第四章潔凈室塵粒分布計算理論第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日吊頂過濾器（高效）三級潔凈室空調(diào)系統(tǒng)

新風(fēng)機組前級過濾器新風(fēng)機組中級過濾器

循環(huán)機組前級過濾器（中效）新風(fēng)機組循環(huán)機組前級過濾器中級過濾器前級過濾器潔凈室第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日1）在采用一次回風(fēng)時，風(fēng)機也可設(shè)在溫濕度處理室之前。2）當系統(tǒng)阻力較大等原因，回風(fēng)管可設(shè)回風(fēng)機。3）中效過濾器一般設(shè)置在系統(tǒng)的正壓段，以防止外界空氣滲入系統(tǒng)。4）高效過濾器應(yīng)布置在靠近潔凈室的送風(fēng)口。5）為防止系統(tǒng)停止運行后外空氣經(jīng)回風(fēng)管進入潔凈室，可在新風(fēng)入口管段設(shè)置電動密閉閥或中效過濾器，或在風(fēng)機處并聯(lián)一個維持潔凈室正壓的值班風(fēng)機。6）凡生產(chǎn)中產(chǎn)生大量有害物質(zhì)且局部處理不能滿足衛(wèi)生要求，或?qū)ζ渌ば蛴形：r，則不能回風(fēng)，采用直流式凈化系統(tǒng)。7）單向流和非單向流潔凈室間以及運行班次和使用時間不同的潔凈室，其凈化空調(diào)系統(tǒng)均直分開設(shè)置。系統(tǒng)說明：第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.亂流潔凈室含塵濃度計算式系統(tǒng)假設(shè)：認為室內(nèi)含塵濃度是均勻分布的；假設(shè)通風(fēng)是穩(wěn)定的；發(fā)塵量是常數(shù)；大氣層濃度也是常數(shù)；忽略室內(nèi)外灰塵的密度和分散度的變化對過濾器效率的影響；忽略灰塵在管路系統(tǒng)和室內(nèi)的沉降作用等。則通路上過濾器的總效率為ηn如果新風(fēng)路上有過濾器的組合，則η1第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日

根據(jù)上述圖示和一系列假設(shè)，進入潔凈室內(nèi)的塵粒應(yīng)由3部分組成：（1）新風(fēng)帶進室內(nèi)的塵粒：在Δt時間內(nèi)每升空氣由新風(fēng)而增加的塵粒數(shù)量為：（2）由回風(fēng)帶進室內(nèi)的塵粒：在Δt時間內(nèi)，由回風(fēng)而增加的塵粒數(shù)為：（3）在Δt時間內(nèi)：①室內(nèi)發(fā)塵而使室內(nèi)每升空氣增加的塵粒數(shù)量為G×10-3Δt(pc/L)；②在Δt時間內(nèi)室內(nèi)每升空氣由通風(fēng)換氣排出的塵粒數(shù)量為：粒/L粒/L粒/L第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日

由以上分析可知，在Δt時間內(nèi)潔凈室內(nèi)含塵濃度的變化為：ΔNt=進入的含塵濃度－排出的含塵濃度=

＋

＋G×10-3Δt】－

根據(jù)初始條件，當t=0時，室內(nèi)的含塵濃度即為潔凈室原始含塵濃度N0,將此條件帶入上式即可求出積分常數(shù)C，之后再帶回原式即可求得潔凈室含塵濃度瞬時式為：即t→∞時，從理論上講，室內(nèi)的含塵濃度趨于穩(wěn)定狀態(tài)。即：

應(yīng)用此式時，需要注意系統(tǒng)中哪些過濾器組合效率是ηn，哪些是ηr，就可以較方便的列出某一系統(tǒng)的穩(wěn)定式。單室濃度穩(wěn)定式：第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日各種過濾器不同布置的系統(tǒng)：第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日含塵濃度瞬時式和穩(wěn)定式的關(guān)系：凈化過程：污染過程：瞬時式和穩(wěn)定式的關(guān)系式：第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.多室、有局部凈化設(shè)備時的含塵濃度計算（1）多室含塵濃度計算。圖為多室并聯(lián)的情況。設(shè)第1潔凈室的含塵濃度N1=3pc/L，第2潔凈室N2=3000pc/L。

一般多室系統(tǒng)總回風(fēng)的含塵濃度不會超過該系統(tǒng)最臟的1個潔凈室的含塵濃度，就本圖而言，則不會超過N2=3000pc/L。若假定3000pc/L就是總回風(fēng)含塵濃度，即比N1提高1000倍。所以對于多室系統(tǒng)的1室來說，極端情況相當于在回風(fēng)含塵濃度提出1000倍條件下的單室系統(tǒng)的運行。其含塵濃度平衡方程式為：

