空氣潔凈技術(shù)?11潔凈室不均勻分布計(jì)算亂流潔凈室的氣流分布是不均勻的，塵源發(fā)散的塵粒的分布也不可能均勻，潔凈室微粒實(shí)際上是不均勻分布的。本章介紹三區(qū)不均勻分布計(jì)算方法。11.1不均勻分布的影響潔凈室微粒實(shí)際分布的不均勻性，會(huì)給按均勻分布理論計(jì)算的含塵濃度結(jié)果帶來(lái)偏差。一般而言，室內(nèi)氣流和塵粒分布越不均勻，實(shí)測(cè)值和按均勻分布理論計(jì)算的值相差就越大。這里講的不均勻分布，仍假定發(fā)塵是均勻的，只是塵粒分布不均勻，而且是區(qū)域不均勻分布（不是指每一點(diǎn)不均勻），即區(qū)域之間有濃度差。?影響室內(nèi)含塵濃度不均勻分布有下列因素：（1）氣流組織的影響（包括送風(fēng)方式和風(fēng)口位置）不同的氣流組織在這方面差別還不是很顯著，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，側(cè)送方式實(shí)測(cè)值一般高于均勻計(jì)算值，（氣流分布不均勻，稀釋效果減弱時(shí)）局部孔板、頂送散流器實(shí)測(cè)值對(duì)于計(jì)算值正負(fù)偏差均存在；全面孔板方式實(shí)測(cè)均低于計(jì)算值，說(shuō)明均勻性更好。風(fēng)口位置的影響要明顯得多，所造成的渦流區(qū)內(nèi)實(shí)測(cè)值比計(jì)算值高很多。（2）送風(fēng)口數(shù)量的影響實(shí)測(cè)表明，在相同的過(guò)濾器及換氣次數(shù)條件下，送風(fēng)口少時(shí)，室內(nèi)含塵濃度要比按均勻分布法的計(jì)算值高（風(fēng)口少，亂流成分大，渦流區(qū)大），風(fēng)口多則結(jié)果相反（渦流區(qū)小，速度場(chǎng)均勻，亂流度降低）。?（3）換氣次數(shù)的影響使氣流和濃度達(dá)到均勻，必須有足夠的氣流量去沖淡稀釋，n小實(shí)測(cè)大于計(jì)算值，n↑二者接近，當(dāng)n=70次/h，二者不相上下，n繼續(xù)增加，實(shí)測(cè)一般低于計(jì)算值，原因?yàn)槌浞窒♂專L(fēng)口數(shù)量增多，氣流的擠壓作用加強(qiáng)。（4）送風(fēng)口形成的影響不同形式的送風(fēng)口對(duì)亂流潔凈室有明顯的影響（圖11-1）。實(shí)測(cè)效果：A型最差，差于理論值；B型與理論值相近；C型最好，略優(yōu)于均勻分布的理論值。?11.2三區(qū)不均勻分布模型（圖11-3）由于氣流組織的因素，室內(nèi)分成三個(gè)區(qū)，出發(fā)點(diǎn)為：①主流區(qū)內(nèi)工作區(qū)以上有一定風(fēng)速，塵源Ga不可能逆氣流不斷地均勻把塵粒分散到全主流區(qū)，該區(qū)濃度最低；②渦流區(qū)內(nèi)塵源散發(fā)的塵粒，部分隨著渦流由下而上，再由上而下，較均勻地進(jìn)入送風(fēng)氣流全邊界層內(nèi)；③有一個(gè)較小的、含塵濃度不同于主流區(qū)和渦流區(qū)的回風(fēng)口區(qū)存在。測(cè)表明，一個(gè)換氣次數(shù)幾百次的兩側(cè)下回風(fēng)垂直單向流室，主流區(qū)內(nèi)工作區(qū)的含塵濃度相當(dāng)于回風(fēng)口區(qū)的70%左右。?11.3三區(qū)不均勻分面的數(shù)學(xué)模型按三區(qū)模型，回風(fēng)口區(qū)含塵濃度Nc由兩部分組成，一是主流區(qū)濃度Na，二是由主流區(qū)塵源Ga散發(fā)的塵粒被回風(fēng)口區(qū)總風(fēng)量混合后的濃度，即 （11-1）其它兩區(qū)含塵濃度通過(guò)聯(lián)立微分方程求解，主流區(qū)濃度Na，渦流區(qū)Nb。 （11-2）

