【暖通学院】工业通风与除尘不得不看的基础知识

工业通风是控制车间粉尘、有害气体或蒸气和改善车间内微小气候的重要卫生技术措施之一。其主要作用在于排出作业地带污染的或潮湿、过热或过冷的空气，送入外界清洁空气，以改善作业场所空气环境。

工业通风按其动力来源分为自然通风和机械通风。自然通风依靠室内外空气温度差所形成的热压和室外风力所形成的风压而使空气流动;机械通风则依靠通风机所形成的通风系统内外压力差而使空气沿一定方向流动。

从通风作用范围来说，工业通风可分为局部通风操作的局部地区，其目的是改善工人操作区的条件;于工人操作岗位不固定的场所和改善整个车间环境。

从通风方式来说，工业通风又可分为排风和送风两类。排风是指用通风的方法将有害物质或湿、热空气排出车间，远离操作工人;而送风则是将车间外清洁空气送入车间，直接作用于操作工人或改善整个车间空气环境。

为控制车间内的粉尘、有害气体或蒸气，主要采用局部排风的方式。为改善车周内微小气候可采用局部或全面送风，也可采用局部排风的方式，具体选择需根据热源的大小和分布情况、生产特征和室外气象条件等因素而定. 

一、自然通风

(一)自然通风的基本原理

1.热压车间空气温度升高时，体积膨胀，密度减小。由于车间外空气温度低，密度较大，而造成车间内外空气重力差，即热压。而形成车间外空气从下部门窗向内流入，使车间内热空气从上部天窗排出，此现象即自然通风。室内外温差愈大，热压愈大，自然通风效果愈好.

热压自然通风换气虽的大小，除取决于室内外温差外，尚取决于进、排风口之间的距离。

P=h(p外一p内)

式中：P为热压(Pa);h为进、排风口之间的中心距离(m)：p外，p内为室外、内空气的密度(kg/m3)。

2.风压室外气流与建筑物相遇时，将发生绕流，经过一段距离后，气流才恢复平行流动，由于建筑物的阻挡，建筑物四周室外气流的压力分布将发生变化，迎风面气流受阻，动压降低，静压增高，侧面和背风面由于产生局部涡流，静压降低。和远处未受干扰的气流相比，这种静压的升高或降低统称为风压。静压升高，风压为正，称为正压，静压下降，风压为负，称为负压。

某一建筑物周围风压的分布与该建筑物的几何形状和室外风向有关.风向一定时，建筑物外围结构上某一点的风压可用下式表示：

P=KV2ρ/2

式中：P为风压(Pa);K为空气动力系数，迎风面为正值，背风面为负值;V为风速(m/s);ρ为室外空气密度(kg/m3)。

从上式可看出，风压的大小与风速的平方成正比，厂房的迎风面为正压，背风面为负压，故空气从厂房迎成面的门窗进入而从背风面的门窗流出形成自然通风。

实际上，热压和风压是同时起作用的。一般说，热压作用的变化较小，风压作用的变化较大;为了保证自然通风的效果，在实际设计与评价时，除根据热压外，在厂房布置上还应考虑风压的影响.

(二)全面自然通风的卫生学要求

1.建筑形式的选择

(1)以自然通风为主的热车间应尽量采用单跨厂房、单层厂房或开敞式厂房(即外墙开孔面积占外墙总面积的25%以上)。若因工艺要求需用多层或多跨厂房时，则要安排好热源和进、排风宙等设备的位置。

(2)进风窗下缘离地高度，一般采用0.3~1.2米，窗扇最好采用阻力小的立式中轴和对开窗，把气流直接导入工作地点。集中采暖地区，冬季自然通风的进风窗下缘应设在4m以上，以防冷空气直接流向工作地点。

(3)利用天窗排风的生产厂房，符合下列情况之一者，应采用避风天窗：①炎热地区室内散热量大于23W/m3时②其他地区，室内散热量大于35W/m3时③不允许气流倒灌时。避风天窗可以保证天窗排风口在任何风向下都处于负压区，使其起到排风作用。

目前常用的避风天窗有以下几种形式。

①矩形天窗：这是最常见的一种。其窗口集中在车间中部，采光面积大，便于热气流迅速排除。为保证天窗的排风效果，挡风板应采用最适合的尺寸。另外，档风板两端应封闭。当天窗较长时，尚应设横向隔板，间距不大于50m。在档风板上应设检查门，便于检修。

