1、第10章通风及防排烟 10.1建筑通风概述建筑通风概述 10.2自然通风自然通风 10.3 机械通风机械通风 10.4 通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件 10.5 建筑防排烟系统建筑防排烟系统通风是改善室内空气环境的一种重要手段。把建筑物室内污浊的空气直接或净化后排至室外,再把新鲜的空气补充进来。保持室内的空气环境符合卫生标准的需要。这一过程就叫“通风”。由此可见,通风包括从室内排除污浊的空气和向室内补充新鲜的空气两个方面。其中,前者称为“排风”,后者称为“送风”或“进风”。为实现排风或送风而采用的一系列设备、装置的总体,称为“通风系统”。10.1建筑通风概述建筑通风概述10.
2、1.1建筑空间空气的卫生条件建筑空间空气的卫生条件1.建筑通风的意义建筑通风的意义一般的民用建筑和一些发热量小而且污染轻微的小型工业厂房,通常只要求保持室内空气新鲜清洁,并在一定程度上改善室内空气温湿度和流速。这种情况下往往通过门窗换气、穿堂风降温等手段就能满足要求,不需要对进排风进行处理。10.1建筑通风概述建筑通风概述许多工业生产厂房中,工艺过程可能散发大量热、湿、各种工业粉尘以及有害气体和蒸汽。这些污染物若不能排除,必然危害工作人员的身体健康,影响正常生产过程与产品质量,损坏设备和建筑结构。此外,大量工业粉尘和有害气体排入大气,势必导致环境污染,但又有许多工业粉尘和气体是值得回收的原材料
3、。因此,通风的任务就是用新鲜空气代替生产过程中的危害物质,并尽可能对污染物进行回收,化害为宝,防止环境污染。这种通风过程称为“工业通风”,一般必须使用机械手段才能进行。10.1建筑通风概述建筑通风概述2.建筑空间空气的卫生条件建筑空间空气的卫生条件(1)室内空气的温度温度是反映空气冷热程度的状态参数。人体与周围环境之间存在着热量传递,在建筑通风设计计算时应根据当地气候条件、建筑物类型、服务对象等条件选取适宜的室内计算温度。(2)相对湿度反映了湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。人体在气温较高时会蒸发更多的水分,这时相对湿度便十分重要。相对湿度的设计极限应该从人体生理需求和承受能力来确定。在某些生
4、产车间设计中,相对湿度还应兼顾生产工艺的特殊要求。10.1建筑通风概述建筑通风概述(3)气流流速气流流速是影响人体对流散热和水分蒸发的主要因素之一,气流流速过大会引起吹风感,产生不舒适感觉;而气流流速过小会产生闷气、呼吸不畅的感觉。气流流速的大小还直接影响人体皮肤与外界环境对流换热效果,流速增大,对流换热速度加快;流速减慢,对流换热速度减小。此外,空气洁净度等对人体生理也有一定的影响。应该说明,建筑空间中众多空气的各种物理参数之间是相互关联的,我国颁发的GBZ 12010工业企业设计卫生标准对室内空气温度、流速和相对湿度作了规定。10.1建筑通风概述建筑通风概述3.污染物的主要来源污染物的主要
5、来源在以人为主的室内环境中,污染物主要包括以下三个方面:1)人体新陈代谢中产生的CO2、皮肤表面的代谢产物。2)建筑材料中挥发出的有害物,如苯类、醛类等有机物质。3)周围土壤中存在的氡等放射性物质以及室外大气中存在的灰尘、SO2等。10.1建筑通风概述建筑通风概述10.1.2通风系统的分类通风系统的分类为排风和送风设置的管道及设备等装置分别称为排风系统和送风系统,统称为通风系统。根据空气流动的动力不同,通风系统可分为自然通风和机械通风两种;根据系统作用范围分为全面通风和局部通风两种。1.自然通风自然通风自然通风是依靠室内外空气的温度差(实际是密度差)造成的热压,或者是室外风造成的风压,使房间内
6、外的空气进行交换,从而改善室内的空气环境。10.1建筑通风概述建筑通风概述风压作用下的自然通风是利用室外空气流动(风力)的一种作用压力造成的室内外空气交换。在它的作用下,室外气流遇到建筑物时,动压转变为静压,在不同朝向的围护结构外表面上形成风压差。在迎风面上产生正压而背风面上产生负压。室外空气通过建筑物迎风面上的门、窗、孔口进入室内,室内空气则通过背风面上的门、窗、孔口排出,如图10-1所示。热压作用下的自然通风是利用室内外空气温度的不同而形成的重力压差造成的室内外空气交换。当室内空气的温度高于室外时,室外空气的密度较大,便从房屋下部的门、窗、孔口进入室内,室内空气则从上部的窗口排出,如图10
