洁净技术讲稿2

空气洁净技术11洁净室不均匀分布计算乱流洁净室的气流分布是不均匀的，尘源发散的尘粒的分布也不可能均匀，洁净室微粒实际上是不均匀分布的。本章介绍三区不均匀分布计算方法。11.1不均匀分布的影响洁净室微粒实际分布的不均匀性，会给按均匀分布理论计算的含尘浓度结果带来偏差。一般而言，室内气流和尘粒分布越不均匀，实测值和按均匀分布理论计算的值相差就越大。这里讲的不均匀分布，仍假定发尘是均匀的，只是尘粒分布不均匀，而且是区域不均匀分布（不是指每一点不均匀），即区域之间有浓度差。影响室内含尘浓度不均匀分布有下列因素：（1）气流组织的影响（包括送风方式和风口位置）不同的气流组织在这方面差别还不是很显著，实测结果表明，侧送方式实测值一般高于均匀计算值，（气流分布不均匀，稀释效果减弱时）局部孔板、顶送散流器实测值对于计算值正负偏差均存在；全面孔板方式实测均低于计算值，说明均匀性更好。风口位置的影响要明显得多，所造成的涡流区内实测值比计算值高很多。（2）送风口数量的影响实测表明，在相同的过滤器及换气次数条件下，送风口少时，室内含尘浓度要比按均匀分布法的计算值高（风口少，乱流成分大，涡流区大），风口多则结果相反（涡流区小，速度场均匀，乱流度降低）。（3）换气次数的影响使气流和浓度达到均匀，必须有足够的气流量去冲淡稀释，n小实测大于计算值，n↑二者接近，当n=70次/h，二者不相上下，n继续增加，实测一般低于计算值，原因为充分稀释，风口数量增多，气流的挤压作用加强。（4）送风口形成的影响不同形式的送风口对乱流洁净室有明显的影响（图11-1）。实测效果：A型最差，差于理论值；B型与理论值相近；C型最好，略优于均匀分布的理论值。11.2三区不均匀分布模型（图11-3）由于气流组织的因素，室内分成三个区，出发点为：①主流区内工作区以上有一定风速，尘源Ga不可能逆气流不断地均匀把尘粒分散到全主流区，该区浓度最低；②涡流区内尘源散发的尘粒，部分随着涡流由下而上，再由上而下，较均匀地进入送风气流全边界层内；③有一个较小的、含尘浓度不同于主流区和涡流区的回风口区存在。测表明，一个换气次数几百次的两侧下回风垂直单向流室，主流区内工作区的含尘浓度相当于回风口区的70%左右。11.3三区不均匀分面的数学模型按三区模型，回风口区含尘浓度Nc由两部分组成，一是主流区浓度Na，二是由主流区尘源Ga散发的尘粒被回风口区总风量混合后的浓度，即 （11-1）其它两区含尘浓度通过联立微分方程求解，主流区浓度Na，涡流区Nb。 （11-2）

（11-3）若令β为主流区发尘量占总发尘量的比值。粒/L.min，粒/L.min，粒/L.min解（11-2）（11-3）两微分方程，当，则有（11-10）（11-11）

由于回风口区范围较小，忽略其容积，则主流区和涡流区的平均含尘浓度近似室平均浓度。（11-12）令 代入，粒/L.min，则（11-12）式为

（11-13）称为洁净室N－n通式

11.4N－n通式的物理意义

（11-13）（1）在尘粒均匀分布条件下，通式变为： （11-14）令（11-13）式右边β

——主流区发尘量/总发尘量；——主流区引带风量/送风量。

Ψ可以表示含尘浓度均匀分布和不均匀分布两种条件下的相差程度，因Ns很小，用Nv表示不均匀分布计算的含尘浓度，则（11-16）Ψ称为不均匀系数。（2）上式是统一描述乱流洁净室和单向流洁净室的N－n关系的通式，送风方式、人员多少对N－n的关系影响都能通过通式反映出来。①对单向流洁净室，假定满布比100%，（无边框），整个高度和断面无涡流，因此Vb=0,,,则Nv=Ns。