（11-3）?若令β為主流區(qū)發(fā)塵量占總發(fā)塵量的比值。粒/L.min，粒/L.min，粒/L.min解（11-2）（11-3）兩微分方程，當(dāng)，則有（11-10）（11-11）

?由于回風(fēng)口區(qū)范圍較小，忽略其容積，則主流區(qū)和渦流區(qū)的平均含塵濃度近似室平均濃度。（11-12）令 代入，粒/L.min，則（11-12）式為

（11-13）稱為潔凈室N－n通式

?11.4N－n通式的物理意義

（11-13）（1）在塵粒均勻分布條件下，通式變?yōu)椋? （11-14）令（11-13）式右邊β

——主流區(qū)發(fā)塵量/總發(fā)塵量；——主流區(qū)引帶風(fēng)量/送風(fēng)量。

Ψ可以表示含塵濃度均勻分布和不均勻分布兩種條件下的相差程度，因Ns很小，用Nv表示不均勻分布計(jì)算的含塵濃度，則（11-16）Ψ稱為不均勻系數(shù)。?（2）上式是統(tǒng)一描述亂流潔凈室和單向流潔凈室的N－n關(guān)系的通式，送風(fēng)方式、人員多少對(duì)N－n的關(guān)系影響都能通過(guò)通式反映出來(lái)。①對(duì)單向流潔凈室，假定滿布比100%，（無(wú)邊框），整個(gè)高度和斷面無(wú)渦流，因此Vb=0,,,則Nv=Ns。

②假定過(guò)濾器不是100%滿布，有一定滿布比，這時(shí)就有渦流區(qū)，滿布比越小，、Vb

要增大，β要減小，則Nv要增大。③對(duì)于不同的亂流潔凈室，主流區(qū)的大小、渦流區(qū)的大小和引帶風(fēng)量的大小不同，在含塵濃度上的差別就反映出來(lái)了。

?11.5不均勻分布計(jì)算和均勻分布計(jì)算對(duì)比研究者用兩種方法計(jì)算出N、Nv值，再用實(shí)測(cè)方法測(cè)出不同潔凈室的平均含塵濃度，結(jié)果表明，按不均勻分布計(jì)算的結(jié)果更接近實(shí)際，就是說(shuō)按不均勻分布計(jì)算在一般情況下會(huì)比按均勻分布計(jì)算的結(jié)果更準(zhǔn)確一些。但不排除在某些情況下，也會(huì)出現(xiàn)相反的情況。（表11-3）

