置換通風(fēng)在工業(yè)廠房通風(fēng)中的應(yīng)用

鄒俊祥，盧軼鋼，袁 敏，石 婷，王永偉

（1.四川大學(xué)華西公共衛(wèi)生學(xué)院/四川大學(xué)華西第四醫(yī)院，四川 成都 610041；2.四川宏鼎宸科技有限公司，四川 成都 610037；3.四川省國(guó)環(huán)環(huán)境工程咨詢有限公司，四川 成都 610023）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們對(duì)于工作環(huán)境的要求也在不斷提升，除了追求更高的薪酬、更好的福利待遇，也在追求更優(yōu)越的工作環(huán)境和更和諧的團(tuán)隊(duì)協(xié)作。其中，室內(nèi)空氣質(zhì)量的高低不僅會(huì)影響室內(nèi)工作人員的身心健康，也會(huì)影響其工作效率。而置換通風(fēng)在改善室內(nèi)空氣質(zhì)量方面有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)⑿迈r空氣直接送入工作區(qū)域，使室內(nèi)工作人員始終處于一個(gè)相對(duì)潔凈的空氣環(huán)境中。

1 工業(yè)廠房通風(fēng)的意義及評(píng)估

廠房通風(fēng)最重要的目的就是通過室內(nèi)外的空氣交換來提升室內(nèi)空氣質(zhì)量，使室內(nèi)工作人員始終處于相對(duì)穩(wěn)定的溫度、濕度和潔凈度的環(huán)境之中。能否實(shí)現(xiàn)這一目的，主要取決于通風(fēng)量和室內(nèi)氣流流態(tài)。換氣效率還與通風(fēng)效能系數(shù)（即室內(nèi)空氣污染物濃度與室內(nèi)空氣平均穩(wěn)定濃度之間的比值）有關(guān)，通風(fēng)效能系數(shù)越大代表通風(fēng)系統(tǒng)排除污染物的速度越快，通常排風(fēng)口離污染源越近，進(jìn)風(fēng)口離污染源越遠(yuǎn)，通風(fēng)效能系數(shù)就越高，反之就越低[1]。

2 置換通風(fēng)優(yōu)勢(shì)與適用范圍

2.1 使用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)混合通風(fēng)相比，置換通風(fēng)具有節(jié)能、熱舒適性高、噪聲小、兼容性好、適應(yīng)范圍廣、投資低等特征。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)通風(fēng)方式以空氣稀釋原理為基礎(chǔ)，針對(duì)整個(gè)建筑物進(jìn)行換氣，風(fēng)速高溫差大，室內(nèi)氣流溫度、濃度相對(duì)均勻，通風(fēng)效率和通風(fēng)效能系數(shù)較低；而置換通風(fēng)則是以浮力控制為動(dòng)力，風(fēng)速低溫差小，對(duì)于污染物的消除集中于人員工作區(qū)域，充分利用自然通風(fēng)冷卻作用，從而取得較高的通風(fēng)效率[2]。

2.2 適用范圍

置換通風(fēng)適用比較高大的室內(nèi)空間、熱負(fù)荷不高、室內(nèi)熱源與污染物共存且所處位置較低的工業(yè)廠房。

3 置換通風(fēng)在工業(yè)廠房通風(fēng)中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 焊接車間煙塵控制改造實(shí)例

