足1000 級的要求, 證明新型氣流組織形式是適用的。

5 　結論

(1)對于10 m³以下的小面積1000 級無塵車間, 送風方式采用帶擴散板的高效過濾器頂棚送風, 回風方式可采用單側墻下部均勻布置回風口。與常規氣流組織形式相比, 這種氣流組織可大大節省系統初投資, 而系統的運行費用不會增加, 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, 新型氣流組織下送風換氣量要比常規氣流組織下送風換氣量大一倍。因此, 對于大面積1000 級無塵車間, 這種氣流組織形式是不可取的。

參　考　文　獻

[1] 許鐘麟.空氣潔凈技術原理.上海:同濟大學出版社, 1998 :409410

[2] 許鐘麟.無塵車間設計.北京:地震出版社, 1994 :252

[3] 國家標準《潔凈廠房設計規范》修訂編寫組.潔凈廠房設計規范GB 5073 98