?13潔凈室的設(shè)計(jì)計(jì)算13.1室內(nèi)外計(jì)算參數(shù)的確定

凈化空調(diào)系統(tǒng)本身就是空調(diào)系統(tǒng)，只不過(guò)增設(shè)了一些過(guò)濾設(shè)備，但由于滿足凈化所要求的送風(fēng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于消除余熱余溫的需要，所以也不提送風(fēng)量差的要求了，送風(fēng)量肯定滿足消除余熱余濕要求，而且一般都用二次回風(fēng)系統(tǒng)，將新風(fēng)和一部分回風(fēng)處理到露點(diǎn)，再與更多的回風(fēng)混合送風(fēng)室內(nèi)，所以保證溫濕度是附帶完成的，主要測(cè)重潔凈度的保證，所以這里提的參數(shù)主要指含塵濃度。?13.1.1室外大氣濃度的確定第二章給出許多實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，室外大氣濃度因地區(qū)而異，但大多不超過(guò)106粒/L（嚴(yán)重污染的濃度），所以，(1)對(duì)于高效凈化系統(tǒng)，特別是百級(jí)以上的潔凈室，新風(fēng)濃度應(yīng)取M=106粒/L，一方面，為了安全起見(jiàn)，取不利狀況值，再者對(duì)高效系統(tǒng)，新風(fēng)經(jīng)三級(jí)過(guò)濾后，在M<106粒/L范圍內(nèi)，M值對(duì)室內(nèi)濃度的影響已不大。(2)對(duì)于中效過(guò)濾的空氣凈化系統(tǒng)，兩級(jí)過(guò)濾器的效率不高、穿透率較大，M取值對(duì)潔凈室內(nèi)的影響較大，所以不能取最不利的室外濃度值作M值，應(yīng)根據(jù)工程所在環(huán)境分別取值，工業(yè)城市3×105粒/L，郊區(qū)2×105，農(nóng)村≤105。?13.1.2室內(nèi)單位容積發(fā)塵量設(shè)計(jì)時(shí)工程尚沒(méi)建成，無(wú)法確定具體的室內(nèi)發(fā)塵量，只能事先給定，依據(jù)為大量類似系統(tǒng)的實(shí)測(cè)結(jié)果。（1）室內(nèi)塵源主要是人(占到80~90%)和建筑表面(10~15%)，具體發(fā)塵設(shè)備及工藝一般不允許設(shè)在潔凈室，若或必須在室內(nèi)，定有相應(yīng)的局部排風(fēng)罩等設(shè)備，一般不會(huì)增加塵源。至于紙張?jiān)谒浩坪腿嗥茣r(shí)的發(fā)塵量是很大，表13-1中最大的實(shí)測(cè)值達(dá)到3.9×106粒/min.張，只能在規(guī)章制度中禁止在室內(nèi)有撕揉紙動(dòng)作，不能把它作為塵源之一，因很少碰到。?（2）室內(nèi)單位容積發(fā)塵量計(jì)算室內(nèi)發(fā)塵人是主要塵源，建筑表面是次要塵源，將其折算成人的發(fā)塵量，方便計(jì)算，對(duì)人的發(fā)塵量進(jìn)行研究的人，所結(jié)果很多，綜合眾多結(jié)論，取靜止?fàn)顟B(tài)105粒/min人的發(fā)塵量，條件是在潔凈室穿潔凈工作服；輕度勞動(dòng)動(dòng)作時(shí)的發(fā)塵量為靜止時(shí)的5倍；極輕勞動(dòng)強(qiáng)度（坐著操作，很少起來(lái)活動(dòng)）發(fā)塵量為靜止時(shí)的3倍，3×105粒/min人；活動(dòng)較頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度略大時(shí)取7倍靜止時(shí)的發(fā)塵量。而建筑表面的發(fā)塵量，經(jīng)測(cè)試統(tǒng)計(jì)每8m2地面的對(duì)應(yīng)的室內(nèi)表面的發(fā)塵量（頂棚，側(cè)墻表面）與1個(gè)人靜止的發(fā)塵量相當(dāng)，為了方便計(jì)算，將兩種發(fā)塵量統(tǒng)一到一個(gè)單位容積發(fā)塵量中，取潔凈室高2.5m，則每m2一個(gè)人靜止時(shí)單位容積發(fā)塵量粒/m3.min亦既單位體積一個(gè)人的發(fā)塵量。?設(shè)βm2地面代表的室內(nèi)表面的發(fā)塵量為1個(gè)人的發(fā)塵量，則室內(nèi)建筑表面在發(fā)塵量方面相當(dāng)?shù)娜藛T數(shù)為F/β

總的當(dāng)量人員密度（人/m2）考慮了建筑表面發(fā)塵后室內(nèi)單位容積發(fā)塵量 （13-1）圖13-1為按公式13-1繪制的單位容積發(fā)塵量線算圖，橫坐標(biāo)用實(shí)際人員密度值，縱坐標(biāo)為單位容積發(fā)塵量，乘以室體積即為室內(nèi)發(fā)塵量，當(dāng)P/F=0時(shí)，左邊縱坐標(biāo)為0.5×104正是單位地面對(duì)應(yīng)的建筑表面的發(fā)塵量值。而圖右側(cè)三個(gè)縱坐標(biāo)是人不同活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)的單位容積室內(nèi)發(fā)塵量，分別為5倍、3倍和7倍值。室內(nèi)發(fā)塵量已解決。??13.1.3新風(fēng)比