某工業(yè)廠房的主廠房車間長(zhǎng)度為168m，寬度為144m，廠房?jī)舾邽?m，設(shè)有焊接工位130余個(gè)，工位除極少數(shù)無局部排風(fēng)罩外，其余均設(shè)有局部排風(fēng)罩。針對(duì)原排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量分配不合理、存在煙氣直接擴(kuò)散、設(shè)備尾氣污染、氣流組織紊亂等問題，制定有效處理措施，如增加排風(fēng)量、提升排風(fēng)罩截面的風(fēng)速、調(diào)整排風(fēng)支管、增加排風(fēng)系統(tǒng)和局部排風(fēng)罩等措施。在距車間底部2m處設(shè)置低速送風(fēng)口，新風(fēng)因密度較大下沉至車間底部形成空氣湖，焊接產(chǎn)生大量熱量使空氣受熱形成裹帶煙塵的上升氣流，在上升過程中，絕大多數(shù)煙塵被局部排風(fēng)罩吸取，少部分煙塵上升至一定高度時(shí)開始向四周擴(kuò)散形成煙氣滯留帶，因此在煙氣滯留帶單獨(dú)設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)，主風(fēng)管高度定位于7.2m，沿主車間長(zhǎng)度方向設(shè)置，用于捕捉滯留煙氣。

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排風(fēng)罩排風(fēng)量需求測(cè)算后得知，總排風(fēng)需求為800000m3/h，現(xiàn)有排風(fēng)量為300000m3/h，需增加500000m3/h排風(fēng)量。根據(jù)實(shí)際情況采用6臺(tái)50000m3/h的排風(fēng)機(jī)，增加排風(fēng)量300000m3/h，并對(duì)原有排煙罩增設(shè)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。對(duì)于擴(kuò)散至車間的部分煙氣及其他污染源產(chǎn)生的煙氣增設(shè)全室排風(fēng)系統(tǒng)，采用4臺(tái)50000m3/h的排風(fēng)機(jī)，總計(jì)排風(fēng)量為200000m3/h，全室排風(fēng)設(shè)備與增加排風(fēng)設(shè)備均安裝于7.2m高度處。另外，為平衡車間排風(fēng)總量，保持微正壓狀態(tài)，增設(shè)車間補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，采用5臺(tái)60000m3/h風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)機(jī)，送風(fēng)風(fēng)速≤0.2m/s，總計(jì)補(bǔ)風(fēng)量為300000m3/h。最后，對(duì)焊接件進(jìn)行油污清洗后焊接、輸送車輛油改電和排風(fēng)系統(tǒng)配備煙塵處理裝置，最大限度滿足環(huán)保及衛(wèi)生要求。

該項(xiàng)目改造后，車間排風(fēng)罩排煙塵能力明顯提升，煙塵溢出量顯著減少，煙霧層消失，煙氣異味淡化，空氣品質(zhì)大幅提高，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，車間底部焊接煙氣濃度為2.2～3.5mg/m3，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)置換通風(fēng)所輸送新風(fēng)在車間底部形成高品質(zhì)空氣湖，有效控制煙氣擴(kuò)散[3]。

3.2 飛機(jī)制造數(shù)控加工油霧凈化應(yīng)用

該項(xiàng)目主廠房長(zhǎng)度為216m，寬度為84m（分為3個(gè)跨度，分別為30m、30m和24m），主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土柱+鋼屋架結(jié)構(gòu)，柱頂標(biāo)高12m。該車間以鋁合金構(gòu)件銑削作業(yè)為主，為保障數(shù)控加工設(shè)備的潤(rùn)滑、冷卻與清潔，采用了金屬加工液，通過泵循環(huán)使金屬液吸收數(shù)控機(jī)械高速旋轉(zhuǎn)、工件激烈撞擊產(chǎn)生的能量，導(dǎo)致了大量油霧及其他有害氣體的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響生產(chǎn)工作的身體健康。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)過程油霧凈化治理、根據(jù)季節(jié)變化為廠房供暖或供冷。設(shè)計(jì)目標(biāo)為工作區(qū)域冬季溫度≥18℃，夏季溫度≤28℃，相對(duì)濕度≤85%；6m以下工作環(huán)境空氣中0.1μm以下粉塵濃度≤1.0mg/m3，油霧濃度≤5.0mg/m3，室內(nèi)空氣流速滿足《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB Z1—2010）。

