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1、通风工程,课程大纲,1.通风工程基本概念介绍 2.空气相关理论特性介绍 3.整体换气系统介绍 4.局部排气通风系统介绍 5.气罩的选择与设计 6.风管的种类与空气流体行为 7.风机的设计与选择 8.局部排气系统之设计与压损计算 9.换气与空调系统 10. 追踪气体量测技术 11. 通风系统之设计、安装与测试. 12.通风工程实际应用实务介绍,1.通风工程基本概念介绍,通风工程的意义:藉由供给或排除空气，调节环境空气品质。 通风工程目的: 1.排除作业环境之有害气体 2.作业环境中舒适性的控制 3.防止火灾和爆炸的发生 4.提供较高质量的作业环境,给排气系统,工业通风,局部排气系统 (Local
2、 exhaust system),气罩(Hood),风管(Duct),污染防制设备,排风扇(Fan),整体换气系统 (General displacement),自然通风系统 (Natural ventilation),机械通风系统(Mechanical ventilation),给气系统,排气系统,工业通风系统种类图标图,整体换气,定义:在作业厂所产生污染物时，在污染物到达人员呼吸范围前加以稀释排除，以降低人员伤害。,红色圆点代表劳工 浅蓝色方块代表各加工站 排气风扇则以带箭号（用以指示风向）的绿色图案表示,局部换气,定义:指将一具有高浓度、有毒性、腐蚀性、可燃性等空气污染源趁其未扩散前利用
3、吸气流将其补及排出处理。,通风效率与捕集效率,通风效率（Ventilation efficiency）:进排气口处与室内污染物平均浓度差异。,:整体通风效率 Ce:排气口污染物稳态浓度 Cs:进气口污染物稳态浓度 :污染物平均稳态浓度,整体通风效率:,工业通风的问题与特征,工业通风的问题可由观察逸散源、工作者行为及空气动向得知。,2.空气相关理论介绍,所有通风系统中空气皆是控制媒介。 空气组成成分:气体、蒸气、和气胶等物质。空气的性质:质量、重量、密度、温度、黏度等性质。,风管内之静压、动压与全压图,常用压力单位: 1atm=1.0333 kgf/cm2=1.0133105 N/m2=1.01
4、33 bar=14.7 psi=10.333 mH2O(水柱)=760 mmHg,Q=VA(质量守衡连续方程)Q是体积流率V是速度A是面积,体积流率,动压和速度压的关系,大约300年前，伯努利成功的描述动压与速度之间的关系。在调整成我们常用的单位后，它们的关系可以用下面的公式描述：,英制(inH2O);(ft/min),公制(mmH2O);(m/sec),空气中的气胶,气胶的产生方式:机械式、化学式、空气移动、混合。 气胶的沈积:当知道粒子的沉积速度，也就可以知道最后的速度由Stokes定律推导出：,(mps),(fpm),标准环境下，当苯蒸发到空气中，可占多少空间？苯的分子重量为78，因此，
5、一磅莫耳的苯重78磅。假如78磅全部蒸发，在标准环境下，会充满387ft3的空间。而且，假如在标准环境下一克莫耳被蒸发，会充满24.1公升的空间。 甲烷CH4一穆尔分子重16g，会充满24.1公升空间，所以当0.5g甲烷全被蒸发会充满多少空间？0.5/1624.1公升,蒸气源,3.整体换气系统介绍,定义:作业厂所内有害物质发生源所产生的污染物，在尚未到达作业人员呼吸区(约鼻孔周围12立方英呎之呼吸空间)，导入新鲜空气稀释，使污染物浓度降低制作业环境浓度以下。 整体换气:自然换气、机械换气,自然换气,定义:自然换气方式为不使用机械动力的换气方式。 优点:比机械换气省钱 缺点:不易获得预期的换气效
