化学与环境学全面通风.ppt

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1、全面通风换气的基本微分方程式全面通风换气的基本微分方程式全面通风量的确定全面通风量的确定 有害物散发量的计算有害物散发量的计算 气流组织气流组织空气平衡和热平衡空气平衡和热平衡评价通风效果的指标评价通风效果的指标 置换通风的原理置换通风的原理 置换通风的特性置换通风的特性 置换通风的设计置换通风的设计 2 2. .0 0 概概 述述通风的任务通风的任务: :以通风换气的方法改善室内的空气环境。以通风换气的方法改善室内的空气环境。u排风排风: : 把局部地点或整个房间内的污浊空气排至室外把局部地点或整个房间内的污浊空气排至室外 （必要时经过净化处理）；（必要时经过净化处理）；u进风进风: : 把

2、新鲜（或经过处理）的空气送入室内。把新鲜（或经过处理）的空气送入室内。通风系统通风系统: :由实现通风任务所需要的设备、管道及其部件组成的由实现通风任务所需要的设备、管道及其部件组成的 整体。整体。按通风的动力分为按通风的动力分为按通风系统作用范围分按通风系统作用范围分为为局部通风局部通风全面通风全面通风事故通风事故通风自然通风自然通风机械通风机械通风通风方法分类通风方法分类排风柜排风量排风柜排风量全面排风全面排风量量排风柜送风排风柜送风量量全面送风量全面送风量排风柜排风柜Fume hood排风柜排风柜Fume hood持久，全面排风，持久，全面排风，用于净化实验室用于净化实验室内的空气内的空

3、气用于化学实验用于化学实验操作的排风柜操作的排风柜两类独立的通风系统两类独立的通风系统 局部排风：局部排风：在集中产生有害物的局部地点在集中产生有害物的局部地点, 设置捕集装置设置捕集装置, 将将有害物排走有害物排走, 以控制有害物向室内扩散。以控制有害物向室内扩散。这是防毒、这是防毒、 排尘最有效排尘最有效的通风方法。的通风方法。 局部送风：局部送风：向局部工作地点送风向局部工作地点送风, 使局部地带造成良好的空使局部地带造成良好的空气环境，主要用于局部降温。气环境，主要用于局部降温。n 分散式分散式 借助轴流风扇或喷雾风扇借助轴流风扇或喷雾风扇, 直接将室内空气吹向作直接将室内空气吹向作业

4、地带进行循环通风。业地带进行循环通风。n 系统式系统式 通风系统将室外空气送至工作地点。通风系统将室外空气送至工作地点。局部通风局部通风局部排风系统局部排风系统系统式局部送风系统的组成系统式局部送风系统的组成分散式局部送风系统分散式局部送风系统喷雾风扇送风喷雾风扇送风全面通风全面机械排风系统全面机械排风系统(a) 在墙上装有轴流风机的最简单全面排风。在墙上装有轴流风机的最简单全面排风。(b) 室内设有排风口，室内空气从专设的排气装置排入室内设有排风口，室内空气从专设的排气装置排入大气的全面机械排风系统。大气的全面机械排风系统。全面机械送风系统2.1 2.1 全面通风换气量的计算全面通风换气量的

5、计算 房间内有害物浓度的变化情况可根据房间内有害物浓度的变化情况可根据“物质平衡物质平衡”原理建原理建立微分方程，对于连续，立微分方程，对于连续， 稳定的通风过程稳定的通风过程, , 根据在通风过程根据在通风过程中中排出有害物的量排出有害物的量应与应与产生的有害物量达到平衡的原则有：产生的有害物量达到平衡的原则有：排污微分方程：排污微分方程：室内得到的有害物量（室内得到的有害物量（有害物源散发的有害有害物源散发的有害物和进风带入的有害物物和进风带入的有害物）与从室内排走的有害物量之差，等）与从室内排走的有害物量之差，等于房间内有害物增量相等。于房间内有害物增量相等。2.1.1 全面通风换气的基

6、本微分方程式全面通风换气的基本微分方程式X(g/s)X(g/s)通风风量通风风量L(mL(m3 3/s)/s)某一时刻空气某一时刻空气中的有害物浓中的有害物浓度度y(g/my(g/m3 3) )通风风量通风风量L(mL(m3 3/s)/s)送风中有害物送风中有害物浓度浓度y y0 0(g/m(g/m3 3) )房间体积房间体积V Vf f车间通风排污模型车间通风排污模型dy)exp(ln| )ln(112010201000)(2100210fffyyfLyxLyLyxLydyyfLyxLydyVLLyxLyLyxLyVLLyxLyLyxLyVLyxLyLVdLVd排污微分方程求解排污微分方程求

