置换通风在工业厂房通风中的应用

置换通风在工业厂房通风中的应用

高翔

茂名瑞派石化工程有限公司 广东 茂名 525000

摘要：现阶段，社会经济日新月异，人们生活水平也得到了大幅度提升，自然对工业厂房工作环境有了更高的标准与要求，且工业厂房内空气质量会直接影响到工作人员的工作效率及身心健康。而近年来诞生的置换通风系统，因其具有节能和舒适性等特点，得到更多人们的广泛热爱，如今，此类送风方式也逐渐成为了人们研究的一个焦点，在我国，置换通风发展较晚，为此，环境安全工作人员需要对其进行深入研究，以期更好的为人们的身心健康保驾护航。

关键词：置换通风；工业厂房；空气湖；应用

前言：当前时期，我国社会经济飞速发展，人们对工作和生活环境有了更高的要求，除了追求更高的福利待遇及薪酬外，也更加注重优越的工作环境与和谐的团队协作。其中，工业厂房中空气质量的好坏将直接影响到厂房内工作人员的身心健康，也影响到他们的工作效率。厂房内空气品质改善方面，置换通风的优势非常显著，将新鲜空气直接送入到工作区，确保厂房内工作人员一直处在一个比较洁净、舒适的空气环境中。

1置换通风原理及其特性

1.1置换通风原理

置换通风是在工业厂房工作区直接流入新鲜空气，通过合理的控制射程、温度等物理参数，在工作区地面上形成一个稀薄的流动的区域，产生“空气湖”现象。空气湖由较冷的新鲜空气扩散形成，再受工业厂房内热源的影响而产生向上的对流气流，从而使空气在整个厂房内循环。厂房顶部设置排风口，一般情况下，送风口送入厂房的新鲜空气温度比工业厂房工作区温度低，可向四周扩散形成空气湖，再基于热源的浮力作用，使空气向厂房上部流动，形成厂房内空气运动的主气流，将厂房内的热量和部分污染物带走，最后通过顶部的排风口排出受污染的热空气，形成厂房内的空气循环。

由于凉空气有较大密度从而沉入到地面，送风的动量很小，对厂房内主要气流没有实际影响，而由热源引起的热对流使工业厂房内温度梯度垂直，在这种情况下，排风温度高于厂房内工作温度，因此置换通风的主导气流由工业厂房内热源控制。

1.2置换通风特性

1）传统的混合通风是基于稀释原理，通过通入大量新风，降低空间内污染源的浓度后，再通过风机排出。而置换通风是利用了厂房内的温度和浮力为动力的，二者有本质上的区别。置换通风除了可以带走大量的污染物，降低浓度，还可以有效的降低厂房内的温度，而且由于冷空气密度大，沉于底部，也可以使在下层空间工作的人员更加舒适。

2）置换通风在工业厂房内热力分层的流场可分为两个区域，处理后的低温新风从低层空间的散流器流出，在重力和密度的作用下，这部分冷空气会下沉到地面附近，然后在水平方向上慢慢扩散，在地表面上形成一层薄薄的低温空气层，即“空气湖”。

当冷空气不断堆积上升，空气温度逐渐升高，在浮力和热力的作用下，在竖直方向上就形成了整个房间的自然对流。在温度产生的竖直方向上的空气对流过程中，周围的气体不断被吸入从而形成羽状流动。随着空气流动流量的增加，附近的污染物也被羽状流动吸卷，当空气的羽状流动到达天花板附近的排气口时，羽状流动的流量可能会大于排气口的排风量，羽状流动中的一部分空气就会被迫下落，不被排气口排出，但在下落过程中又不断被下方空气的羽状流动吸入，直至平衡，即空气羽状流动内的流量等同于排气口的排风量。那么，该平面上被迫下落的空气量就等于零，这一高度称为热力分层高度。

热力分层高度即为热力分层流场的分界点，这个高度下面为下区，上面为上区。下部区域的气流为单向置换流，热源周围被污染的热空气会被新鲜冷空气代替。从上部回流的空气干扰了整个流场，因没有人员活动，污染物浓度和空气温度会大大增加。所以，只要热分层高度在工作区以上，就能保证工作区空气质量优良，污染物能够顺利被排除。因此，该高度必须由设计人员控制，这也是置换通风应用的目的。

1.3工业厂房通风的意义和评估

对于厂房通风而言，最关键的目的就是通过工业厂房内外空气的有效置换，实现工业厂房内空气质量的提高，进而让工业厂房内的工作人员处在一个温度较为舒适的洁净环境中。而且相比于传统的混合通风，置换通风效率更高，在工业厂房通风方面更值得推广。