潔凈室確定送風(fēng)量的需求有兩個(gè)：一是滿足消除余熱余溫所需的風(fēng)量，即暖通空調(diào)中講的

kg/s，另一個(gè)就是滿足凈化要求所需的風(fēng)量，風(fēng)量計(jì)算方法即N－n通式，求出n即相當(dāng)于風(fēng)量。一般后者遠(yuǎn)大于前者，所以由潔凈要求確定風(fēng)量。但也不排除例外，一資料：福建一中外合資生產(chǎn)一次性射器為主的工廠，十萬(wàn)級(jí)的潔凈車間內(nèi)，有多臺(tái)注塑機(jī)，發(fā)熱最很大，單位面積冷負(fù)荷達(dá)756W/m2，為一般制藥車間3~4倍，按消除余熱余濕的送風(fēng)量達(dá)n=59次/h，遠(yuǎn)高于潔凈需求的風(fēng)量。風(fēng)量問(wèn)題也已能解決，新風(fēng)量的大小還應(yīng)確定，凈化空調(diào)的新風(fēng)量的確定與普通空調(diào)相同，考慮滿足（1）人的衛(wèi)生要求，（2）維持正壓，（3）保證局部排風(fēng)。(1)與(2)+(3)之中選大者，(2)與(3)都能計(jì)算。滿足衛(wèi)生要求的新風(fēng)可按稀釋有害氣體所需風(fēng)量計(jì)算。?一般潔凈室均以稀釋CO2為目標(biāo)確定人員衛(wèi)生所需新風(fēng)，表13-6給出CO2對(duì)人的影響，表13-9給出人呼出CO2的情況，正好彌補(bǔ)暖通空調(diào)教材中缺少的數(shù)據(jù)，按每個(gè)人所需的新風(fēng)量就能確定潔凈室的總新風(fēng)量。m取表13-9中極輕勞動(dòng)時(shí)的呼出CO2量，0.022m3/人.h，允許濃度C取0.001m3/m3，既0.1%，室外新風(fēng)的范圍CO2占0.03%~0.05%，取0.03%，即0.0003m3/m3，極輕勞動(dòng)時(shí)則每人所需新風(fēng)m3/h.人勞動(dòng)加重時(shí)該值還應(yīng)加大。為了便于使用，表13-10給出新風(fēng)比與換氣次數(shù)的關(guān)系，取不同的新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，不同的人員密度在不同的n下的新風(fēng)比均給出。?13.2高效空氣凈化系統(tǒng)的計(jì)算13.2.1N的計(jì)算利用均勻分布和不均勻分布計(jì)算理論的內(nèi)容，對(duì)室內(nèi)含塵濃度的計(jì)算均勻分布時(shí)不均勻分布時(shí)其中Nr≈N或Nv?對(duì)高效凈化系統(tǒng)Ns很小，即使在全新風(fēng)時(shí)即(1-s）=1，

Ns為每升幾粒，遠(yuǎn)小于，所以（13-6）常用范圍的N－n關(guān)系可查圖13-4。查圖計(jì)算值與實(shí)際參數(shù)計(jì)算值偏差一般在10%左右。??

對(duì)不均勻分布，室內(nèi)分三個(gè)區(qū)，還可推出回風(fēng)口區(qū) G0為為總發(fā)塵量粒/min粒/m3min主流區(qū)渦流區(qū)Nv實(shí)際為Na、Nb的平均值。?13.2.2n的計(jì)算在潔凈室計(jì)算中最常用的是求風(fēng)量，即n，N值往往認(rèn)為已知。如潔凈級(jí)別定好后，該級(jí)別最高允許濃度值為定值，N取其1/2~1/3即可（以抵抗擾量），對(duì)亂流室則?13.2.3ψ的計(jì)算