通過對(duì)該項(xiàng)目冷、熱、濕負(fù)荷計(jì)算得知，該項(xiàng)目冷負(fù)荷為2450kW，熱負(fù)荷為3120kW，濕負(fù)荷為601kW。最終確定方案選用6臺(tái)KZK90（單體額定風(fēng)量9000m3/h，供冷440kW，加熱550kW）+2臺(tái)KZK110（單體額定風(fēng)量110000m3/h供冷550kW，加熱700kW，）組合式空調(diào)機(jī)組和油霧凈化機(jī)組，裝機(jī)總風(fēng)量為760000m3/h，總供冷量為3740kW，總供熱量為4700kW，機(jī)組功能段一共分為回風(fēng)段、金屬絲過濾段、高效油霧過濾段、異味凈化段、回風(fēng)機(jī)段、排風(fēng)段、新風(fēng)調(diào)節(jié)段、初效過濾段、加熱段、表冷段、送風(fēng)機(jī)段和出風(fēng)段，對(duì)空氣中的液態(tài)、固態(tài)污染物采用兩級(jí)機(jī)械物理過濾來凈化，第一級(jí)為金屬絲油霧過濾器，初阻力≤80Pa，第二級(jí)為濾筒式高效過濾器，初阻力≤220Pa，對(duì)空氣中的氣態(tài)污染物采用活性炭?jī)艋鱽韮艋?。其中，最為關(guān)鍵的置換通風(fēng)設(shè)備采用專用圓柱形送風(fēng)筒，該送風(fēng)筒是置換通風(fēng)系統(tǒng)重要組成部分，特點(diǎn)為風(fēng)量大、風(fēng)速低，能夠隨著不同季節(jié)根據(jù)氣流方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，配有自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)與手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥門，置于車間立柱越2m處，新風(fēng)以低速（0.5m/s）從送風(fēng)筒送出，配備有自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)和手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，系統(tǒng)能夠根據(jù)季節(jié)變化自動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)筒的方向，滿足四季送風(fēng)需求。

該項(xiàng)目應(yīng)用通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，該置換通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)需求，解決了機(jī)加工油霧捕捉難度大、凈化要求高等關(guān)鍵問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)油霧凈化系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的有機(jī)統(tǒng)一，達(dá)到節(jié)能目標(biāo)[4]。

3.3 卷煙廠制絲生產(chǎn)車間應(yīng)用

該制絲車間長(zhǎng)度為246m，寬度為54m，架空網(wǎng)格底部離地高度為11.5m，網(wǎng)格上金屬吊頂與網(wǎng)架中空高度為8m。生產(chǎn)工藝存在大量余熱、濕度較高，異味較重，并且生產(chǎn)流水線因除塵、排潮工藝需要抽走大量室內(nèi)空氣，排風(fēng)量達(dá)到160000m3/h，需要采用新風(fēng)比例高的送風(fēng)方式解決生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的熱量、濕度和異味，并使室內(nèi)始終保持呈微正壓狀態(tài)。原定送風(fēng)方案為旋流風(fēng)口頂部送風(fēng)，新風(fēng)+回風(fēng)形成的全空氣系統(tǒng)，該方案設(shè)計(jì)總裝機(jī)量為400000m3/h（其中新風(fēng)、回風(fēng)風(fēng)量各占一半），送風(fēng)溫度定為18.5℃，根據(jù)旋流送風(fēng)設(shè)計(jì)方案計(jì)算得出，空調(diào)機(jī)組總冷負(fù)荷為3480kW。