7、解在在d时间内：时间内：送入量送入量+散发量散发量-排走量排走量=变化量变化量则：则：L y0 d+ x d- L y d= Vf dy)exp(1)()exp(012ffVLyLxVLyyy10yLx排污微分方程求解排污微分方程求解有害物浓度随时间的变化曲线有害物浓度随时间的变化曲线0)exp(,0fVLddy或0202yyxLyyyLxyss0yyKxLs风量公式：风量公式：稳定状态下：稳定状态下：考虑到室内有害物分布及通风气流的不均匀性，增大安全系数考虑到室内有害物分布及通风气流的不均匀性，增大安全系数K=3K=31010，则，则y ys s有害物安全浓度值有害物安全浓度值)exp(ln

8、| )ln(112010201000)(2100210fffyyfLyxLyLyxLydyyfLyxLydyVLLyxLyLyxLyVLLyxLyLyxLyVLyxLyLVdLVd存在多种有害物时风量确定原则：存在多种有害物时风量确定原则：（1 1） 分别求出排除每种有害物风量分别求出排除每种有害物风量L Li i 毒性相加作用的有害物：毒性相加作用的有害物：若车间同时散发多种若车间同时散发多种有机溶剂有机溶剂蒸气蒸气( (苯类化合物、醇、酯类等苯类化合物、醇、酯类等) )，或多种，或多种刺激性气体刺激性气体(SO2(SO2、HClHCl、HFHF、COCO、NOxNOx及其盐类等及其盐类等)

9、 )，实际换气量应是每一种有，实际换气量应是每一种有害气体所需换气量的总和。害气体所需换气量的总和。 ：L=LL=Li i 毒性无相加作用的有害物：毒性无相加作用的有害物：取最大者为风量计算式：取最大者为风量计算式：L=maxLL=maxLi i fQnV通风量，通风量，m3/h 换气次数，次换气次数，次/h，一般取，一般取68次次/h 通风房间体积，通风房间体积，m3 【例例2-1】 某车间同时散发几种有机溶剂的蒸汽，它们的散某车间同时散发几种有机溶剂的蒸汽，它们的散发量分别为：苯发量分别为：苯 2kg/h；醋酸乙脂；醋酸乙脂 1.2kg/h；乙醇；乙醇 0.5kg/h。已知。已知该车间消除

10、余热所需的全面通风量为该车间消除余热所需的全面通风量为50m3/s。求该车间所需的。求该车间所需的全面通风量。全面通风量。【解解】由附录由附录2查得三种溶剂蒸汽的容许浓度为：查得三种溶剂蒸汽的容许浓度为： 苯苯 40mg/m3；醋酸乙脂；醋酸乙脂 300mg/m3；乙醇，未作规定，；乙醇，未作规定，不计风量。不计风量。 进风为清洁空气，上述三种溶剂蒸汽的浓度为零。取安进风为清洁空气，上述三种溶剂蒸汽的浓度为零。取安全系数全系数K6。按公式计算把三种溶剂的蒸汽稀释到容许浓度所。按公式计算把三种溶剂的蒸汽稀释到容许浓度所需的通风量。需的通风量。0yyKxLssmyyXL/34.83)040(360

11、01026360211苯smyyXL/67. 6)0300(3600102 . 16360222醋酸乙脂03L乙醇 因为几种溶剂同时散发对人体危害作用相同的蒸汽，所需风量为各自风量之和，即smLLLL/01.9067. 634.833321 这风量已能满足消除余热的需要，故该车间所需的全面通风量为90.01 m3/s。2.1.3 有害物散发量的计算有害物散发量的计算2.1.4 全面通风的气流组织全面通风的气流组织合理的气流组织理的气流组织：使送入室内的新鲜空气以：使送入室内的新鲜空气以最短的路程最短的路程流到工流到工作区，使污浊空气以作区，使污浊空气以最短的路程最短的路程排出室外。避免有害物向

12、工作排出室外。避免有害物向工作区区弥漫和二次扩散弥漫和二次扩散。一般送风采用一般送风采用后送风后送风，即是从工作人员的后下方送风，而排风，即是从工作人员的后下方送风，而排风则设在人员的上前方，而且排风必须采用排风罩进行局部排风，则设在人员的上前方，而且排风必须采用排风罩进行局部排风，这样的气流组织能够有效地排走有害气体这样的气流组织能够有效地排走有害气体气流组织原则：气流组织原则： 能能避免避免把害物吹向作业人员操作区；把害物吹向作业人员操作区； 能能有效有效地从污染源附近或有害物浓度最大的区域排出污染地从污染源附近或有害物浓度最大的区域排出污染空气；空气； 能能确保确保在整个房间内进风气流均

13、匀分布在整个房间内进风气流均匀分布, ,尽量减少尽量减少涡流区涡流区。气流组织的比较气流组织的比较2.1.5 空气平衡和热平衡空气平衡和热平衡空气温度空气温度 t = 22 +/- 3C 室内的室内的进风和排风进风和排风是多通道的是多通道的, , 既有由通风系统产生的有组织的进排既有由通风系统产生的有组织的进排风风, , 也有从缝隙也有从缝隙, , 窗户窗户, , 门洞等产生的无组织进排风门洞等产生的无组织进排风, ,是是机械通风与自然通机械通风与自然通风风的共同作用结果的共同作用结果, ,根据根据“物质平衡物质平衡”原理原理, , 各种进风量与各种排风量应相各种进风量与各种排风量应相等等.