ψ涉及4個(gè)參數(shù)。（1）為主流區(qū)發(fā)塵量占總發(fā)塵量之比，主要受頂棚風(fēng)口多少的影響，即每個(gè)過(guò)濾器風(fēng)口負(fù)擔(dān)的面積，表13-11給出取值范圍，過(guò)濾器風(fēng)密度大時(shí)0.8~0.9，單向流可最大到0.99。（2），送風(fēng)氣流引帶渦流區(qū)到主流區(qū)的氣流與送風(fēng)量之比，也與風(fēng)口的密度有關(guān)，該值可能大于1，表13-12給出頂送時(shí)的不同值，側(cè)送時(shí)按公式（13-8）計(jì)算。（13-8）F—每個(gè)風(fēng)口負(fù)擔(dān)的面積，m2d—風(fēng)口的當(dāng)量直徑，m???（3）Vb/V渦流區(qū)容積與全室容積之比，主流區(qū)為Va，回風(fēng)口區(qū)Vc可忽略，主流區(qū)Va的大小也與過(guò)濾器風(fēng)口的數(shù)目有關(guān)，見(jiàn)表13-14。如V=30m3，當(dāng)7個(gè)過(guò)濾器風(fēng)口時(shí)，Va=26m3，Vb=4m3。當(dāng)β

、

、Vb/V仍不好確定時(shí)，表13-16給出ψ值的確定方法，與n有關(guān)。??13.2.4三種設(shè)計(jì)計(jì)算方法區(qū)分具體情況，先選擇相應(yīng)的方法，按可能存在的共有三種情況：（1）全室送風(fēng)口密度較大，主流區(qū)為主，渦流區(qū)很小或渦流區(qū)區(qū)分不明顯，按平均濃度計(jì)算或其中對(duì)于高效系統(tǒng)，可利用圖13-4N－n計(jì)算圖查得（n

）。M對(duì)N影響較小，N與G及n有關(guān)?（2）高效過(guò)濾器，送風(fēng)口密度較小，主流區(qū)、渦流區(qū)區(qū)別明顯，當(dāng)工作區(qū)固定在主流區(qū)時(shí)（3）當(dāng)操作位置在渦流區(qū)，或?yàn)閲?yán)格起見(jiàn)取室內(nèi)的最不利濃度值?13.3中效（高中效、亞高效）凈化系統(tǒng)計(jì)算

指要求較高的能提出濃度要求的中效系統(tǒng)，如中藥廠的口服制劑車間或一些輔助車間均有用中效凈化過(guò)濾的。與高效凈化過(guò)濾一樣也用不均勻分布計(jì)算公式，但區(qū)別是由于初、中效兩級(jí)或三級(jí)過(guò)濾的穿透率較大，濾掉的新風(fēng)中微粒比例不太大，因而Ns不但不能忽略，反而要大于室內(nèi)塵源散發(fā)后形成的濃度至少超過(guò)5倍。中效過(guò)濾系統(tǒng)的ψ值一般達(dá)到1.4，所以下式成立圖13-5用于中效空氣凈化系統(tǒng)的N－n計(jì)算圖，制表?xiàng)l件G≤105m3min，這時(shí)N與M的關(guān)系近似成直線。圖中含塵濃度已放大1.5倍，相當(dāng)于動(dòng)態(tài)，只要人員密度q<0.5人/m2，對(duì)所查的結(jié)果不需要乘以動(dòng)態(tài)修正和不均勻修正系數(shù)，作為簡(jiǎn)化計(jì)算，圖13-15滿足要求。??13.4有局部?jī)艋O(shè)備場(chǎng)合的計(jì)算有局部?jī)艋O(shè)備的場(chǎng)合主要有以下幾種：①全室有一定的潔凈度，而室內(nèi)設(shè)一條潔凈度更高的流水線，前面曾推出室內(nèi)含塵濃度的穩(wěn)定式；②室內(nèi)有一定凈化要求，再增設(shè)一小型自凈設(shè)備，如靜電過(guò)濾器等，用在一些手術(shù)室及小的工業(yè)潔凈室；③電子計(jì)算機(jī)房和程控機(jī)房，有一個(gè)一般的空調(diào)系統(tǒng)再加機(jī)房專用機(jī)組，專用機(jī)組設(shè)有中效過(guò)濾器，機(jī)房專用機(jī)組承擔(dān)大部分負(fù)荷（濕熱負(fù)荷），特別為大風(fēng)量，單位風(fēng)量焓降低，下送風(fēng)（地板下送風(fēng)，直接冷卻機(jī)器）一年四季送冷風(fēng)，由于潔凈度要求高的部分密閉較好，如硬盤驅(qū)動(dòng)器等，所以，整個(gè)空調(diào)的潔凈度并不高，d≥0.5μm，18000粒/升。（?對(duì)于前兩種情況，我們?cè)瞥鲇芯植績(jī)艋O(shè)備時(shí)的室內(nèi)含塵濃度的穩(wěn)定式。