企業(yè)在幾經(jīng)權(quán)衡后采用了置換通風(fēng)系統(tǒng)，在中間通道安裝平地置換送風(fēng)口17個(gè)（型號(hào)為VA-ZDDN560），單個(gè)風(fēng)口風(fēng)量為7000m3/h，一側(cè)靠墻通道安裝平地置換送風(fēng)口9個(gè)（型號(hào)為VA-ZD-DN450），單個(gè)風(fēng)口風(fēng)量為4500m3/h，同時(shí)按照生產(chǎn)線工人操作點(diǎn)位實(shí)際需求，安裝高空置換送風(fēng)口36個(gè)（型號(hào)為VA-PVDN315），單個(gè)風(fēng)口風(fēng)量為1900m3/h，最終總裝機(jī)風(fēng)量為227900m3/h，送風(fēng)溫度定為22℃，整個(gè)制絲車間設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為2198kW。與原定方案相比較，總送風(fēng)量減少43%，總冷量減少37%，使得相關(guān)空調(diào)設(shè)備和配套設(shè)施的總裝機(jī)容量大大減少，除了降低了初期建設(shè)投資，還節(jié)省了大量運(yùn)行能源消耗。同時(shí)，置換送風(fēng)能夠?qū)⑿迈r空氣直接送至生產(chǎn)線工人操作處，通過活塞運(yùn)動(dòng)形式將生產(chǎn)線所產(chǎn)生的粉塵、異味、余熱和余濕推向上空，使得人員工作區(qū)域空氣質(zhì)量大幅提升，最大限度減少污染物對(duì)人體的危害。

該項(xiàng)目竣工于2013年，同年投入運(yùn)行，反響良好，室內(nèi)空氣狀態(tài)明顯改善，工作環(huán)境溫度適宜、無異味，并且在夏季、秋季節(jié)能效果明顯。

3.4 多晶硅還原廠房通風(fēng)應(yīng)用

多晶硅還原廠房除了有爆炸危險(xiǎn)，還有潔凈需求，為防止二次污染，對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)有著很高的要求，送風(fēng)必須為直排以確保生產(chǎn)運(yùn)行安全。多晶硅生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的有害污染源比較分散，局部排風(fēng)效果不佳，需要采取全面通風(fēng)?；谖廴疚飳?duì)于人體傷害較大，需要輸送新風(fēng)先經(jīng)過人體活動(dòng)區(qū)域，將污染氣體帶走后才能排出廠房，因此，采用置換通風(fēng)為最佳選擇。

在置換通風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足該生產(chǎn)線工藝要求，綜合考慮有害物質(zhì)本身性能，決定新風(fēng)換氣次數(shù)為12次/h。在排風(fēng)量設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮實(shí)際需求，將排風(fēng)換氣次數(shù)定為10次/h，保證室內(nèi)氣壓始終處于一定正壓范圍。為防止廠房送風(fēng)系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，室外空氣倒灌引發(fā)污染及積塵，本設(shè)計(jì)采用帶止回閥的屋頂通風(fēng)器（防爆型）。并且設(shè)有事故排風(fēng)系統(tǒng)，包含自動(dòng)控制和手動(dòng)控制開關(guān)，其中手動(dòng)開關(guān)設(shè)有兩處，分別位于生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)、外，均有顯眼標(biāo)識(shí)且便于操作。在排風(fēng)廢氣凈化處理時(shí)因置換通風(fēng)對(duì)于污染氣體的稀釋作用較好，采取排風(fēng)口高出屋脊3m的高空擴(kuò)散方式。

該設(shè)計(jì)確保了生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)空氣質(zhì)量，加上對(duì)于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的嚴(yán)格把控和排風(fēng)系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)，為生產(chǎn)廠房提供較好的生產(chǎn)空氣環(huán)境，確保該廠房后期運(yùn)作的安全。

4 結(jié)束語

置換通風(fēng)能夠大幅提升室內(nèi)空氣質(zhì)量，確保生產(chǎn)工作人員身體健康，并且具有良好節(jié)能效用，是現(xiàn)代工廠廠房通風(fēng)設(shè)計(jì)的有力措施，同時(shí)也為生態(tài)環(huán)境的保護(hù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此相關(guān)工作人員必須重視并做好工廠廠房置換通風(fēng)的相關(guān)工作。