7、-2所示。10.1建筑通风概述建筑通风概述风压作用下的自然通风是利用室外空气流动(风力)的一种作用压力造成的室内外空气交换。在它的作用下,室外气流遇到建筑物时,动压转变为静压,在不同朝向的围护结构外表面上形成风压差。在迎风面上产生正压而背风面上产生负压。室外空气通过建筑物迎风面上的门、窗、孔口进入室内,室内空气则通过背风面上的门、窗、孔口排出,如图10-1所示。图10-1风压作用的自然通风10.1建筑通风概述建筑通风概述热压作用下的自然通风是利用室内外空气温度的不同而形成的重力压差造成的室内外空气交换。当室内空气的温度高于室外时,室外空气的密度较大,便从房屋下部的门、窗、孔口进入室内,室内空气
8、则从上部的窗口排出,如图10-2所示。图10-2热压作用的自然通风10.1建筑通风概述建筑通风概述管道式自然通风是依靠热压通过管道输送空气的另一种有组织的自然通风方式。集中采暖地区的民用和公共建筑常用这种方式作为寒冷季节里的自然排风措施,或做成热风采暖系统,如图10-3所示。同时,利用风压和热压,以及无风时只利用热压进行全面换气,是对高温车间防暑降温的一种最经济有效的通风措施,如图10-4所示。自然通风不需要另外设置动力设备,不消耗电能,对于有大量余热的车间,是一种经济、有效、节能的通风方法,使用管理也比较简单。而且往往可以获得巨大的换气量,因此应优先采用这一种通风方式。10.1建筑通风概述建
9、筑通风概述自然通风的缺点是,无法处理进入室内的室外空气,也难于对从室内向室外排出的污浊空气进行净化处理;其次,自然通风受室外气象条件影响,通风效果不稳定。图10-4利用风压和热压的自然通风图10-3管道式自然通风系统1排风管道2送风管道3进风加热设备4排风加热设备10.1建筑通风概述建筑通风概述2.机械通风机械通风通过风机作用使空气流动,造成房间通风换气的方法称为机械通风。由于风机的风量和风压可根据需要确定,这种通风方法能保证所需要的通风量,控制房间内的气流方向和速度,并可对进风和排风进行必要的处理,使房间空气达到所要求的参数,且通风效果不会受到影响。因此,机械通风方法得到了广泛应用。机械通风
10、可划分为局部通风和全面通风两种。局部通风系统的作用范围仅限于个别地点或局部区域,包括局部排风系统和局部送风系统两种。10.1建筑通风概述建筑通风概述局部排风系统是指在局部工作地点将污浊空气就地排除,以防止其扩散的排风系统。它由局部排风罩、排风管道、空气净化装置、排风机、排风柜等部分组成,如图10-5所示。图10-5局部机械排风系统1工艺设备2局部排风罩3排风柜4风道5排风机6排风帽7排风处理装置10.1建筑通风概述建筑通风概述局部送风系统是指向局部地点送入新鲜空气或经过处理的空气,以改善该局部区域的空气环境的系统。它又分为系统式和分散式两种。系统式局部送风系统可以对进出的空气进行加热或冷却处理
11、,如图10-6所示;分散式局部送风一般采用循环的轴流风扇。图10-6局部机械送风系统10.1建筑通风概述建筑通风概述全面通风系统是对整个房间进行通风换气,用新鲜空气把整个房间的有害物浓度冲淡到最高允许浓度以下,或改变房间内的温度、湿度。全面通风所需的风量大大超过局部通风,相应的设备也较庞大。全面通风分为全面送风、全面排风和进风与排风都有的联合通风三大类。10.1建筑通风概述建筑通风概述全面机械进风系统由进风百叶窗、过滤器、空气加热器(冷却器)、通风机、送风管道和送风口等组成,如图10-7所示。通常把进风过滤器、加热设备或冷却设备与通风机集中设于一个专用的房间内称为“通风室”。这种系统适用于有害
12、物发生源比较分散,并且需要保护的面积比较大的建筑物。全面机械排风系统由排风口、排风管道、空气净化设备等组成,适合比较分散的场合,如图10-8所示。联合通风是指机械通风和自然通风相结合的通风方式。10.1建筑通风概述建筑通风概述图10-7全面机械送风系统1百叶窗2保温阀3过滤器4空气加热器5旁通阀6起动阀7通风机8风道9送风口10调节阀图10-8全面机械排风系统10.1建筑通风概述建筑通风概述10.1.3通风方式的选择通风方式的选择散发热、蒸汽或有害物质的建筑物宜采用局部排风。当局部排风达不到卫生要求时,应辅以全面排风或采用全面排风。设计局部排风或全面排风时,宜采用自然通风。当自然通风达不到卫生
13、或生产要求时,应采用机械通风或自然与机械的联合通风。民用建筑的厨房、厕所、盥洗室和浴室等宜设置自然通风或机械通风进行局部排风或全面换气。普通民用建筑的居住、办公用房等宜采用自然通风;当其位于严寒地区或寒冷地区时,尚应设置可开启的外窗进行定期换气。10.1建筑通风概述建筑通风概述设置机械通风的民用建筑和生产厂房以及辅助建筑中要求清洁的房间,当其周围空气环境较差时,室内应保持正压;当室内的有害气体和粉尘有可能污染相邻房间时,室内应保持负压。设置集中采暖且有排风的建筑物应考虑自然补风(包括利用相邻房间的清洁空气)的可能性。当自然补风达不到室内卫生条件、生产要求或技术经济不合理时,宜设置机械送风系统。