作為前兩種情況，當(dāng)室內(nèi)潔凈度較高，而局部?jī)艋b置的效率很高時(shí)，，公式變?yōu)?/p>

?

對(duì)于第三種情況即在計(jì)算機(jī)房或程控機(jī)房設(shè)專用機(jī)組的情況又分成兩種情況：（1）既有集中式空調(diào)系統(tǒng)又有專用空調(diào)機(jī)的機(jī)房負(fù)荷方面集中式空調(diào)系統(tǒng)承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷和室內(nèi)負(fù)荷，專用機(jī)組承擔(dān)設(shè)備負(fù)荷，這里僅關(guān)心空氣凈化方面，由于過(guò)濾效率都不太高，用下式，不能簡(jiǎn)化公式中s≤1，s′可能大于1。因?qū)Ｓ脵C(jī)組處理風(fēng)量大，能達(dá)到集中送風(fēng)量的2.5倍到5倍。（2）只靠專用空調(diào)機(jī)加新風(fēng)處理的機(jī)房室內(nèi)負(fù)荷及設(shè)備（計(jì)算機(jī)）負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷全部由專用機(jī)組承擔(dān)，無(wú)回風(fēng)，仍能用上式，這時(shí)n為新風(fēng)量除以房間體積，約為2~2.5次/h，s=0，1－s=1，s′=專用機(jī)組風(fēng)量/新風(fēng)量，為幾十，公式變?yōu)?例題1已知亞高效凈化系統(tǒng)潔凈室，末級(jí)過(guò)濾器為YGG低阻亞高效過(guò)濾器效率η3=0.97,均勻布置，新風(fēng)粗效過(guò)濾器效率η1=0.2，中間一道中效過(guò)濾器效率η2=0.4，回風(fēng)口粗效過(guò)濾器效率ηri=0.2；新風(fēng)比為0.25；人員密度為0.3人/m2，求30次/h的動(dòng)態(tài)潔凈度級(jí)別。例題2某高效空氣凈化系統(tǒng)亂流潔凈室，面積14m2，高2.5m，一個(gè)頂送風(fēng)口，2人工作。要求室內(nèi)的含塵濃度不大于84粒/L，求需要的換氣次數(shù)。?例題3

一個(gè)亞高效凈化空調(diào)潔凈室，室內(nèi)體積為945m3，末級(jí)過(guò)濾器為YGG低阻亞高效過(guò)濾器效率η3=0.99,均勻布置，新風(fēng)粗效過(guò)濾器效率η1=0.2，中間一道中效過(guò)濾器效率η2=0.4，回風(fēng)口粗效過(guò)濾器效率ηri=0.2；人員密度為0.3人/m2，保證凈化所需的換氣次數(shù)為25次/h；維持正壓所需新風(fēng)的換氣次數(shù)為5次/h

。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮毫=101325Pa，夏季室外計(jì)算參數(shù)：tO=33℃，tWb=26℃，室內(nèi)參數(shù)tR=22±1℃，φN=55%±5%.室內(nèi)冷負(fù)荷為30.5kW，其中顯熱負(fù)荷為27.5kW；濕負(fù)荷為0.0025kg/s；工藝設(shè)備排風(fēng)量2000m3，試確定系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的潔凈程度以及夏季空氣處理過(guò)程及所需冷量。

?例4處于工業(yè)城市內(nèi)的某中效空氣凈化潔凈室，面積20m2，4人工作，新風(fēng)比為20%，初過(guò)濾器和中間過(guò)濾器的過(guò)濾效