6、果 注:所以自然换气会以动力机械换气装置辅助如送风机、排气机等已达到预期效果 换气方法:风力换气法、温度差换气法、风力与温度差倂用法、分子扩散法、惯性力排除法。,自然换气：主要是利用温差或风力的方式交换室内外空气，利用自然通风的方式成本低，几乎不需要运转费用，但换气量受温度及室外风速等因子影响而较难控制， 故使用受限制效率低。,气楼通风(太子楼),屋顶涡流自然通风,风压作用下的自然通风,1.风压,室外气流吹过建筑物时，气流将发生绕流。在建筑物附近的平均风速随建筑物高度的增加而增加。迎风面的风速和风的紊流度对气流的流动状况和建筑物表面及周围的压力分布影响很大。由于气流的撞击作用，迎风面静压力高于
7、大气压力，处于正压状态。在一般情况下，风向与该平面的夹角大于30时，会形成正压区。,室外气流发生建筑绕流时，在建筑物的顶部和后侧形成旋涡。屋顶上部的涡流区称为回流空隙，建筑物背风面的涡流区称为回旋气流区。根据流体力学原理这两个区域的静压力均低于大气压力，形成负压区，我们把它们统称为空气动力阴影区。由于室外空气流动造成的建筑物各表面相对未扰动气流的静压力变化，即风的作用在建筑物表面所形成的空气静压力变化称为风压。,机械换气,定义:顾名思义就是以机械来代替自然排气达到所要的效果优点:依需求可以控制换气动力位置可以更为灵活的做换气 缺点:技术要求较高、经济负担较大依动力装置可分:排气方式、给气方式、
8、给排气并用方式。,机械换气：主要是利用排风机强制空气流动达到换气的目的，利用排风机可单独对室内实施供气或单独排气，也可同时供气与排气，不同的组合各有不同的效果，虽然附加风机设备耗费能源，但换气效率较高。,整体换气效应讨论(续),补气风向与有害物,通风方式选择评估原则,1.决定可接受的暴露浓度。 2.污染源。 3.空间与气流的特性。 4.气候条件造成的影响。 5.员工工作习惯的特性。 6.预估需要的稀释空气量。,整体换气适用条件,适用条件： 污染源并无致命毒性 污染源最初为蒸气或气体，或为适于呼吸的大小 污染源始终发生于常态 污染源到处都是 污染源离人有一定距离 非高、低温条件 外在环境比工作场
9、合干净,不适用条件： 污染源具有高度毒性 污染源为大颗粒 只有部分环境具有污染源 为局部的大污染源 工作人员在污染源附近 建筑物在特殊气候中 污染源使得附近环境变的恶劣 即使暴露量低于TLV或PEL，但还是导致污染源浓度过高而使人员发生过敏或身体不适,整体排气的目的,稀释排除有害污染物 控制作业环境温度 供给补充新鲜空气 提供舒适之作业厂所 预防火灾与爆炸,空气的置换,流率，及ACH代表了每小时空气的置换量。有时设计规范会要求含有可燃物的空间内ACH=6。理论上，空气的替换指的是整个空间内的空气都需被替换。实际上，更换的只不过是局部的地方罢了。,每小时空气的置换量是种较古老也较不实用的通风量测
10、方法。其公式如下：英制 公制其中： N是每小时空气的替换数 Q是空气体积流率【USacfm, SIacms】 Vr是空间容积【UScubic feel, SEcubic meters】,4.局部排气通风系统介绍,局部换气系统能在污染物侵入工作场所前补集污染源或是污染源附近区域的逸散物。 目前有两种主要的局部换气系统： 1.制程废气排除 2.公共卫生排气,可能考虑采局部排气系统的条件,1.无法实施合乎成本效益的控制时。 2.污染物是具有危险的。 3.员工位于污染源的邻近区域。 4.逸散率随时间而变。 5.污染物是大或小时（与污染源太小、太多或是容易消失不同）。 6.污染源有固定倾向（与流动性不同