14、可能突然散发大量有害气体或有爆炸危险气体的生产厂房应设置事故排风装置。10.2自然通风自然通风自然通风不需要另外设置动力设备,是一种经济节能的通风方式,应优先采用,只有在自然通风不能达到卫生和条件要求时才采用机械通风。例如,在某些平炉车间和轧钢车间,自然通风量可高达4.61103m3/s。余热量较大的热车间常用自然通风进行全面换气,降低室内空气温度。由于自然通风的效果取决于建筑结构和室外环境,因此有效的自然通风系统需要经过精心的研究和设计,才能使自然通风基本上按照预想的模式运行。10.2自然通风自然通风10.2.1自然通风的作用原理自然通风的作用原理对于一幢建筑或者一间房间,如果它有两个开口(
15、门或窗等),而且空气在每个开口的两侧压力不相同,那么在压差p的作用下,压力较高一侧的空气势必通过窗孔流到压力较低的一侧,而且可以认为压力差p全部消耗在克服空气流过窗孔的阻力上。即因此,通过窗孔的空气流量为10.2自然通风自然通风式中p窗孔两侧的压力差,单位为Pa;v空气通过窗孔时的流速,单位为m/s;空气的密度,单位为kg/m3;窗孔的局部阻力系数,与窗的类型、构造有关;A窗孔的面积,单位为m2。10.2自然通风自然通风可见,窗孔两侧的压差p、窗孔的面积A和窗孔的构造是通过窗孔空气量大小的决定因素,如果窗孔的类型和大小一定,通过的风量就随p的增加而增加。下面就对p产生的原因和提高途径进行分析。
16、1.室内外温差作用下的自然通风室内外温差作用下的自然通风如图10-9所示,在建筑外围护结构的不同高度处有两个开口a与b,它们的高差为h。假设室内温度为tn,密度为n,室外温度为tw,密度为w,且有tntw即n0时,空气由开口a(b)流出,反之则流入。现假设pa=0pb=(pan-ngh)-(paw-wgh)=pa+gh(w-n)=gh(w-n)0 (10-5)式中g重力加速度。图10-9热压作用下的自然通风10.2自然通风自然通风由式(10-5)可知,当pa=0时,pb=gh(w-n)0,说明当室内外空气存在温差时,只要开启窗孔b,空气便会从内向外排出。随着空气向外流动,室内静压逐渐降低,使得
17、panpaw,即papb),窗孔中心平面上的余压为px。因为没有热压的作用,室内各点的余压均保持相等。如果只开启窗孔a,关闭窗孔b,不管窗孔a内外的压差如何,由于空气的流动,室内的余压px逐渐升高,当室内的余压等于窗孔a的风压时(pa=px),空气停止流动。如果同时打开窗孔a和b,由于papb,pa=px,所以pxpb,空气将从窗孔b流出。随着空气的向外流动,室内的余压px下降,这时papx,室外空气由窗孔a流入室内。一直到窗孔a的进风量等于窗孔b的排风量时,px才保持稳定。10.2自然通风自然通风3.热压与风压共同作用下的自然通风热压与风压共同作用下的自然通风当某一建筑物的自然通风是依靠风压
18、和热压共同作用来完成时,外围结构上各窗孔的内外空气压力值应该是各窗孔的余压与室外风压之差。设有一建筑,室内温度高于室外温度。当只有热压作用时,室内外的压力分布如图10-13a所示;图10-13热压与风压作用下的自然通风a)只有热压作用b)只有风压作用c)热压与风压联合作用10.2自然通风自然通风当只有风压作用时,迎风面与背风面的室外压力分布如图10-13b所示,其中虚线为未考虑温度影响的室内压力线;当热压与风压联合作用时,室内外的压力分布如图10-13c所示。图10-13热压与风压作用下的自然通风a)只有热压作用b)只有风压作用c)热压与风压联合作用10.2自然通风自然通风由此可以看到,当tn
19、tw时,在下层迎风面进风量增加了,下层的背风面进风量减少了,甚至可能出现排风;上层的迎风面排风量减少了,甚至可能出现进风,上层的背风面排风量加大了。由于室外的风速及风向均是不稳定因素,且无法人为地加以控制,因此,在进行自然通风的设计计算时,按照GB 507362012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范规定,对于热压的作用必须定量计算;对于风压的作用仅定性地考虑其对通风的影响,不予计算。虽然如此,仍应了解风压的作用原理,考虑它对通风空调系统运行和热压作用下的自然通风的影响。10.2自然通风自然通风10.2.2建筑设计与自然通风建筑设计与自然通风如前所述,虽然自然通风在大部分情况下是一种经济有效的