14、.这就是室内风量平衡的原则。其表达式为这就是室内风量平衡的原则。其表达式为: : q qmzjmzj + q + qmjjmjj = q = qmzp mzp + q+ qmjp (kg/s)mjp (kg/s)当当q qmjjmjj=q=qmjpmjp时时: :室内外压差为零，适用于无特殊要求车间室内外压差为零，适用于无特殊要求车间当当q qmjjmjj q qmjpmjp时时: :室内处于正压状态，适用于洁净度要求高的车间室内处于正压状态，适用于洁净度要求高的车间在通风房间出于正压状态时，室内一部分空气总会通过房间的窗户、门洞、在通风房间出于正压状态时，室内一部分空气总会通过房间的窗户、门

15、洞、或不严密的缝隙流到室外。渗透到室外的这部分空气量称为或不严密的缝隙流到室外。渗透到室外的这部分空气量称为无组织排风量无组织排风量。 当当q qmjjmjj q qmjpmjp时时: :室内处于负压状态，适用于室内处于负压状态，适用于产生污染的车间产生污染的车间室内压差必须是负的，由此来确保室内压差必须是负的，由此来确保室内污染不被扩散到其它房间内室内污染不被扩散到其它房间内排风柜排风柜排风柜排风柜YES !NO !化学实验室必须处在负压状态下化学实验室必须处在负压状态下排风柜排排风柜排风量风量排风柜送风排风柜送风量量全面送风量全面送风量全面排风全面排风量量2.2 2.2 置换通风置换通风

16、有别于传统的混合通风的混合有别于传统的混合通风的混合稀释稀释原理，原理，置换通风置换通风是通过是通过把较低风速（紊流度）的新鲜空气送入人员工作区，利用把较低风速（紊流度）的新鲜空气送入人员工作区，利用挤压挤压的原理把污染空气挤到上部空间排走的通风方法，它能在改善的原理把污染空气挤到上部空间排走的通风方法，它能在改善室内空气品质的基础上与辐射吊顶（地板）技术结合实现节能室内空气品质的基础上与辐射吊顶（地板）技术结合实现节能的目的。的目的。两种通风方式的原理两种通风方式的原理 ( (左：混和通风；左：混和通风； 右：置换通风右：置换通风 ) ) 热源工 作 区 域上 部 区 域送风口界 面排 风

17、口2.2.2 置换通风的原理置换通风的原理置换通风以较低的温度从地置换通风以较低的温度从地板附近把空气送入室内，风板附近把空气送入室内，风速的平均值及湍流度均比较速的平均值及湍流度均比较小，由于送风层的温度较低，小，由于送风层的温度较低，密度较大，会沿着整个地板密度较大，会沿着整个地板蔓延开来。蔓延开来。室内的热源在挤压流中产生室内的热源在挤压流中产生浮生气流，浮生气流会不断浮生气流，浮生气流会不断卷吸室内的空气向上运动。卷吸室内的空气向上运动。2.2.3 置换通风的特性置换通风的特性 1. 1. 置换通风房间内的自然对流：置换通风房间内的热源置换通风房间内的自然对流：置换通风房间内的热源有有

18、工作人员、办公设备和机械设备工作人员、办公设备和机械设备三大类三大类2. 2. 置换通风房间室内温度、速度与浓度的分布置换通风房间室内温度、速度与浓度的分布置换通风房间底部温度低、上部温度高，室内温度梯度形置换通风房间底部温度低、上部温度高，室内温度梯度形成了脚寒头暖的局面，因此，应控制离地面成了脚寒头暖的局面，因此，应控制离地面0.10.1到到1.1m1.1m之间之间温差不能超过人体所容许的程度温差不能超过人体所容许的程度3. 3. 置换通风房间的热力分层置换通风房间的热力分层置换通风是利用置换通风是利用空气密度差空气密度差在室内形成的由下而上的通风在室内形成的由下而上的通风气流。气流。 混

19、合通风 置换通风 气流组织形式 目标 全室参数一致 人员活动区空气质量 气流动力 气流动量控制 浮力控制 机理 气流强烈掺混 气流扩散浮力提升 气流分布特性 上下均匀 气流分层 流态 高紊流 低紊流或层流 措施 1 大温差，高风速 小温差，低风速 2 上送，上回 下侧送，上回 3 风口掺混性好 风口扩散性好 4 风口紊流系数大 风口紊流小 效果 1 消除全室负荷 （余热、污染物） 消除人员活动区负荷 （余热、污染物） 2 空气品质接近回风 空气品质接近送风 两种通风方式的综合比较两种通风方式的综合比较 混合通风混合通风 置换通风置换通风 两种通风方式排污能力的比较两种通风方式排污能力的比较 风量：风量：50m3/h，CO2浓度：浓度：600ppmspyyxLxpysy