11、）。 7.规则或标准要求局部换气是需要的设备。,局部排气系统之基本组成组件,1.气罩（Hood） 2.管路（Piping） 3.风机（Fan） 4.空气滤清器（Air cleaner）5.排气管（Stack）,静压(Static Pressure),静压:在局部排气系统中，风机上游处创造了一个比大气压力还低的低压区，由于压力在气罩内降低使气罩内形成负压区，空气被吸入气罩推入管内，则此低压即为静压。,局部排气的静压分布,下图显示在局部排气系统中的静压分布情形。注 意在空气接近风机时其静压值是增加的。相反 的，当空气接近大气时静压亦接近零。,局部排气的压力损失,管路摩擦损失 经由肘部、收缩管、扩张
12、管、孔口处造成的损失 进入歧管或滤清器的损失 气罩扰流或束缩面造成的损失 风机系统效率造成的损失 风门、阀、孔口、空气滤清器、气罩等特殊装置造成的损失 其他装置例如特殊的气流控制装置、排气管、消音器或是其他的装置造成的损失,局部排气的静压损失,静压损失可直接由管路速度压直接求得。（但滤清器除外） 损失通常用两种形式描述之：水柱高和速度压的百分比以下的方程式可以用来求得静压损失和平均管路速度压PV间的关系： PSL= KLOSS PV d其中： PSL=静压损失 【英吋 水柱 or 公厘 水柱】 KLOSS=损失系数，由实验值决定 PV =管路中平均速度压 【英吋 水柱 or 公厘 水柱】d =
13、密度修正系数,肘管损失,空气经过肘管或歧管会导致耗尽了静压（进入肘 管将造成损失）。原因很复杂，但我们所必须做 的是减低方向的改变、摩擦力、震动造成的损 失，扰动的影响，或是外部空气串联而成的气墙 所造成的损失。,T型歧管损失,分歧管的损失，有时会称T型损失或三角损失， 有两种估算的方法。按照美国职业卫生协会的方 法，损失被假设为只发生在歧管中。要注意的 是，当歧管角度增加，损失系数也跟着增加。45 度的歧管损失系数K0.28。已修正过的美国职业卫生学会方法对于计算风 管接合处之压损，（例如，歧管通常小于主要管 路，入口通常在逐渐变细的锥管中间，此锥管角 度不超过15度，诸如此类），而角度并不
14、会高于 45度。,分歧管压力损失细数表,其他损失,在通风系统中还有其他的静压损失。 气罩入口 风机系统效能损失 渐缩渐扩管损失 空气滤清器的损失 排气口损失等等,局部排气概说,依空气中有害物移动过程,室内污染源有害物溢散到空气中有害物流入气罩含有有害物的空气沿着气罩导管前进汇合其他气罩导管的气流流经空气清洁装置过滤后气体流经排气机沿排气导管上升到室外由垂直排气口或烟囱排出室外。,一个局部排气系统，风机会使气罩内变成负压区。大气压力会使空气进入气罩内，并使输送管内的压力趋近于平衡。,在气罩以内，所有可利用的静压都转换成速度压及气罩的进入损失。此”气罩内静压”，SPh，转换成速度压VP及空气进入气
15、罩的压力损失，He(气罩损失)。,可用下列的方程式描述之： 或,进入气罩的压力损失（he）就是从气罩面到导管内量测点所有损失的总合,heKVPd,局部排气概说(续),控制风速Vc 与补集风速Vc 的概念,外装式气罩的抽气风速越高，补集效率越佳,P,Vc,Vg=0,Vg,Vc,捕捉点,P,X,X,飞散限界点,发散源,开口面,局部排气概说(续),为什么气罩会有压损？,改变动量(方向与速度) 气体分子摩擦,局部排气概说(续),实际使用的外装式气罩,沟槽型,百叶型,长方形型,格条型,圆形,长方形,向上吸引型外装式气罩,向下吸引型外装式气罩,侧向吸引型外装式气罩,局部排气概说(续),实际使用的包围式气罩,包围型气罩：发生源在气罩里面者。,覆盖式,套箱式,气柜型,建筑冈亭型,一般包围式气罩,密闭手套箱 (密闭取决于什么?),观察窗,局部排气概说(续),实际使用的包围式气罩(排气柜),局部排气概说(续),吹吸式气罩,气罩设置分为：吹出气罩吹出气流将污染有害物吸入气罩：而吸入气罩将吹出气流及污染有害物吸入气罩内。,局部排气概说(续),那个作法比较好?,局部排气概说(续),那个作法比较好?,整流板,局部排气概说(续),那个作法比较好?,5.气罩的选择与设计,
