置换通风在工业厂房通风中的应用

2020-03-10邹俊祥卢轶钢王永伟

工程技术研究 2020年18期

邹俊祥，卢轶钢，袁敏，石婷，王永伟

（1.四川大学华西公共卫生学院/四川大学华西第四医院，四川成都 610041；2.四川宏鼎宸科技有限公司，四川成都 610037；3.四川省国环环境工程咨询有限公司，四川成都 610023）

随着社会经济的持续发展，人们对于工作环境的要求也在不断提升，除了追求更高的薪酬、更好的福利待遇，也在追求更优越的工作环境和更和谐的团队协作。其中，室内空气质量的高低不仅会影响室内工作人员的身心健康，也会影响其工作效率。而置换通风在改善室内空气质量方面有着十分明显的优势，能够将新鲜空气直接送入工作区域，使室内工作人员始终处于一个相对洁净的空气环境中。

1 工业厂房通风的意义及评估

厂房通风最重要的目的就是通过室内外的空气交换来提升室内空气质量，使室内工作人员始终处于相对稳定的温度、湿度和洁净度的环境之中。能否实现这一目的，主要取决于通风量和室内气流流态。换气效率还与通风效能系数（即室内空气污染物浓度与室内空气平均稳定浓度之间的比值）有关，通风效能系数越大代表通风系统排除污染物的速度越快，通常排风口离污染源越近，进风口离污染源越远，通风效能系数就越高，反之就越低[1]。

2 置换通风优势与适用范围

2.1 使用优势

与传统混合通风相比，置换通风具有节能、热舒适性高、噪声小、兼容性好、适应范围广、投资低等特征。这是因为传统通风方式以空气稀释原理为基础，针对整个建筑物进行换气，风速高温差大，室内气流温度、浓度相对均匀，通风效率和通风效能系数较低；而置换通风则是以浮力控制为动力，风速低温差小，对于污染物的消除集中于人员工作区域，充分利用自然通风冷却作用，从而取得较高的通风效率[2]。

2.2 适用范围

置换通风适用比较高大的室内空间、热负荷不高、室内热源与污染物共存且所处位置较低的工业厂房。

3 置换通风在工业厂房通风中的应用实例

3.1 焊接车间烟尘控制改造实例

某工业厂房的主厂房车间长度为168m，宽度为144m，厂房净高为9m，设有焊接工位130余个，工位除极少数无局部排风罩外，其余均设有局部排风罩。针对原排风系统风量分配不合理、存在烟气直接扩散、设备尾气污染、气流组织紊乱等问题，制定有效处理措施，如增加排风量、提升排风罩截面的风速、调整排风支管、增加排风系统和局部排风罩等措施。在距车间底部2m处设置低速送风口，新风因密度较大下沉至车间底部形成空气湖，焊接产生大量热量使空气受热形成裹带烟尘的上升气流，在上升过程中，绝大多数烟尘被局部排风罩吸取，少部分烟尘上升至一定高度时开始向四周扩散形成烟气滞留带，因此在烟气滞留带单独设置排风系统，主风管高度定位于7.2m，沿主车间长度方向设置，用于捕捉滞留烟气。

经过对现场排风罩排风量需求测算后得知，总排风需求为800000m3/h，现有排风量为300000m3/h，需增加500000m3/h排风量。根据实际情况采用6台50000m3/h的排风机，增加排风量300000m3/h，并对原有排烟罩增设风量调节阀。对于扩散至车间的部分烟气及其他污染源产生的烟气增设全室排风系统，采用4台50000m3/h的排风机，总计排风量为200000m3/h，全室排风设备与增加排风设备均安装于7.2m高度处。另外，为平衡车间排风总量，保持微正压状态，增设车间补风系统，采用5台60000m3/h风量补风机，送风风速≤0.2m/s，总计补风量为300000m3/h。最后，对焊接件进行油污清洗后焊接、输送车辆油改电和排风系统配备烟尘处理装置，最大限度满足环保及卫生要求。

该项目改造后，车间排风罩排烟尘能力明显提升，烟尘溢出量显著减少，烟雾层消失，烟气异味淡化，空气品质大幅提高，经现场测试发现，车间底部焊接烟气浓度为2.2～3.5mg/m3，满足国家标准，同时置换通风所输送新风在车间底部形成高品质空气湖，有效控制烟气扩散[3]。

3.2 飞机制造数控加工油雾净化应用

该项目主厂房长度为216m，宽度为84m（分为3个跨度，分别为30m、30m和24m），主体结构为钢筋混凝土柱+钢屋架结构，柱顶标高12m。该车间以铝合金构件铣削作业为主，为保障数控加工设备的润滑、冷却与清洁，采用了金属加工液，通过泵循环使金属液吸收数控机械高速旋转、工件激烈撞击产生的能量，导致了大量油雾及其他有害气体的产生，严重影响生产工作的身体健康。该项目设计用于生产过程油雾净化治理、根据季节变化为厂房供暖或供冷。设计目标为工作区域冬季温度≥18℃，夏季温度≤28℃，相对湿度≤85%；6m以下工作环境空气中0.1μm以下粉尘浓度≤1.0mg/m3，油雾浓度≤5.0mg/m3，室内空气流速满足《工业企业设计卫生标准》（GB Z1—2010）。