②假定过滤器不是100%满布，有一定满布比，这时就有涡流区，满布比越小，、Vb

要增大，β要减小，则Nv要增大。③对于不同的乱流洁净室，主流区的大小、涡流区的大小和引带风量的大小不同，在含尘浓度上的差别就反映出来了。

11.5不不均匀分布布计算和均匀匀分布计算对对比研究者用两种种方法计算出出N、Nv值，再用实测测方法测出不不同洁净室的的平均含尘浓浓度，结果表表明，按不均均匀分布计算算的结果更接接近实际，就就是说按不均均匀分布计算算在一般情况况下会比按均均匀分布计算算的结果更准准确一些。但但不排除在某某些情况下，，也会出现相相反的情况。。（表11-3）13洁净净室的设计计计算13.1室室内外计算算参数的确定定净化空调系统统本身就是空空调系统，只只不过增设了了一些过滤设设备，但由于于满足净化所所要求的送风风量远远大于于消除余热余余温的需要，，所以也不提提送风量差的的要求了，送送风量肯定满满足消除余热热余湿要求，，而且一般都都用二次回风风系统，将新新风和一部分分回风处理到到露点，再与与更多的回风风混合送风室室内，所以保保证温湿度是是附带完成的的，主要测重重洁净度的保保证，所以这这里提的参数数主要指含尘尘浓度。13.1.1室外大气气浓度的确定定第二章给出许许多实测数据据，室外大气气浓度因地区区而异，但大大多不超过106粒/L（严重污染的浓浓度），所以以，(1)对对于高效净化化系统，特别别是百级以上上的洁净室，，新风浓度应应取M=106粒/L，一方面，为了了安全起见，，取不利状况况值，再者对对高效系统，，新风经三级级过滤后，在在M<106粒/L范围内，M值对室内浓度度的影响已不不大。(2)对于中效过过滤的空气净净化系统，两两级过滤器的的效率不高、、穿透率较大大，M取值对洁净室室内的影响较较大，所以不不能取最不利利的室外浓度度值作M值，应根据工工程所在环境境分别取值，，工业城市3×105粒/L，郊区2×105，农村≤105。13.1.2室内单单位容积发尘尘量设计时工程尚尚没建成，无无法确定具体体的室内发尘尘量，只能事事先给定，依依据为大量类类似系统的实实测结果。（1）室内尘尘源主要是人(占占到80~90%)和建建筑表面(10~15%)，具体发发尘设备及工工艺一般不允允许设在洁净净室，若或必必须在室内，，定有相应的的局部排风罩罩等设备，一一般不会增加加尘源。至于于纸张在撕破破和揉破时的的发尘量是很很大，表13-1中最大大的实测值达达到3.9××106粒/min.张，只能在规规章制度中禁禁止在室内有有撕揉纸动作作，不能把它它作为尘源之之一，因很少少碰到。（2）室内单单位容积发尘尘量计算室内发尘人是是主要尘源，，建筑表面是是次要尘源，，将其折算成成人的发尘量量，方便计算算，对人的发发尘量进行研研究的人，所所结果很多，，综合众多结结论，取静止止状态105粒/min人的发尘量，，条件是在洁洁净室穿洁净净工作服；轻轻度劳动动作作时的发尘量量为静止时的的5倍；极轻轻劳动强度（（坐着操作，，很少起来活活动）发尘量量为静止时的的3倍，3××105粒/min人；活动较频频繁，劳动强强度略大时取取7倍静止时时的发尘量。。而建筑表面面的发尘量，，经测试统计计每8m2地面的对应的的室内表面的的发尘量（顶顶棚，侧墙表表面）与1个个人静止的发发尘量相当，，为了方便计计算，将两种种发尘量统一一到一个单位位容积发尘量量中，取洁净净室高2.5m，则每m2一个人静止时时单位容积发发尘量粒/m3.min亦既单位体积积一个人的发发尘量。