20、通风方式,但是它同时又是一种难以进行有效控制的通风方式。由于它受到气象条件、建筑平面规划、建筑结构形式、室内工艺设备布置、窗户形式与开窗面积、其他机械通风设备等许多因素的影响,因此在确定通风房间的设计方案时,规划、建筑、工艺及通风各专业应密切配合、相互协调、综合考虑、统筹布置。10.2自然通风自然通风1.建筑总平面规划建筑总平面规划为了保证建筑的自然通风效果,建筑主要进风面一般应与夏季主导风向成6090,不宜小于45,同时,应避免大面积外墙和玻璃窗受到西晒。应将建筑纵轴尽量布置成东西向,尤其在炎热地区。为了保证厂房有足够的进风窗孔,不宜将过多的附属建筑布置在厂房四周,特别是厂房的迎风面。当采用
21、自然通风的低矮建筑物与较高建筑物相邻接时,为了避免风压作用及高大建筑物周围形成的正、负压对低矮建筑正常通风的影响,各建筑物之间应保持适当的比例关系。10.2自然通风自然通风2.建筑形式的选择建筑形式的选择建筑物高度对自然通风有很大的影响,随着建筑物高度增加,室外风速随之增加。而门窗两侧的风压差与风速平方成正比。另一方面,热压与建筑物高度也成正比。因此,自然通风的风压作用和热压作用都随着建筑物高度的增加而增强。这对高层建筑的室内通风是有利的。但是,高层建筑能把城市上空的高速风引向地面,产生“楼房风”的危害,这对周边地区自然通风的稳定性和控制是不利的。10.2自然通风自然通风如果迎风面和背风面的外
22、墙开孔面积占外墙总面积1/4以上,且建筑内部阻挡较少时,室外气流就能横贯整个车间,形成所谓的“穿堂风”,如图10-14所示。穿堂风的风速较大,有利于人体散热。一般民用建筑广泛采用穿堂风。图10-14穿堂风10.2自然通风自然通风对于多跨车间,应将冷、热源间隔布置,避免热跨相邻,如图10-15所示,使冷跨位于热跨中间,冷跨天窗进风而热跨天窗排风。图10-15多跨车间的自然通风10.2自然通风自然通风3.工艺布置工艺布置1)以热压为主进行自然通风的厂房应将散热设备布置在天窗的下部。2)在多层建筑中,应将散热设备尽量放在最高层。3)散热量大的热源应尽量布置在厂房外面,且布置在夏季主导风向的下风向。布
23、置在室内的热源应采取有效的隔热降温措施。10.2自然通风自然通风4.进风窗、避风天窗与风帽进风窗、避风天窗与风帽(1)进风窗的布置与选择1)对于单跨厂房进风窗应设在外墙上,在集中供暖地区最好设上、下两排。2)自然通风进风窗的标高应根据其使用的季节来确定:夏季通常使用房间下部的进风窗,其下缘距室内地坪的高度一般为0.31.2m,这样可使室外新鲜空气直接进入工作区;冬季通常使用车间上部的进风窗,其下缘距地面不宜小于4m,以防止冷风直接吹向工作区。10.2自然通风自然通风3)夏季车间余热量大,因此下部进风窗面积应开得大一些,宜用门、洞、平开窗等;冬季使用的上部进风窗面积应小一些,宜采用下悬窗扇,向室
24、内开启。(2)避风天窗天窗分普通天窗和避风天窗,其主要差别是前者无挡风板。在风的作用下,普通天窗产生倒灌,故不适用于散发大量余热、粉尘和有害气体的车间使用,仅适用于以采光为主的较清洁的厂房。避风天窗的空气动力性能良好,天窗排风口不受风向的影响,一般均处于负压状态,故能稳定排风、防止倒灌。10.2自然通风自然通风用于冶金、化工、加工等工业厂房的天窗通常冬夏没有调节要求,故应选用无窗扇的避风天窗;对于需要防风沙或有调节风量要求的厂房,宜选用带有调节窗扇的避风天窗;对位于我国多雨地区的厂房,其天窗结构应有防雨措施。除上述外,还应考虑工艺特点、结构复杂程度、空气动力性能和造价等。由于风的作用,普通排风
25、天窗迎风面窗孔会发生倒灌,可以在天窗上增设挡风板,保证排风天窗在任何风向下都处于负压区以利于排风,这种天窗称为避风天窗。常用的避风天窗有以下几种:10.2自然通风自然通风1)矩形避风天窗,如图10-16所示,挡风板常用钢板、木板或木棉板等材料制成,两端应封闭。图10-16矩形避风天窗挡风板上缘一般应与天窗屋檐高度相同,与天窗窗扇之间的距离为天窗高度的1.21.3倍。这种天窗采光面积大,当热源集中布置在车间中部时,便于热气流迅速排出。其缺点是建筑结 构 复 杂,造 价 高。挡 风 板 下 缘 与 屋 顶 之 间 的 距 离 为50100mm,用于排除屋面水。10.2自然通风自然通风这种天窗采光面
