全面通風與局部通風的應用分析

杜雅蘭，黃明娟，周麗銘

(1.中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081;2.中化國際招標有限責任公司，北京 100045)

1 通風氣流組織

通風的目地是使空氣作有組織的流動，將生產過程中產生的有害物(包括粉塵、有害氣體及余熱)帶走，使作業(yè)帶空氣符合國家相關衛(wèi)生學標準要求;同時將含有的有害物凈化后排出，滿足大氣污染物綜合排放標準要求，從而改善作業(yè)環(huán)境，保護工人健康。

1.1 全面通風與局部通風

通風方式按作用范圍來區(qū)分，主要有全面通風(自然通風、機械通風)和局部通風兩種方式，通常根據生產車間的地理位置、工藝特點及生產要求等因素采取相應的通風方式。

全面通風的效果主要取決于通風換氣量和車間內的氣流組織方式兩個因素。車間的氣流組織需要根據有害物質散發(fā)源、操作位置、熱設備、門窗以及自然通風等具體情況考慮，要盡可能使新鮮空氣先流經操作地點，再經污染較重的區(qū)域排出。送風口應接近工人操作地點，設在有害物濃度較高的區(qū)域，將操作者呼吸帶周邊的有害氣體濃度稀釋并降低，再通過排風口將稀釋后的有害氣體凈化排除。此種通風方式不僅降低工人操作位置有害氣物的濃度，同時減輕操作人員的勞動強度，有利于充分發(fā)揮全面通風的作用。

局部通風是利用局部氣流，將局部工作地點產生的較高濃度污染物在沒有擴散之前收集，即通過局部排風罩直接將塵源點的有害物排除。其優(yōu)點是排風量小、控制有害因素效果明顯，所需一次性投資比全面通風少。適宜在產生有害氣體濃度較高、污染面積較小、污染物毒性較大的作業(yè)環(huán)境選用。

1.2 空間氣流組織重要性

現代廠房對于人類不僅僅意味著一個制造加工的場所，更為重要的是要在保證生產基礎上提供一個健康舒適的工作環(huán)境。廠房內空氣品質問題在很多情況下是由通風不當引起的。通風問題一般包括兩方面:新風量不足和廠房內空氣分布不合理。但提高新風量往往伴隨著通風初投資與運行費用的增加，那么改善廠房內空氣品質的有效措施就是采取良好的氣流組織方式進行通風，將污染物濃度降低到標準限值范圍內，所以通風系統(tǒng)性能效果的好壞和去除室內污染物的能力就顯得非常重要，通風系統(tǒng)氣流組織方式更是設計選擇的重要環(huán)節(jié)。

例如某工廠焊接車間，生產工藝主要以普通碳鋼焊接為主，焊接工位有280臺位，同時還含有金屬切割、打磨等機械加工等生產工藝。因此，該車間內的有害污染源主要以焊接煙塵為主。焊接作業(yè)過程中產生大量焊接煙塵，對操作人員上呼吸道的刺激較嚴重，尤其是粉塵中含有的可溶性氟化物可經肺泡吸收，直接進入血液，因此長期在高濃度煙塵中作業(yè)可引起氟骨癥;此外煙塵中的氧化錳還可引起錳中毒，煙氣中還含有氮氧化物、碳氧化物、臭氧等有害氣體，可引發(fā)不同程度的矽肺等職業(yè)病。通過采取局部通風和全面通風相結合的氣流組織方式，捕集和排除作業(yè)過程中產生的有害因素，大大降低了作業(yè)帶空氣中煙塵的濃度，改善作業(yè)環(huán)境，有效保護工人的身體健康。

近年來的研究和實踐表明，廠房內通風方式的選擇對工人的健康、廠房通風效率、廠房的能耗以及室內污染物分布等有重要影響［1］。

2 全面通風設計原則

2.1 全面通風

全面通風也稱稀釋通風，通過對整個房間進行通風換氣，將新鮮的空氣送入室內以改變室內的溫、濕度，稀釋有害物的濃度，同時把污濁空氣不斷排至室外，使工作地帶的空氣環(huán)境符合衛(wèi)生標準的要求(即室內空氣中有害物濃度不超過衛(wèi)生標準規(guī)定的最高允許濃度)，是保證安全生產和保障工人生命安全的一項必要措施［2］。全面通風除塵系統(tǒng)裝置主要含有送風系統(tǒng)、排風系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、靜音系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分，圖1為全面通風系統(tǒng)示意圖。

圖1 全面通風系統(tǒng)示意圖

2.2 全面通風氣流組織設置原則

全面通風一般允許無組織氣流的存在，然而這樣會導致污染物在整個車間內擴散。如果是無組織送風，會導致大量的污染空氣在整個空間內循環(huán)，同時，所需的稀釋空氣量也將大大增加。一般工業(yè)建筑的特點是空間大、跨度長，可移動塵源點多且不規(guī)律，采用局部通風方式難以達到理想的空氣效果，通常選用全面通風。一般通風車間的氣流組織形式應綜合考慮有害物種類、有害物質的性質和濃度、建筑物的門窗等諸多因素，全面通風氣流組織形式包括均勻混合、短路、置換、活塞流等幾種類型，如圖2所示。

