車間通風體系分析與改進

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本文作者：于航徐文華儲嘉銘孟二林作者單位：同濟大學暖通空調及燃氣研究所

通風量測試分析

通風系統測試結果見表2。車間的總排風量為749010m3/h，其中屋頂排風機的排風量為576000m3/h，占總排風量的76.9%，說明污染源散發的污染物大部分先在車間內擴散后才能排出室外，在此流動過程中污染了車間環境。車間的總進風量包括新風機風量、空調箱新風、通過大門的自然進風及各種形式的滲透風量。測試結果表明，大門的自然進風量占總排風量的一半以上（57.9%），由此可以推測，在空調季節大門關閉的情況下總進風量將減少，導致廠房內負壓增大和排風量減少，加劇室內空氣污染。

通風系統改造方案

工業廠房常用的通風方式有全面通風和局部通風，全面通風又分為自然通風和機械通風。全面通風是對車間內實行全面通風換氣，所需通風量一般比較大。自然通風是利用廠房內外空氣的密度差引起的熱壓或者風力造成的風壓促使空氣流動而進行的通風換氣。對于大型工業廠房，“局部排風+全面通風”是一種既有效又節能的通風系統形式[4]。根據對車間通風系統的測試和評估結果，該車間以全面通風為主，雖然車間的通風換氣次數已達3.2次，但是對污染物的控制效果不佳，導致車間內油霧污染現象比較嚴重。根據分析，其主要原因是現有全面通風的氣流組織方式不利于對污染源的控制，造成污染物擴散使整個車間的空氣均受到污染，部分區域的污染情況尤為嚴重。根據《采暖通風與空氣調節設計規范》的規定“，從上部區域進行自然或機械的全面排風，其排風量不應小于每小時1次換氣；當房間高度大于6m時，排風量可按6m3（/h•m2）計算”。據此計算，該車間通過屋頂通風機的排風量應為156000m3/h，而屋頂風機的實測排風量高達576000m3/h，造成能量的大量浪費。針對該車間通風系統現狀，可供選擇的改造方案有兩種：

方案1：加大全面通風量。通過增加整個車間的通風換氣次數，使得污染物進一步被稀釋并排出室外。但由于工作區一般都在車間的下部區域，提高整個車間通風量不僅沒有必要，而且還會帶來風機能耗的增加。在空調季節，如果全面通風量太大還將造成空調系統冷熱量的損失，降低室內舒適度。

方案2：將全面通風為主改造成以局部通風為主的通風方式，即在污染物散發集中的區域加裝局部排風系統，使得污染物就地被捕捉并盡快排出室外。該方案的優點是以工作區的空氣品質為控制對象，能夠很好地控制污染源，同時還可以減小全面通風量，收到節能效果。設在車間下部的局部排風系統還有助于改善車間的空調氣流組織，在工作區營造更為舒適的溫濕度環境。

采用模擬計算方法對方案1和方案2的污染控制效果進行了比較。從圖1（a）中可以看出，在屋頂增加排風機能夠降低廠房40%左右的污染物濃度，同時降低工作區域27.5%的污染物濃度。而加設局部排氣罩的方案（圖1（b））則能使廠房和工作區域污染物濃度均降低到原濃度的5%以下，局部排氣罩對污染物的控制效果好于屋頂排風機。經綜合比較本次改造采用了方案2，即按照“就地捕集、集中排放”的原則[5]制定通風系統改造方案。

通風系統改造和評估

按照“就地捕捉，集中排放”的原則，在分散污染源上方分別加裝了局部排風罩，并考慮同時使用、就近布置、現場管道和設備的布置條件等原則組成若干局部機械排風系統，加強對污染源的控制。同時合理調整原先屋頂排風設備的形式、數量和位置，將全面通風為主的通風方式改造成“局部排風為主、全面通風為輔”的通風方式。改造工程中也存在個別設備由于操作與空間等限制原因，局部排風罩未能安裝在污染源的上方，觀察發現對污染物的控制效果較差。系統改造完成后，對系統改造的實際效果進行了對比實測評估。測試時間為2011年4月25日（晴），主要測試了車間的污染物濃度及室內溫濕度，測點位置與調研測試時相同。選擇測點時，為了避免室內自然對流風速對測試結果的影響，所有測點均選在靠近污染源且避風的位置（圖2）。系統改造前后污染物濃度的實測結果見圖3。

從測試結果可以看出，大多數測點的油霧及粉塵濃度已很難檢測到，圖3中部分實測數據為負值的原因，一方面說明室內油霧及粉塵濃度極低，另一方面可能是在采樣過程中，因空氣流動帶走濾紙的水分或微小紙屑等，導致采樣濾紙的質量減小。圖4和圖5是通風系統改造前后車間溫濕度的實測結果。可以看出，工作區的空氣溫度和相對濕度分布更加均勻，空調效果更好。在測試的同時還對車間工人進行了現場訪談，主要詢問通風系統改造前后對環境的控制效果評價，員工普遍認可系統改造取得了顯著效果。

總結

通過對某機械加工車間通風系統的成功改造，有以下體會可供同行參考：

1）改造工程首先要進行認真的問題診斷和分析。在制定改造方案前，不僅多次聽取了車間管理人員及操作工人的反映，還在現場調研的基礎上認真制定了詳細測試方案，通過實測獲得了大量原始數據，為正確制定改造方案奠定了基礎。

2）原系統以全面通風為主，污染物先散發到車間內然后通過屋頂排放，由于通風換氣次數不足并明顯受室外氣象條件影響，車間內空氣污染嚴重?，F按照“就地捕捉，集中排放”的原則改為“局部排風為主、全面通風為輔”，有效解決了車間內空氣污染問題，說明高大車間采用何種通風方式應當根據具體情況認真分析才能達到控制效果。對類似本工程對象的污染源集中在車間下部、自然進風條件差、且空調設備布置在車間高度中部的情況，還是應當以就地捕集污染物的局部機械通風方式為主。

3）在增加局部排風系統后，取消了原先布置不合理和效果不佳的部分屋頂排風設備，車間總的通風換氣次數變化不大，但氣流組織的性質卻發生了本質變化，排風位置更靠近污染源，對污染空氣的控制效果更好。增加工作區域的換氣次數，減少非工作區域的換氣次數，不僅提高了通風效果，而且與為達到同樣控制效果而增加全面通風量相比，系統能耗可以減少。

4）系統改造完成后，應當重視運行管理問題，在系統運行時根據設備運行情況及時調整通風系統的啟停與通風量（包括局部和全面通風系統）可收到更好的節能效果。