26、积大,当热源集中布置在车间中部时,便于热气迅速排出。其缺点是建筑结构复杂,造价高。2)下沉式避风天窗,如图10-17所示,这种天窗是利用屋架上下弦之间的空间,让屋面部分下沉而形成的。根据处理方法不同,又分为纵向下沉式(见图10-17a)、横向下沉式(见图10-17b)和天井式(见图10-17c)。下沉式天窗比矩形天窗可降低厂房高度25m,节省挡风板和天窗架,但天窗高度受屋架的限制,排水也较困难。10.2自然通风自然通风图10-17下沉式避风天窗a)纵向下沉式天窗b)横向下沉式天窗c)天井式天窗3)风帽是排风系统的末端设备,它利用风力造成的负压来加强自然通风的排风能力。避风风帽是在普通风帽的外围
27、增设一圈挡风板而制成的。目前常用的风帽主要有伞形风帽、圆形风帽和锥形风帽。10.2自然通风自然通风风帽是依靠风压和热压的作用,把室内污染空气排到室外的一种自然通风装置。多使用在局部自然通风和无天窗的全面自然换气场合。风帽通常装在局部自然排气罩的风道末端和要求加强全面通风的建筑物屋顶上。风帽一般都采用避风结构,即在普通风帽的外围增设一圈挡风圈(见图10-18)。挡风圈的作用与避风天窗的挡风板相似,室外气流吹过风帽时,可以保证排出口基本上处于负压区内。在自然排风系统的出口装设避风风帽能够增大系统的抽力,一些阻力较小的自然排风系统则完全依靠风帽的负压克服系统的阻力。10.2自然通风自然通风图10-1
28、9所示为两种常用的风帽形式。图10-18圆形避风风帽图10-19常用的避风风帽a)伞形风帽b)锥形风帽10.3机械通风机械通风10.3.1局部通风局部通风局部通风系统的作用范围仅限于个别地点或局部区域,包括局部排风系统和局部送风系统两种。局部排风系统的组成如下。1.局部排风罩局部排风罩局部排风罩是局部排风系统的重要组成部分,它通过控制污染气流的运动来控制工业有害物在空气中的扩散和传播。设计完善的排风罩能在不影响生产工艺和设备操作的前提下,以较小的风量获得良好的通风效果,保证工作区的空气环境达到卫生标准。10.3机械通风机械通风局部排风罩有不同的分类方法。例如:按照操作温度分为热过程排风罩和冷过
29、程排风罩;按照排风罩的工作原理,则可分为密闭罩、外部吸气罩、接受式排风罩、槽边排风罩、吹吸式排风罩和通风柜等。不论哪种形式的排风罩,都是通过控制局部气流来控制工业有害物的。(1)密闭罩密闭罩把有害物源全部密闭在罩内,隔断生产过程中造成的有害气流和室内气流的联系,防止粉尘等有害物随室内气流传播到车间其他部位。10.3机械通风机械通风密闭罩工作时,必须保证罩内各点均为负压,以防止污染气流经工作孔或不严密的缝隙渗出并扩散到车间。它只需较小的排风量就能在罩内造成一定的负压,能有效控制有害物的扩散,并且排风罩气流不受周围气流的影响。缺点是工人不能直接进入罩内检修设备,有的看不到罩内的工作情况。(2)外部
30、吸气罩由于工艺条件限制而不可能设置密闭罩时,采用外部吸气罩。10.3机械通风机械通风外部吸气罩是通过罩口的抽吸作用,在距吸气口最远的有害物散发点(即控制点)上造成一定的气流速,以有效地把有害物吸入罩内。其特点是结构简单,制造方便;但所需排风量较大,且易受室内横向气流的干扰,捕集效率较低。常见形式有顶吸罩、侧吸罩、底吸罩和槽边吸气罩(见图10-20)。图10-20外部吸气罩a)顶吸罩b)侧吸罩c)底吸罩d)槽边吸气罩10.3机械通风机械通风(3)接受式排风罩接受式排风罩用来接受由生产过程(如热过程、机械运动过程)中产生或诱导出来的污染气流。其特点是罩口外的气流运动不是由于罩子的抽吸作用,而是由于
31、生产本身过程产生的,如图10-21所示。图10-21接受式排风罩a)热源上部伞形接受罩b)砂轮机接受罩10.3机械通风机械通风(4)吹吸式排风罩当外部吸气罩与污染源的距离较大时,可以在外部吸气罩的对面设置一吸气口,从而形成一层空气幕阻止污染物的散逸,同时也诱导污染气体一起向排风罩流动(见图10-22)。图10-22吹吸式排风罩其特点是采用气幕抑制污染物扩散,气量小,抗干扰能力强,不影响工艺操作,效果好。适用于槽、台宽度大于2m的工作台。10.3机械通风机械通风(5)通风柜通风柜是一种特殊的密闭罩,散发有害物的工艺装置(如化学反应装置、热处理设备、小零件喷漆设备等)置于柜内,操作过程完全在柜内进
32、行,上面一般设有可以启闭的操作孔和观察孔。由于内部机械设备扰动,化学反应,发热设备的热气流以及室内横向气流的干扰,有害物可能逸出通风柜,通风柜必须抽风,使柜内形成负压。10.3机械通风机械通风2.排风管道排风管道输送含尘或有害气体,并把通风系统中的各种设备或部件连成了一个整体。为了提高系统的经济性,应合理选定风管中流速,管路应力求短、直。风管通常用表面光滑的材料制作,如:薄钢板、聚氯乙烯板,有时也用混凝土、砖等材料。10.3机械通风机械通风3.空气净化装置空气净化装置为了防止大气污染,当排出空气中有害物量超过标准时,必须用除尘或净化设备处理,达到排放标准后,排入大气。净化工业生产过程中排出的含