圖2 全面通風氣流組織形式

全面通風一般按以下原則設置氣流組織:

①全面通風的進、排風應避免含有大量濕、熱或有害物質的空氣流入沒有或僅有少量濕、熱或有害物質的作業(yè)場所。一般來說，進風口應盡量靠近工作地點，排風口盡量靠近有害物源或有害物質濃度高的區(qū)域。

②車間內所要求的衛(wèi)生條件比周圍環(huán)境的衛(wèi)生條件高時，保持室內為正壓狀態(tài)。

③在全面通風房間內，應盡量使進風氣流均勻分布，減少渦流，避免有害物質在局部作業(yè)場所積聚。

④進、排風口的相對位置應安排得當，防止進風氣流不經污染地就直接排出室外，形成“氣流短路”。

2.3 全面通風的設計原則

①全面通風可用于散發(fā)熱、濕或有害物質的車間或其他廠房，當不能采用局部通風、或采用局部通風達不到衛(wèi)生要求時，應輔以全面通風或采用全面通風。

②全面通風有自然通風和機械通風或自然與機械的結合通風等各種方式。設計時應盡量采用自然通風方式，以節(jié)約能源和投資，當自然通風達不到衛(wèi)生條件或生產要求時，則應采用機械通風或自然和機械的聯(lián)合通風。

③設置集中供暖且有排風的生產車間及輔助建筑物，應考慮自然補風的可能性。當自然補風達不到衛(wèi)生條件、生產要求或在技術經濟上不合理時，宜設置機械送風系統(tǒng)。但對于每班運行不到2小時的局部排風系統(tǒng)，條件許可時，可不用機械通風補償所排出的風量。

④對于冬季全面換氣進行空氣平衡與熱平衡計算時，應分析具體情況并充分考慮下列各種因素:

·在允許范圍內適當提高集中送風的送風溫度;

·利用建筑物內部的非污染空氣作為補風;

·對于允許短時過冷或采用間斷排風的車間，可以不遵循“熱平衡”和“空氣平衡”的計算原則;

·稀釋有害物質的全面通風的進風，應采用冬季供暖室外計算溫度，消除余熱、余濕的全面通風，可采用冬季通風室外計算溫度。

⑤確定熱負荷時，要密切結合工藝、了解生產過程、收集資料。根據實際情況計算散熱量。

3 局部通風設計原則

3.1 局部通風

局部通風是采用局部吸氣罩，直接從“塵源點”采用較小的風量和較高的風速捕集煙氣，經凈化后排出室外;即通過局部通風系統(tǒng)直接排除塵源點附近的有害物質，且消耗的空氣量較少。例如焊接車間內有固定工作臺的手工焊接，局部排風罩可設置在距離塵源點較近的上部或側上方，全部或部分控制煙塵的散逸，控制效果明顯。一般在車間為敞開式、生產產品小、焊接范圍相對固定等情況下選用。圖3為局部通風系統(tǒng)構成示意圖［3］。

圖3 局部通風系統(tǒng)構成示意圖

局部通風可分為局部送風和局部排風兩大類，依據氣流組織方式的不同選擇。局部排風是在一個有限空間內的某個部分進行排風的系統(tǒng)，其效果明顯與否主要取決于污染物的捕集率。局部排風一般是通過排風罩來控制煙塵的捕集效率的，所以，排風罩的形式對局部排風系統(tǒng)的效果具有很大的影響。如設計合理，用較小的排風量能控制煙塵的散逸;反之，用了很大的排風量也達不到預期的目的。

3.2 局部通風系統(tǒng)原理及組成

局部通風系統(tǒng)就是在正常工作狀態(tài)下，通過排風機的作用，將吸風罩口設置在距離塵源點較近的位置，使有害物通過吸風罩口吸入通風管網，各支管路氣體匯集至通風設備，進入靜壓沉降室，使凈化器的過濾風速均勻，提高凈化效率。凈化氣體到達清灰室后，再通過排風管道排放到室外。

每套局部通風系統(tǒng)由吸風罩口、支管路、主通風管網、通風室體、凈化器、通風排放系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。通風系統(tǒng)的效果明顯與否取決于吸風罩口的吸收量、支管路的控制范圍、吸風罩口的形式以及凈化效率等。局部吸風罩口的形式有很多種，如懸臂吸氣罩、上吸罩、下吸罩、條縫罩、密閉或半密閉罩等;根據作業(yè)工藝本身的多樣性、靈活性的要求，選用吸風罩口的形式也各不相同。這就要求在設置通風系統(tǒng)時，結合工件的形狀，尺寸及工藝的情況，分門別類地設置合理的罩口形式。常見吸風罩口形式見圖4所示:

圖4 幾種常用罩口形式

3.3 局部排風罩設計原則［1］

①局部排風罩應盡可能包圍或靠近塵源點，使有害氣體局限于較小的局部空間，應盡可能減小吸氣范圍，便于捕集和控制。

②排風罩的吸氣氣流方向應盡可能與污染氣流運動方向一致。

林權制度是當下林業(yè)制度的建設核心，同時穩(wěn)定林權也是生態(tài)建設的基本保證，實行林權制度的不斷革新，成為現代化人發(fā)展的重要動力。林業(yè)經營需要建立明確清晰的林權制度，林業(yè)發(fā)展經營中的產權也是會更加明晰。相關部門需要注意在政策上鼓勵群眾積極投入到造林育林的事業(yè)中，讓國內森林事業(yè)得到長遠發(fā)展，森林的質量也是達到更高的層面上，讓生態(tài)文化進一步繁榮，同時也是促進生態(tài)和諧發(fā)展的重要基礎。

③已被污染的吸氣氣流不允許通過人的呼吸區(qū)。設計時要充分考慮操作人員的位置和活動范圍。

④排風罩應力求結構簡單、造價低便于安裝和維護。

⑤局部排風罩的配置應與生產工藝協(xié)調一致，力求不影響工藝操作。

⑥要盡可能避免和減弱干擾氣流、穿堂風和送風氣流等對吸氣氣流的影響。

4 全面通風與局部通風應用案例

現以某工廠鋼結構車間的電焊煙塵治理為例，確定該工廠電焊煙塵通風方案。

4.1 通風除塵系統(tǒng)氣流組織方式的比選

該廠房結構布置及作業(yè)條件現狀條件如下:

①需要治理的車間為老廠房的改造，門窗密閉性較差。

②車間內部隔斷較多、焊接工件較固定，作業(yè)時上部有行車運行。

③主要焊接臺位較多，局部散發(fā)大量煙塵和有害氣體。

④生產節(jié)拍相對較慢，各焊接臺位作業(yè)的時間不同，相對位置較遠。

⑤車間內只設置有部分墻式軸流風扇等，沒有選有任何通風凈化設備。

⑥焊接工藝為普通碳鋼焊接，以自動(半自動)CO2氣體保護焊、手工焊為主，故焊接煙氣治理以除塵為主。

⑦對于混凝土結構的廠房，屋頂為水泥澆筑，沒有設置風樓、采光、換氣等設施，需要進行大量的土建改造工程。

上述現狀條件表明:車間治理采用全面通風、全面通風和局部通風兩種相結合兩種方式時，不僅需要進行大量的廠房基建(門窗密閉、地面修整等)改造，同時，還要增加熱能設備(冬季換氣時的熱能損失)及管線;由于運行能耗提高，還要增加供電設備，需要提供一定的空間架設通風、凈化、加熱等設備，大大提高一次性投資和運行成本。

采用自然通風和局部通風相結合的方式時，首先對廠房的現狀要求不高，而廠房本身設計就具有自然通風設施，不需再投資;只需重點針對具有產生有害物的焊接臺位進行局部治理，將焊接煙塵直接吸出、凈化并排至室外，大量減少通風管網的設置，降低總投資和運行成本。

因此，該生產車間通過全面通風和局部通風兩種方式的設計計算、能耗、投資比選，確定選用局部通風和自然通風相結合的通風方式。

4.2 性能比較

依據廠房結構、廠房內的粉塵種類、焊接位置、工藝分布等特點，通過全面通風和局部通風設計計算，對比情況見表1。

4.3 費用分析

該廠房治理費用比較見表2。

表1 全面通風和局部通風的對比

表2 治理費用比較表

綜合考慮計算，該廠房車間的電焊煙塵治理最適合采用局部通風為主、自然通風為輔的治理方案。

5 結論

①在選用不同通風方式時，首先要保證操作者呼吸帶周圍的有害物濃度滿足國家相關標準的要求，同時，盡量降低一次性投資和運行成本，減少設備維護量。

②在選用通風這一技術措施進行有害氣體通風凈化時，要結合治理項目的性質、建筑結構、生產工藝等條件，進行綜合因素考慮及經濟效益分析后，確定通風治理方式。

③對于污染物濃度比較低、廠房密閉性好、寒冷地區(qū)、生產產品大、焊接范圍不固定、有害因素特殊等情況下，優(yōu)先選用全面通風治理方式;但要考慮一次性投資、運行成本、占地面積等因素。

④對于散發(fā)有害物濃度高、塵源點相對固定的工位，或者是塵源點相對集中、整體廠房污染濃度低的作業(yè)環(huán)境，優(yōu)先選用局部通風治理方式。

⑤局部通風系統(tǒng)中吸風罩口的設置，在不妨礙生產操作的前提下綜合考慮吸氣罩的形式、相對位置，提高對有害氣體的捕集率。

［1］陸耀慶．供暖通風設計手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1987:977－979．

［2］JBJ10—96，機械工廠采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范［S］．

［3］王漢青．通風工程［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2013:66－67．