化簡得：

式中，N1—多室系統(tǒng)1室的含塵濃度，pc/L。NsQs第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日

由于回風(fēng)通路上設(shè)有高效過濾器，對于不小于0.5um塵粒的效率達ηr=0.99999,則式（6.21）中1-ηr=0.00001，即：[1－103×s(1－ηr)]≈[1－s(1－ηr)]≈1。N1≈N

式中N—單室系統(tǒng)時的含塵濃度。上述分析推導(dǎo)說明，對于末級過濾器是高效過濾器的空氣凈化系統(tǒng)，則不管是多室系統(tǒng)還是單室系統(tǒng)，均可按單室的穩(wěn)定式求多室系統(tǒng)中各室的穩(wěn)定含塵濃度。

（2）有局部凈化設(shè)備時的含塵濃度計算列出穩(wěn)定狀態(tài)時的濃度平衡方程式：第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日化簡得：進一步化簡得：因η’≈1，而上式又可寫成：最后化簡得：單向流(層流)潔凈室含塵濃度計算：

1.單向流潔凈室內(nèi)人的發(fā)塵可以不考慮；

2.回風(fēng)帶入的塵粒也可忽略。第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.潔凈室不均勻分布的影響因素：1）氣流組織的影響算值高得多。2）送風(fēng)口數(shù)量的影響§4-2不均勻分布理論計算法第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日3）換氣次數(shù)的影響4）送風(fēng)口型式的影響第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日4）送風(fēng)口型式的影響第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.不均勻分布理論分析

假定發(fā)塵量是均勻的、穩(wěn)定的，只是塵粒分布不均勻，即室內(nèi)各區(qū)域存在著的濃度差。

下面將針對單個送風(fēng)口的房間的3區(qū)不均勻分布模型給予理論分析,如右圖所示。三區(qū)不均勻分布模型

⑴.在主流區(qū)內(nèi)，由于工作區(qū)以上有一定風(fēng)速，塵源

是不可能逆著氣流均勻擴散的。主流區(qū)內(nèi)的塵源散發(fā)出的塵粒將隨著氣流稍有擴展地沿氣流方向運動，進入回風(fēng)區(qū)并在該區(qū)得到一定程度的混合，一部分由回風(fēng)口排出，一部分折回渦流區(qū)，在渦流區(qū)內(nèi)分布，并隨著主流區(qū)引帶的氣流較均勻地貫穿整個主流區(qū)。

第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日下表列出了室內(nèi)塵粒分布的不均勻性和區(qū)域間濃度比變化。工作區(qū)濃度和回風(fēng)區(qū)濃度的比率(Na/Nc)表：離地面高度/m0.40.80.91

≥

塵?？倲?shù)/（pc/L）87646159對0.4m處濃度的比率/%--747067

塵粒總數(shù)/(pc/L)41322928對0.4m處濃度的比率/%--787068⑵.主流區(qū)內(nèi)塵源散發(fā)的塵粒，一部分隨渦流由下而上，再由上而下較均勻地進入送風(fēng)氣流的全邊界層內(nèi)。⑶.有一含塵濃度不同于主流區(qū)和渦流的回風(fēng)口區(qū)存在。第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.不均勻分布理論計算設(shè)：G：單位容積發(fā)塵量，粒/m3，m·minGa：主流區(qū)發(fā)塵量。粒/minGb：渦流區(qū)發(fā)塵量。粒/minGo：總發(fā)塵量（粒/min）Go=Ga+GbQ`：渦流區(qū)至主流區(qū)的引帶風(fēng)量，L/minQ：送風(fēng)量，L/minVa：主流區(qū)容積，LVb：渦流區(qū)容積，LV：潔凈室容積，LNa:主流區(qū)的含塵濃度，粒/LNb:渦流區(qū)的含塵濃度，粒/LNs:送風(fēng)含塵濃度，粒/L第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日對于主流區(qū)：

對于渦流區(qū)：則不均勻分布含塵濃度的公式為：主流區(qū)含塵濃度：渦流區(qū)含塵濃度：由回風(fēng)流動規(guī)律可知，回風(fēng)區(qū)范圍很小，可以忽略。所以，潔凈室的平均含塵濃度：第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日