33、尘气体称为工业除尘,净化进风空气称为空气过滤。这两类净化的基本原理是相同的,但采用的设备则各有不同。(1)目前常用除尘器的滤尘机理主要有以下几方面:1)重力作用:气流中的尘粒可以依靠重力自然沉降,从气流中进行分离。由于尘粒的沉降速度一般较小,这个机理只适用于粗大的尘粒。10.3机械通风机械通风2)离心力:含尘气流做圆周运动时,由于惯性离心力的作用,尘粒和气流会产生相对运动,使尘粒从气流中分离。它是旋风除尘器工作的主要机理。3)惯性碰撞:含尘气流在运动过程中遇到物体的阻挡(如挡板、纤维、水滴等)时,气流要改变方向进行绕流,细小的尘粒会随气流一起流动。粗大的尘粒具有较大的惯性,它会脱离流线,保持自
34、身的惯性运动,向前直行,这样尘粒就和物体发生了碰撞。这种现象称为惯性碰撞,惯性碰撞是过滤式除尘器、湿式除尘器和惯性除尘器的主要除尘机理。10.3机械通风机械通风4)接触阻留:细小的尘粒随气流一起绕流时,如果流线紧靠物体(纤维或液滴)表面,有些尘粒因与物体发生接触而被阻留,这种现象称为接触阻留。另外当尘粒尺寸大于纤维网眼而被阻留时,这种现象称为筛滤作用。粗孔或中孔的泡沫塑料过滤器主要依靠筛滤作用进行除尘。5)扩散:小于1m的微小粒子在气体分子撞击下,像气体分子一样做布朗运动。如果尘粒在运动过程中和物体表面接触,就会从气流中分离,这个机理称为扩散。对于dc0.3m的尘粒,这是一个很重要的机理。10
35、.3机械通风机械通风6)静电力:悬浮在气流中的尘粒如带有一定的电荷,可以通过静电力使它从气流中分离。由于自然状态下,尘粒的荷电量很小,因此,要得到较好的除尘效果,必须设置专门的高压电场,使所有的尘粒都充分荷电。7)凝聚:凝聚作用不是一种直接的除尘机理。通过超声波、蒸汽凝结、加湿等凝聚作用,可以使微小粒子凝聚增大,然后再用一般的除尘方法去除。10.3机械通风机械通风(2)除尘器分类根据主要除尘机理的不同,目前常用的除尘器可分为以下几类:重力除尘,如重力沉降室;惯性除尘,如惯性除尘器;离心力除尘,如旋风除尘器;过滤除尘,如袋式除尘器、颗粒层除尘器、纤维过滤器;洗涤除尘,如自激式除尘器、卧式旋风水膜
36、除尘器;静电除尘,如电除尘器。10.3机械通风机械通风4.风机风机向机械排风系统提供空气流动的动力。为了防止风机的磨损和腐蚀,一般把它放在净化设备后面。5.排气筒或烟囱排气筒或烟囱使有害物排入高空稀释扩散,避免在不利地形、气象条件下有害物对厂区或车间造成二次污染,并保护居住区环境卫生。10.3机械通风机械通风10.3.2全面通风全面通风1.全面通风量的确定全面通风量的确定全面通风系统除了承担降低室内有害物浓度外,还具有消除房间内多余热量和湿量的作用。1)消除余热、余湿的全面通风量。消除室内余热所需的全面通风量Gr的计算式为Gr=Q/c(tp-ts)(10-7)10.3机械通风机械通风Gr=Q/
37、c(tp-ts)(10-7)式中 Gr全面通风量,单位为kg/s;Q室内余热,单位为kW;c空气的质量比热容,取为1.01kJ/(kg);tp排风温度,单位为;ts送风温度,单位为。10.3机械通风机械通风消除室内余湿所需的全面通风量Gs的计算式为Gs=W/(dp-ds)(10-8)式中Gs全面通风量,单位为kg/s;W室内余湿量,单位为g/s;dp排风含湿量,单位为g/kg(干空气);ds送风含湿量,单位为g/kg(干空气)。10.3机械通风机械通风2)减少室内有害物浓度并使其达到要求值所需的全面通风量L的计算式为L=Kx/(y0-ys)(10-9)式中L全面通风量,单位为m3/s;x室内有
38、害物散发量,单位为g/s;y0室内卫生标准中规定的最高允许浓度,单位为g/m3;ys送风中有害物浓度,单位为g/m3;K安全系数,一般为310。10.3机械通风机械通风当散布在室内的有害物无法具体计量时,可根据类似房间的实测资料和经验数据,按房间的换气次数确定。计算式为L=nV(10-10)式中n房间换气次数,单位为次/h;V房间体积,单位为m3。10.3机械通风机械通风全面通风量的确定如果仅仅是消除余热、余湿或有害气体时,则其各个通风量值就是建筑全面通风量数值。但当室内有多种有机溶剂的蒸发或是刺激性有味气体同时存在时,全面通风量应按各类气体分别稀释至允许值时所需要的换气量之和计算。除了上述有