设βm2地面代表的室室内表面的发发尘量为1个个人的发尘量量，则室内建筑表表面在发尘量量方面相当的的人员数为F/β总的当量人员密度（（人/m2）考虑了建筑表表面发尘后室室内单位容积积发尘量（13-1））图13-1为为按公式13-1绘制的的单位容积发发尘量线算图图，横坐标用用实际人员密密度值，纵坐坐标为单位容容积发尘量，，乘以室体积积即为室内发发尘量，当P/F=0时，左边纵坐坐标为0.5×104正是单位地面面对应的建筑筑表面的发尘尘量值。而图图右侧三个纵纵坐标是人不不同活动强度度时的单位容容积室内发尘尘量，分别为为5倍、3倍倍和7倍值。。室内发尘量量已解决。13.1.3新风比比洁净室确定送送风量的需求求有两个：一一是满足消除除余热余温所所需的风量，，即暖通空调调中讲的kg/s，另一个就是满满足净化要求求所需的风量量，风量计算算方法即N－n通式，求出n即相当于风量量。一般后者者远大于前者者，所以由洁洁净要求确定定风量。但也也不排除例外外，一资料：：福建一中外外合资生产一一次性射器为为主的工厂，，十万级的洁洁净车间内，，有多台注塑塑机，发热最最很大，单位位面积冷负荷荷达756W/m2，为一般制药车车间3~4倍倍，按消除余余热余湿的送送风量达n=59次/h，远高于洁净需需求的风量。。风量问题也已能解解决，新风量的大小还应确确定，净化空空调的新风量量的确定与普普通空调相同同，考虑满足足（1）人的的卫生要求，，（2）维持持正压，（3）保证局部部排风。(1)与(2)+(3)之之中选大者，，(2)与(3)都能计计算。满足卫卫生要求的新新风可按稀释释有害气体所所需风量计算算。一般洁净室均均以稀释CO2为目标确定人人员卫生所需需新风，表13-6给出出CO2对人的影响，，表13-9给出人呼出出CO2的情况，正好好弥补暖通空空调教材中缺缺少的数据，，按每个人所所需的新风量量就能确定洁洁净室的总新新风量。m取表13-9中极轻劳动动时的呼出CO2量，0.022m3/人.h，允许浓度C取0.001m3/m3，既0.1%，，室外新风的的范围CO2占0.03%~0.05%，取0.03%，即即0.0003m3/m3，极轻劳动时则则每人所需新新风m3/h.人劳动加重时该该值还应加大大。为了便于使用用，表13-10给出新风比比与换气次数数的关系，取取不同的新风风标准，不同同的人员密度度在不同的n下的新风比均均给出。13.2高高效空气净净化系统的计计算13.2.1N的计算利用均匀分布布和不均匀分分布计算理论论的内容，对对室内含尘浓浓度的计算均匀分布时不均匀分布时时其中Nr≈N或Nv对高效净化系系统Ns很小，即使在在全新风时即即(1-s）=1，Ns为每升几粒，远小于，，所以（13-6））常用范围的N－n关系可查图13-4。查查图计算值与与实际参数计计算值偏差一一般在10%左右。对不均匀分布布，室内分三三个区，还可可推出回风口区G0为为总发尘量粒粒/min粒/m3min主流区涡流区Nv实际为Na、Nb的平均值。13.2.2n的计算在洁净室计算算中最常用的的是求风量，，即n，N值往往认为已已知。如洁净净级别定好后后，该级别最最高允许浓度度值为定值，，N取其1/2~1/3即可（以抵抗抗扰量），对对乱流室则13.2.3ψ的计算ψ涉及4个参参数。（1）为为主流区区发尘量占总总发尘量之比比，主要受顶顶棚风口多少的影影响，即每个个过滤器风口口负担的面积积，表13-11给出取取值范围，过过滤器风密度度大时0.8~0.9，，单向流可最最大到0.99。（2），，送风气流引引带涡流区到到主流区的气气流与送风量量之比，也与与风口的密度度有关，该值值可能大于1，表13-12给出顶送时的不同值，，侧送时按公式（13-8）计计算。