小面积千级无尘车间气流组织设计

以自行设计的实验台为例, 通过测定上送单侧下回气流组织形式下的粒子浓度, 介绍了适合于小面积1000 级无尘车间的这种新型气流组织形式。分析了新型气流组织下换气次数。对这种气流组织形式在小面积无尘车间中的应用作了可行性和经济性分析。

1 　问题的提出

《洁净厂房设计规范》GBJ 73 —84 规定:1000 级无尘车间送风方式为孔板顶棚送风, 条形布置高效过滤器顶棚送风或者间隔布置带扩散板的高效过滤器顶棚送风。回风方式为相对两侧墙下部均匀布置回风口回风, 换气次数不小于50 次/h 。这种送、回风方式可造成室内良好的气流流型, 室内大部分区域(包括人的工作区)处于主流区, 要求的洁净度指标可在较小的送风量下达到。显然, 它是一种比较理想的气流流型。

然而, 1000 级无尘车间是乱流(非单向流)无尘车间中最高的洁净度等级。这种无尘车间往往面积较小, 且被套在一个大的洁净度较低的房间内。对于这种独立的、分散的、小面积的无尘车间, 它的气流组织形式应该如何呢?

该实验台布置如图1 。

　 由于在实际应用过程中有些情况会受到房间和无尘车间空间的限制, 不能布置两侧回风, 所以采用上送风单侧回风的形式。

2 　两种气流组织形式下室内洁净度、容积发尘量与换气次数的

关系

2 .1 　常规气流组织形式

1000 级无尘车间常规送、回风方式下造成的室内气流分布见图2^[2]。室内大部分区域, 尤其是工作区(距地面1 ～ 1 .5 m 左右的区域)处于主流区。因为通常

所指的洁净度指标是指工作区洁净度, 所以, 在此流型下, 洁净度、容积发尘量与换气次数的关系也即主流区浓度、容许发尘量与换气次数的关系。

此关系式^[1]可表示为:

式中: Na ———主流区含尘浓度, 粒/ L(≥0 .5 μm);

Ns ———高效过滤器出口含尘浓度, 粒/ L(≥0 .5 μm);

G ———无尘车间单位容积发尘量,粒/(min·m3)(≥0 .5 μm);

n ———送风换气次数, 次/h ;

β ———主流区发尘量与总发尘量之比;

———涡流区至主流区的引带风量与送风量之比。

根据室内气流分布, β 取0 .6(两侧回风取值);取1 .3 ;Ns 取1 .5 粒/ L(≥0 .5 μm)。

将以上数据代入式(1), 得Na — G — n 关系如下:

对于1000 级无尘车间, 取Na = 17 .5 粒/L(≥0 .5 μm), 则式(2)变为:

2 .2 　新型气流组织形式

新型气流组织形式下室内流场分布见图3^[2]。因为室内较大一部分区域(包括一大部分工作区)处于涡流区, 所以洁净度、容积发尘量与换气次数的关系也即涡流区浓度、容积发尘量与换气次数的关系, 该关系式^[1]可表示如下:

式中:Nb —涡流区含尘浓度, 粒/L(≥0 .5 μm)。其他参数的意义同前。

根据室内气流分布, β取0 .5(单侧回风取值);取1 .3 ;Νs 取1 .5 粒/L(≥0 .5 μm)。

将以上数据代入式(4), 得Nb — G — n 关系:

取Nb =17 .5 粒/ L (≥0 .5 μm), 则式(5)变为:

由式(3)和式(6)可知, 在室内发尘量相同的前提下, 要满足同样的洁净度, 新型气流组织所需换气量要比常规气流组织所需换气量大。如果常规气流组织下换气次数为n1 , 新型气流组织下换气次数为n2 ,则n1 与n2 关系为:

3 新型气流组织形式用于小面积1000 级无尘车间的技术经济分析

由以上分析可知, 要满足相同的洁净度, 新型气流组织下送风换气量要比常规气流组织下送风换气量大一倍。对于大面积无尘车间来讲, 采用新型气流组织运行费用大得惊人, 这显然是不可取的。然而, 对于小面积无尘车间, 情况就不同了。小面积无尘车间净化空间体积较小, 要求的送风量并不大, 而无尘车间系统的阻力却比大。这就要求选择高压头风机, 而高压力风机提供的风量也不会太小, 往往是提供的风量远大于无尘车间要求的送风量, 在此情况下, 或者采用节流的方法降低风量, 或者在大风量下运行系统。因此, 如果在小面积无尘车间中采用新型气流组织形式,和常规气流组织形式相比, 风机型号并不需要加大,运行耗电量也不会增加, 而系统初投资却可大大减少。显然, 这是一种最为适宜的选择。我们以上述实验台为例对此问题作一分析。无尘车间体积为2.3 m ×1.7m ×2.2 m =8.6m³ , 若按1000 级无尘车间最小换气次数50 次/h 计算, 所需送风量为430 m³/h , 而空气循环系统阻力至少在150 ～ 200 Pa左右。风机的选择应同时满足送风量和克服系统阻力的要求, 即风机的压力为150 ～ 200 Pa , 此压力对应的送风量为1200 ～ 2 000m³/h , 大大超过要求的送风量, 这就说明用单侧回风不用增加系统初投资, 反而可以节省系统初投资。在此情况下, 选择新型气流组织显然是经济、实用并能满足洁净度要求的。

4 　实测结果分析

为了证明以上分析的正确性, 对图1 所示的无尘车间洁净度进行了实测。测试是在模拟动态工况下进行的。测试仪器采用Y09 9 型激光粒子计数器。在无尘车间地面以上1.2 m左右的高度布置6 个测点, 测点布置见图4 , 每个测点测3 次, 取其平均值作为最终结果, 洁净度测定结果见表1 , 测试时换气次数n ₂= 83 次/h 。按规范规定, 对于1000 级无尘车间来说, ≥0.5 μm的粒子浓度应≤35 个/L^[3]。由测定结果可知, 无尘车间洁净度完全满足1000 级的要求, 证明新型气流组织形式是适用的。

5 　结论

(1)对于10 m³以下的小面积1000 级无尘车间, 送风方式采用带扩散板的高效过滤器顶棚送风, 回风方式可采用单侧墙下部均匀布置回风口。与常规气流组织形式相比, 这种气流组织可大大节省系统初投资, 而系统的运行费用不会增加, 是一种较为理想气流组织形式。

(2)要满足相同的洁净度等级, 新型气流组织下送风换气量要比常规气流组织下送风换气量大一倍。因此, 对于大面积1000 级无尘车间, 这种气流组织形式是不可取的。

参　考　文　献

[1] 许钟麟.空气洁净技术原理.上海:同济大学出版社, 1998 :409410

[2] 许钟麟.无尘车间设计.北京:地震出版社, 1994 :252

[3] 国家标准《洁净厂房设计规范》修订编写组.洁净厂房设计规范GB 5073 98