39、害物外,对于其他有害气体同时存在时,其全面通风量只需按换气量最大者计算即可。对于室内要求同时消除余热、余湿及有害气体的车间,全面通风量应按其中最大的换气量计算,即Lf=maxLr,Ls,L,其中,Lf表示车间的全面通风量。10.3机械通风机械通风2.全面通风气流组织全面通风气流组织全面通风效果不仅取决于通风量,还与通风气流的组织有关。在不少情况下,尽管通风量相当大,但因气流组织不合理,仍然不能全面而有效地把有害物稀释,在局部地点的有害物因此聚集,浓度增加。因此,合理设计气流组织是通风设计的重要环节,应当重视。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件机械排风系统一般由有害污染物收
40、集设施、净化设备、排风管、风机、排风口及风帽等组成,而机械送风系统一般由进风室、风管、空气处理设备、风机和送风口等组成。此外,在机械通风系统中还应设置必要的调节通风量和启闭系统运行的各种控制部件,即阀门。通风系统主要设备及构件如下。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件10.4.1通风机通风机在通风工程中,常用的通风机按结构和工作原理可分为离心式、轴流式、贯流式和混流式四种类型,大量使用的是离心式和轴流式通风机。根据用途的不同,又可分为一般通风机、高温通风机、防爆通风机、防腐通风机、防火排烟风机等。1.按通风机作用原理分类按通风机作用原理分类(1)离心式通风机根据压力的不同,
41、分为高、中、低压三类:高压,出口压力p3000Pa;中压,3000Pa出口压力p1000Pa;低压,出口压力p1000Pa。本专业多用低压风机。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件离心式通风机构造及组成如图10-23所示,它主要由四个机件组成。图10-23离心式通风机图1集流器2叶轮3机壳4传动部件1)集流器,也称喇叭吸风口,是风机的气流入口。它的作用是减少气体入口的压头损失,将气体均匀地引进叶轮,集流器有圆筒形、圆锥形、圆弧形和喷嘴形四种结构形式。吸风口有单吸和双吸两种。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件2)叶轮,是由许多叶片组成的轮子,根据不同的要
42、求决定叶片的形状和数量,叶片可以焊接或用铆钉铆固在底盘上,底盘和轴套相连,轴套再用键和通风机主轴相连。3)机壳,是包围在叶轮外面的外壳,一般为螺线形。它的作用是收集从叶轮甩出的气流,并将高速气流的速度降低,使静压力增加并克服外界的阻力,将气流送出去。4)传动部件,包括机轴、轴承、联轴器、带轮等,它们的作用是将通风机和电动机相连接起来。离心式风机的一个显著特点是风量、风压的范围都较广,因此对各类通风系统所要求的参数都有较大的适用性。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件(2)轴流式通风机轴流式通风机的叶片有板型、机翼型多种,叶片根部到梢常是扭曲的,有些叶片的安装角是可以调整的,
43、调整安装角度能改变通风机的性能。轴流式通风机的叶片安装于旋转轴的轮翼上,叶片旋转时,将气流吸入并向前方送出,如图10-24所示。根据其压力的不同区分为高、低压两类:高压,出口压力p500Pa;低压,出口压力p500Pa。轴流式通风机安装简单,直接与风管相连,占用空间较小,因此其用途极为广泛。在侧墙上安装的排风扇也属于轴流式通风机的一种类型。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件轴流式通风机与离心式通风机在性能上最主要的差别是前者产生的全压较小,后者产生的全压较大。因此,轴流式通风机只能用于无须设置管道的场合以及管道阻力损失较小的系统,而离心式通风机则往往用在阻力和损失较大的系
44、统中。图10-24轴流式通风机的构造1圆筒形机壳2叶轮3进口4电动机10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件轴流式通风机与离心式通风机在性能上最主要的差别是前者产生的全压较小,后者产生的全压较大。因此,轴流式通风机只能用于无须设置管道的场合以及管道阻力损失较小的系统,而离心式通风机则往往用在阻力和损失较大的系统中。(3)贯流式及混流式通风机这两种通风机在外形上与轴流式通风机类似,都属于管道式通风机的范围,但它们工作原理却与轴流式通风机不同。它们通过对于叶片形状的改变,使其气流在进入通风机后,既有部分轴流作用,又产生部分离心作用。在安装方面,其特点是与轴流式通风机相似,具有接管方