（13-8））F—每个风口负担担的面积，m2d—风口的当量直直径，m（3）Vb/V涡流区容积与与全室容积之之比，主流区区为Va，回风口区Vc可忽略，主流区Va的大小也与过过滤器风口的的数目有关，，见表13-14。如V=30m3，当7个过滤器器风口时，Va=26m3，Vb=4m3。当β、、Vb/V仍不好确定时时，表13-16给出ψ值的确定方法法，与n有关。13.2.4三种设设计计算方法法区分具体情况况，先选择相相应的方法，，按可能存在在的共有三种种情况：（1）全室送送风口密度较较大，主流区区为主，涡流流区很小或涡涡流区区分不不明显，按平平均浓度计算算或其中对于高效系统统，可利用图13-4N－n计算图查得（（n）。M对N影响较小，N与G及n有关（2）高效过过滤器，送风风口密度较小小，主流区、、涡流区区别别明显，当工工作区固定在在主流区时（3）当操作作位置在涡流流区，或为严严格起见取室室内的最不利浓度值13.3中中效（高中中效、亚高效效）净化系统统计算指要求较高的的能提出浓度度要求的中效效系统，如中中药厂的口服服制剂车间或或一些辅助车车间均有用中中效净化过滤滤的。与高效效净化过滤一一样也用不均匀分布计算公式式，但区别是是由于初、中中效两级或三三级过滤的穿穿透率较大，，滤掉的新风风中微粒比例例不太大，因因而Ns不但不能忽略略，反而要大大于室内尘源源散发后形成成的浓度至少超过5倍倍。中效过滤系统统的ψ值一般达到1.4，所以以下式成立图13-5用用于中效空气气净化系统的的N－n计算图，制表表条件G≤105m3min，这时N与M的关系近似成成直线。图中中含尘浓度已已放大1.5倍，相当于于动态，只要要人员密度q<0.5人/m2，对所查的结果果不需要乘以以动态修正和和不均匀修正正系数，作为为简化计算，，图13-15满足要求求。13.4有有局部净化化设备场合的的计算有局部净化设设备的场合主主要有以下几几种：①全室室有一定的洁洁净度，而室室内设一条洁洁净度更高的的流水线，前前面曾推出室室内含尘浓度度的稳定式；；②室内有一一定净化要求求，再增设一一小型自净设设备，如静电电过滤器等，，用在一些手手术室及小的的工业洁净室室；③电子计计算机房和程程控机房，有有一个一般的的空调系统再再加机房专用用机组，专用用机组设有中中效过滤器，，机房专用机机组承担大部部分负荷（湿湿热负荷），，特别为大风风量，单位风风量焓降低，，下送风（地地板下送风，，直接冷却机机器）一年四四季送冷风，，由于洁净度度要求高的部部分密闭较好好，如硬盘驱驱动器等，所所以，整个空空调的洁净度度并不高，d≥0.5μm，18000粒/升。（对于前两种情情况，我们曾曾推出有局部部净化设备时时的室内含尘尘浓度的稳定定式。作为前两种情情况，当室内内洁净度较高高，而局部净净化装置的效率很高时，，，，公公式变为对于第三种情情况即在计算算机房或程控控机房设专用用机组的情况况又分成两种种情况：（1）既有集集中式空调系系统又有专用用空调机的机机房负荷方面集中中式空调系统统承担新风负负荷和室内负负荷，专用机机组承担设备备负荷，这里里仅关心空气气净化方面，，由于过滤效效率都不太高高，用下式，，不能简化公式中s≤1，s′可能大于1。。因专用机组组处理风量大大，能达到集集中送风量的的2.5倍到到5倍。（2）只靠专专用空调机加加新风处理的的机房室内负荷及设设备（计算机机）负荷、新新风负荷全部部由专用机组组承担，无回回风，仍能用用上式，这时时n为新风量除以以房间体积，，约为2~2.5次/h，s=0，1－s=1，s′=专用机组风量量/新风量，，为几十，公公式变为例题1已知亚高效净净化系统洁净净室，末级过过滤器为YGG低阻亚高效过过滤器效率η3=0.97,均匀布置，新新风粗效过滤滤器效率η1=