通过对该项目冷、热、湿负荷计算得知，该项目冷负荷为2450kW，热负荷为3120kW，湿负荷为601kW。最终确定方案选用6台KZK90（单体额定风量9000m3/h，供冷440kW，加热550kW）+2台KZK110（单体额定风量110000m3/h供冷550kW，加热700kW，）组合式空调机组和油雾净化机组，装机总风量为760000m3/h，总供冷量为3740kW，总供热量为4700kW，机组功能段一共分为回风段、金属丝过滤段、高效油雾过滤段、异味净化段、回风机段、排风段、新风调节段、初效过滤段、加热段、表冷段、送风机段和出风段，对空气中的液态、固态污染物采用两级机械物理过滤来净化，第一级为金属丝油雾过滤器，初阻力≤80Pa，第二级为滤筒式高效过滤器，初阻力≤220Pa，对空气中的气态污染物采用活性炭净化器来净化。其中，最为关键的置换通风设备采用专用圆柱形送风筒，该送风筒是置换通风系统重要组成部分，特点为风量大、风速低，能够随着不同季节根据气流方向进行调节，配有自动执行系统与手动风量调节阀门，置于车间立柱越2m处，新风以低速（0.5m/s）从送风筒送出，配备有自动执行系统和手动调节阀门，系统能够根据季节变化自动调节送风筒的方向，满足四季送风需求。

该项目应用通过现场测试后发现，该置换通风系统能够满足设计需求，解决了机加工油雾捕捉难度大、净化要求高等关键问题，同时实现油雾净化系统和空调系统的有机统一，达到节能目标[4]。

3.3 卷烟厂制丝生产车间应用

该制丝车间长度为246m，宽度为54m，架空网格底部离地高度为11.5m，网格上金属吊顶与网架中空高度为8m。生产工艺存在大量余热、湿度较高，异味较重，并且生产流水线因除尘、排潮工艺需要抽走大量室内空气，排风量达到160000m3/h，需要采用新风比例高的送风方式解决生产工艺产生的热量、湿度和异味，并使室内始终保持呈微正压状态。原定送风方案为旋流风口顶部送风，新风+回风形成的全空气系统，该方案设计总装机量为400000m3/h（其中新风、回风风量各占一半），送风温度定为18.5℃，根据旋流送风设计方案计算得出，空调机组总冷负荷为3480kW。

企业在几经权衡后采用了置换通风系统，在中间通道安装平地置换送风口17个（型号为VA-ZDDN560），单个风口风量为7000m3/h，一侧靠墙通道安装平地置换送风口9个（型号为VA-ZD-DN450），单个风口风量为4500m3/h，同时按照生产线工人操作点位实际需求，安装高空置换送风口36个（型号为VA-PVDN315），单个风口风量为1900m3/h，最终总装机风量为227900m3/h，送风温度定为22℃，整个制丝车间设计冷负荷为2198kW。与原定方案相比较，总送风量减少43%，总冷量减少37%，使得相关空调设备和配套设施的总装机容量大大减少，除了降低了初期建设投资，还节省了大量运行能源消耗。同时，置换送风能够将新鲜空气直接送至生产线工人操作处，通过活塞运动形式将生产线所产生的粉尘、异味、余热和余湿推向上空，使得人员工作区域空气质量大幅提升，最大限度减少污染物对人体的危害。

该项目竣工于2013年，同年投入运行，反响良好，室内空气状态明显改善，工作环境温度适宜、无异味，并且在夏季、秋季节能效果明显。

3.4 多晶硅还原厂房通风应用

多晶硅还原厂房除了有爆炸危险，还有洁净需求，为防止二次污染，对于通风系统有着很高的要求，送风必须为直排以确保生产运行安全。多晶硅生产工艺产生的有害污染源比较分散，局部排风效果不佳，需要采取全面通风。基于污染物对于人体伤害较大，需要输送新风先经过人体活动区域，将污染气体带走后才能排出厂房，因此，采用置换通风为最佳选择。

在置换通风送风系统设计时，为满足该生产线工艺要求，综合考虑有害物质本身性能，决定新风换气次数为12次/h。在排风量设计时综合考虑实际需求，将排风换气次数定为10次/h，保证室内气压始终处于一定正压范围。为防止厂房送风系统停止运转后，室外空气倒灌引发污染及积尘，本设计采用带止回阀的屋顶通风器（防爆型）。并且设有事故排风系统，包含自动控制和手动控制开关，其中手动开关设有两处，分别位于生产厂房内、外，均有显眼标识且便于操作。在排风废气净化处理时因置换通风对于污染气体的稀释作用较好，采取排风口高出屋脊3m的高空扩散方式。

该设计确保了生产厂房内空气质量，加上对于关键节点的严格把控和排风系统的有效设计，为生产厂房提供较好的生产空气环境，确保该厂房后期运作的安全。