45、便、占用空间面积较小等优点。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件2.按通风机的用途分类按通风机的用途分类(1)一般用途通风机这种通风机只适宜输送温度低于80,含尘浓度小于150mg/m3的清洁空气。(2)排尘通风机它适用于输送含尘气体。为了防止磨损,可在叶片表面喷镀Al2O3、硬质合金钢等,或焊上一层耐磨焊层,如碳化钨等。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件(3)高温通风机通风机输送的介质为空气,最高温度不超过80,引风机输送的介质为烟气,最高温度不得超过250。一般锅炉引风机的材料与一般用途通风机相同,但若输送气体温度在300以上时,则应用耐热材料制作
46、,滚动轴承采用空心轴水冷结构。(4)防爆通风机该类型通风机选用与砂粒、铁屑等物料碰撞时不发生火花的材料制作。对于防爆等级低的通风机,叶轮用铝板制作,机壳用钢板制作;对于防爆等级高的通风机,叶轮、机壳则均用铝板制作,并在机壳和轴之间增设密封装置。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件(5)防腐通风机防腐通风机输送的气体介质较为复杂,所用材质因气体介质而异。有些工厂在通风机叶轮、机壳或其他与腐蚀性气体接触的零部件表面喷镀一层塑料,或涂一层橡胶,或刷多遍防腐漆,以达到防腐目的,效果很好,应用广泛。另外,用酚醛树脂、聚氯乙烯和聚乙烯等有机材料制作的通风机(即塑料通风机、玻璃钢通风机)
47、,质量轻,强度大,防腐性能好,已有广泛应用。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件(6)消防排烟通风机这是一类供建筑物消防排烟的专用通风机,具有耐高温的显著特点。如HTF消防排烟通风机能在400高温条件下连续运行100min以上,广泛用于高级民用建筑、烘箱、地下车库、隧道等场合。(7)屋顶通风机这类通风机均因直接安装于建筑物的屋顶上而得名。其材料可用钢制或玻璃钢制,有离心式和轴流式两种。这类通风机常用于各类建筑物的室内换气,具有施工安装方便、外形美观、质量轻等特点。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件3.通风机的选择通风机的选择通风机的选择按下列步骤进行:
48、1)根据输送气体的成分和性质以及阻力损失大小,首先选择不同用途和类型的通风机。例如:如用于输送含有强酸或强碱类气体的空气时,可选用塑料通风机;对于通风量大而所需压力小的通风系统以及用于车间内防暑散热的通风系统,多选用轴流式通风机;对于一般工厂、仓库和公共民用建筑的通风换气,可选用离心式通风机。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件2)根据通风系统的通风量和风道系统的阻力损失,按照通风机产品样本来确定通风机型号。一般情况下,应对通风系统计算所得的风量和风压附加安全系数,风量的安全系数取为1.051.10,风压的安全系数为1.101.15。通风机选型还应注意使所选用通风机正常运行
49、工况处于高效率范围。另外,样本中所提供的性能选择表或性能曲线是指标准状态下的空气,所以,当实际通风系统中空气条件与标准状态不同时应进行修正计算。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件10.4.2风道风道风道有时也称为风管,其作用是输送空气。风道的布置方式、断面形状和制造材料都与建筑结构、工艺及其设备的位置有关。1.常用的风道材料常用的风道材料常用的风道材料有金属和非金属两类。金属材料包括镀锌钢板、普通薄钢板、铝及铝合金板、不锈钢板;非金属材料有砖、混凝土、钢筋混凝土、矿渣水硬聚氯乙烯塑料板、玻璃钢板、陶瓷等。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件采用金属和硬
50、聚氯乙烯塑料板等制作时常称为风管,采用非金属砖和混凝土制作时常称为风道。它们的优点是易于工业化加工制作、安装,能承受较高温度。通风工程常用的钢板厚度是0.54mm。其中普通薄钢板和玻璃钢板应用较广,两种风管多采用法兰连接。2.风道的形状风道的形状风道的形状一般有圆形和矩形两种断面。在同样断面面积下,圆形风道周长最短,最为经济。10.4通风系统的主要设备和构件通风系统的主要设备和构件由于矩形风道四角存在局部涡流,在同样风量下,矩形风道的压力损失要比圆形风道大。因此,在一般情况下(特别是除尘风道)都采用圆形风道,只是有时为了便于和建筑配合才采用矩形断面。目前建筑行业还有一些异形风管,如螺旋形圆风管