2置换通风应用中存在问题

2.1湿负荷大

我国大多数地区均为亚热带，是大陆性气候，夏季炎热空气湿润，尤其是南方，空气温、湿度均偏高，工业厂房内通常都会有发热设备，使厂房内形成严重的闷热环境，室内温度甚至可达60℃。由于照明、消防和防排烟等要求，工业厂房又需要较多门窗，且门窗的漏风系数偏大，造成了从门窗渗透进来大量携带了较大湿负荷的空气，而置换通风通常只会将室外空气适当降温后直接送进工业厂房内，因此除湿能力不佳。基于我国现有条件，可使用干燥冷却系统，如转轮除湿机，将室外新风除湿降温后再送入厂房的工作区。

2.2新风需要量大

对于大型厂房而言，由于占地面积过大，高度较高，需要送入的新风量也会大大增加，若集中在墙角位置送风，则会导致风速过大，空气湖也会集中在角落附近，且送风口处冷气湖高度可能会过高，影响污染物的排出和中间工作区域的舒适度，为此，应减少控制区域，在各个工作岗位上均设置送风口，做到数量多，风量小，这样也可以避免对设备热源冷却，减少了能源消耗。

2.3置换通风机理更复杂，周围环境对其影响更大

置换通风在国外工业建筑的应用已比较成熟广泛，我国在近十多年才引进该技术，并多用于民用建筑中，在工业厂房的应用并不多见。除适用性方面存在局限因素外，还应考虑到置换通风虽然设计原理简单，但是机理复杂。例如在焊接车间及其类似特点的适用性厂房的设计时，需要从污染物的产生量、烟羽理论、扩散模型、温度场等多环节研究。

3置换通风在工业厂房通风中的应用

北欧地区在工业厂房中已广泛的应用了置换通风，使工业厂房内污染物控制问题得到了更好的解决途径。置换通风在工业厂房的应用实例中，末端装置主要可分为架空式和落地式两种。落地安装是使用最广泛的一种形式，不同类型的送风口形式可与建筑结构完美配合，达到简洁美观的效果。比如圆柱形出风口可布置在墙角内，也可以用在大空间场合，布置在中央支柱内；而半圆柱形和扁平形出风口通常靠墙安装。在架空安装中，为了避免影响机械设备及产品零部件在地面运输，同时满足人员的舒适要求，利用末端装置将新鲜冷空气引至地面，然后扩散到整个房间，既不影响人员走动和设备运输，又达到置换通风的效果。

如今，置换通风已经在工业厂房中有应用实例，比如在多晶硅还原厂房中的应用：多晶硅还原厂房不但存在爆炸危险，同时也有洁净需求，为了避免出现二次污染，则对通风系统提出了更高的要求，为保证安全生产运行，通风系统一定要采用独立系统直接送排风。多晶硅生产工艺中会产生有害污染物，且具有一定的分散性，因此局部排风效果较差，应使用全面通风方式。由于污染物会严重伤害到工作人员的身体健康，需要向人员工作区域输送新鲜空气，并尽可能的将污染物排出，因此采用置换通风是最理想的选择。在设计置换通风送风系统时，不仅要考虑满足生产工艺要求，还要对产生的有害污染物进行全面、充分的考虑，做到既不影响生产，又能满足洁净要求。而在排风量的设计中，则需要考虑到厂房内正压要求和污染物浓度，通过计算送、排风量使热力分层高度高于人员工作区域高度，以确保满足洁净厂房正压要求，又能尽可能的将有害污染物排出。同时，为了避免厂房置换通风系统停止运转后，因室外空气倒灌而导致污染与积尘，屋顶通风器要求配带止回阀，并设置了事故排风系统，其中涵盖了手动与自动控制开关，在大门内外均设置了手动开关，并附带显著标识，方便识别与操作。在排出废气时，由于置换通风对污染气体有很好的稀释效果，故采用排气口高出屋脊3M的高空扩散方式。

此种设计，不但保证了生产厂房内有良好的空气质量，加之对重要节点的严格把控以及对排风系统的科学设计，一方面使生产厂房拥有良好的生产空气环境，另一方面也为后期厂房的安全运转提供了保障。

结束语：

总而言之，通过应用置换通风系统，可以使工业厂房内的空气质量得到大幅度提升，并更好的保证了生产工作人员的身心健康，且节能效果十分良好，成为了现代工业厂房通风设计的有效举措，此外，也能够更好的实现对生态环境的保护，所以，置换通风系统应该更广泛的应用在工业厂房通风方面。

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