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

《潔凈廠房設計規范》GBJ73-84^[1]規定: 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( 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下部的“回風區”,而會有類似向上的“回流”現象出現。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” 短路” 現象。由于以上原因, 上送上回氣流組織在規范中是不被推薦的: 但在工程實踐中, 上送上回氣流有布置方便, 節約投資, 施工簡單, 并且在一定適用范圍內不浪費能量的優點。基于這一想法, 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, 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。

回風經垂直回風管回到頂棚, 在風機作用下,空氣經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。而且系統布置也比較簡潔、方便。下面對新型氣流組織下各參數關系、凈化效果，適用范圍及其經濟性作一分析

二、新型氣流組織和傳統氣流組織下室內潔凈度、容許發塵量與換氣次數的關系

1、常規氣流組織的情況

對傳統的頂送側下回氣流組織形式: 其流場可見圖3。由于工作區部分處于主流區. 另一部分處于渦派區, 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―傳統氣流下換氣次數，次/時；

β―主流區發塵量占總發塵量之比；

―渦流區至主流區的引帶風量與送風量之比；

V_b―渦流區體積，米³；

G―潔凈室單位容積發塵量，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，將以上數據代入式（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較多, 宜采用渴流區濃度計算公式。其關系式如下仁^[2]:

   (3)

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

n₂ ― 新型氣流組織下換氣次數，次/時

其它參數取值同前。代入數據計算得：

        (4)

3、新型氣流組織用于小面積潔凈室的技術經濟分析

比較（2）、（4）可知，在相同發塵量，采用上送上回氣流組織的換氣次數上采用上送下回氣流組織換氣次數的1.25倍，則前者風機耗功率是后者的1.25²=1.56倍。可見，對于大面積潔凈室，采用上送上回氣流組織是不經濟的。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，而潔凈室空氣循環系統的阻力卻比較大，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, 假設發塵童為322058粒/ 米3 ·分, 對應規范下換氣次數為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(終)限力大約為30 0Pa, 這就要求所選擇的風機既能克服系統阻力, 又能滿足風量要求。據此選擇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、系統耗功率也是相同的。但若采用上送上回氣流組織, 系統初投資可大大減小。這說明新型氣流組織是經濟實用的。

4、采用新型氣流組織所適宜的凈化面積

根據上述分析可知, 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塵量、系統送風量有關。當送風量一定時, 室內發塵量越大, 要求的換氣次數越大, 則允許的潔凈室面積越小; 而當室內發塵量一定時, 要求的換氣次數也一定, 送風量越大,則允許的潔凈室面積越大。

按照潔凈空調系統的大小及其部件的結構和數量的不同, 中小型凈化系統阻力一般在250～750Pa之間。當系統阻力確定后, 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則可求得不同發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。

據以上步驟, 可求得不同送風量、不同發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:。測定儀器梁用經校驗的Y09-4型塵埃粒子計數器, 測定數據按美國209D的規定進行處理。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 的統計值。

2、換氣次數測定

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。 則換氣次數為:

從測試數據可以看出, 粒子分布有如下規律:

、在送風擴散板下有一明顯的送風有流區, 該區內粒子濃度較低, 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” , 回流區濃度在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的影響反而較高。

(3)、送風過濾器搭接中部有一禍流區存在, 濃度較高.

(4)、四角回風口下方有明顯的回風口區存在, 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濃度較高, 從下到上, 渦流區逐漸縮小。

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

(7)、側試數據表明, 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: 用工作區濃度C_W 和回風區濃度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, 回風口區濃度 取前面2 .2m標高處回風口區濃度1點,5點,42點,45點四點平均值, 代入數據知: C_R=270粒/升· ≥0.5μm。

則C_W/C_R =208/ 270=0.77

說明工作區濃度低于回風口區濃度, 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約投資、方便施工、且不浪費能量的優點, 值得在工程中推廣。

2、得出了不同發塵量, 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。