式中：---潔凈室平均含塵濃度，pc/L；

---送風(fēng)含塵濃度，pc/L?？砂聪率接嬎悖?/p>

式中：---系統(tǒng)中回風(fēng)含塵濃度。由于Nr<<M

，所以上式分子左邊一項比右邊一項小得多，故上式可寫成：

---主流區(qū)發(fā)塵量與總發(fā)塵量之比；

---渦流區(qū)到主流區(qū)的引帶風(fēng)量與送風(fēng)量之比。第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日潔凈室含塵濃度

通式的物理意義是：

在式中，部分即為塵粒均勻分布條件下的含塵濃度。剩下部分令其為不均勻系數(shù)。則：

由上式可以看出，按不均勻分布理論計算的含塵濃度等于按均勻分布理論計算的含塵濃度N乘以不均勻系數(shù)Ψ。

為了便于計算，根據(jù)上述理論公式和實際使用條件，繪制成室內(nèi)含塵濃度和換氣次數(shù)關(guān)系曲線圖，如圖6-30所示，可查此圖計算。如果已知潔凈室要求達到的含塵濃度，而求換氣次數(shù)：即

第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日均勻分布計算和不均勻分布計算的對比若β、φ、不便于確定時，ψ可由下表確定：換氣次數(shù)n1020406080100120140160180200ψ1.51.221.161.060.990.90.650.510.510.430.43第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日潔凈室特性一.靜態(tài)特性曲線第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日靜態(tài)特性（均勻分布）曲線的結(jié)論1.在M≤粒/L以內(nèi)，大氣塵濃度的波動對于末級過濾器是高效過濾器的100級及以下的潔凈室的含塵濃度影響極小。4.2.對于末級過濾器是中效過濾器的潔凈室，室內(nèi)含塵濃度完全隨著大氣塵濃度的波動而變化。3.室內(nèi)單位容積發(fā)塵量G變化時，對潔凈室含塵濃度的影響，隨著末級過濾器效率的提高而增加。第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日Vb/V=0.3～0.9第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日動態(tài)特性（不均勻分布）曲線的結(jié)論第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日二.室內(nèi)空氣含塵濃度影響因素的分析1.過濾器的過濾效率對的影響由上式看出，對求偏導(dǎo)數(shù)小于零，說明是的減函數(shù)，即隨著的增大而減小、減小而增大。并且在確定的室外大氣含塵濃度條件下，室內(nèi)空氣含塵濃度與新風(fēng)量有關(guān)，隨著不同的新風(fēng)百分比，主過濾器效率對的影響也不同。

類似上述分析，可以分析新風(fēng)過濾器效率和回風(fēng)過濾器效率對的影響。第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日2室外大氣含塵濃度對的影響

從上式中很容易看出，除非空調(diào)系統(tǒng)在全回風(fēng)狀態(tài)下運行，即，否則，一定會隨著的增加而增大，隨著的減小而減小。而且新風(fēng)量越大，即新風(fēng)百分比越大，或主過濾器效率越低，則對的影響越大。

3新風(fēng)百分比對的影響根據(jù)上式，對求偏導(dǎo)數(shù)，整理后可得到：顯然，對求偏導(dǎo)數(shù)的正、負或零，由表達式來決定。當表達式為零時，即:第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日則對求偏導(dǎo)數(shù)為零，此時室內(nèi)空氣含塵濃度與新風(fēng)量無關(guān)。將上式入N的表達式，得：對應(yīng)的為：因此，該主過濾器效率即為該情況下的系統(tǒng)臨界過濾效率，該效率是新風(fēng)量對室內(nèi)空氣含塵濃度雙作用的轉(zhuǎn)折點。同時，室內(nèi)空氣含塵濃度還受到系統(tǒng)新風(fēng)過濾器效率和回風(fēng)過濾器效率的共同影響。4換氣次數(shù)n對N

的影響:根據(jù)N的表達式，N對n求偏導(dǎo)數(shù)，整理后可得到:第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日

由上式看出，N對n求偏導(dǎo)數(shù)小于零，說明N是n的遞減函數(shù)，即N隨著n的增大而減小、減小而增大。同時可以看出，換氣次數(shù)n（送風(fēng)量）越大，其變化對室內(nèi)空氣含塵濃度的影響越不明顯；室內(nèi)單位時間單位容積的產(chǎn)塵量越多，即G越大，則n對N的影響越明顯。5室內(nèi)單位時間單位容積的產(chǎn)塵量G對N的影響由N的表達式中很容易看出，在其它條件不變的情況下,G越大，則N越大，即N隨著G的增大而變大,G也是影響穩(wěn)定狀態(tài)下室內(nèi)空氣含塵濃度N的一個重要因素。第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日例1

某高效空氣凈化系統(tǒng)的潔凈室長、寬、高分別為6，5，2