②下沉式天窗：其特点是将部分屋面下移，利用屋架本身高度(即上下弦之间空间)形成天窗。这种天窗又可分为纵向下沉式;横向下沉式和天井式天窗。

(4)利用排气管排风的广房，为了充分利用热压和风压的作用，其排风管出屋嵴后，应在管口上安装避风风帽。

2.厂房总平面布置

(1)厂房的主要进风面与夏季主导风向的角度一般应为60~90o;不宜小于45o。

(2)当风吹过建筑物时，迎风面的正压区和背风面的负压区均会延伸一定距离，距离的大小与建筑物的形状和高度有关。在这个距离内如果有较低矮的建筑物存在时，就会受到高大建筑物所形成的正压区或负压区的影响。为了保证较低矮建筑物避风天窗或风帽不致倒灌风，高矮建筑物间的各部只寸应保持适当的比例。

3.工艺布置为了使工人能直接接受室外新鲜空气，工作地点应尽可能布置在靠外墙一侧。热源应尽量布置在天窗的下部。利用穿堂风时，应将热源布置在夏季主导风向的下风侧，以便热空气顺利排至室外。

(三)局部自然通风的卫生学要求

局部自然通风系统的特点是直接使炉体产生的热气流和烟尘，从其发生地点排出而不致弥散于车间。这是较经济有效的一种办法。

局部自然排风系统包括排气罩;排气管和避风风帽三部分。

1.排气罩形式多样，可用铁皮、砖等材料制成。在不影响工人操作的前提下，愈密闭愈好。一般采用伞形罩，其构造简单;制作方便，但应注意防止横向气流的干扰。罩与热源的距离(h)愈小愈好，最好不大于0.8m.罩下缘装一条100~300mm宽的垂边(h1)，使罩内热气流不易向四周扩散。罩的宽度(B，或直径)应比炉体(b。)宽(B=b。十2(0.5h))。罩的开角a应等于60o,因在此角度时，排气罩截面积上各点风速基本相等，否则同一水平上的风速就不均衡(中间风速大，边缘风速小)，从而影响排气效果。为了提高排气效果，可以用双层罩，由于罩中部热作用大，使夹层内风速大大提高。

2.排气管和风帽排气管的粗细视需排出的风量而定，而风量则取决于燃料的使用量及其所产生的热值.排气管宜直立，尽量减少转弯，转弯的弧度要大，不要呈90o。排气管出屋面后，其顶端应高出屋蜡，出口处应安装避风风帽，否则会引起风倒灌.

二、机械通风

机械通风依靠通风机造成的压力差，通过通风管网来输送空气。与自然通风比较，机械通风具有下列优点：①进入室内的空气，可预先进行处理(加热、冷却、于燥、加湿)，使温湿度符合卫生要求。②排出车间的空气，可进行粉尘或有害气体的净化，回收贵重原料，且减少污染。③可将新鲜空气按工艺布置特点分送到各个特定地点，并可按需要分配空气量，还可将废气从工作地点直接排出室外。但机械通风所需设备和维修费用较大，因此，必须在尽量利用自然通风的基础上采用机械通风，而且首先应考虑采用局部机械通风。

机械通风系统包括通风机、通风管、排气罩(或送风口)和净化设备。

(一)通风机

通风机是在通风系统中用来输送空气的动力设备。按不同作用、原理和结构形式，通风机可分为离心式和轴流式。

1.离心式风机由咕轮、螺旋形机壳、带有轴和轴承的机座三部分组成。进风口与出风口的方向是互相垂直的。

离心式风机根据其所能产生风压的大小，可分为低压(<1000Pa,一般用于输送空气和有害气体)、中压(1000-2000Pa,用于输送含尘气流)和高压(>2000Pa，通常用于加热炉鼓风)三种。

离心式风机的叶片有直叶式、前弯式和后弯式三种。后一种效率高、噪声小。任何一种离心式风机与电动机应正确连接，否则风量将减少l/2左右，风压减少2/3-4/5。

2.轴流式风机由叶轮和圆形机壳组成。其进风与出风方向一致。与离心式风机相比，轴流式风机效率较高,风量较大,风压较小(一般在400Pa左右)。但叶片与外壳之间的缝隙不应太大，一般不应超过叶片长度的5%。如空隙太大，易产生涡流和漏风，并使风压和风量大大减小。

通风机的性能常用风量、风压、轴功率、效率和转速等来表示，选用时应综合考虑上述性能指标。为了防止通风机磨损和腐蚀，通常将通风机安装在净化设备的后面，且应注意防爆措施。

(二)通风管

通风管是连接风机、空气处理设备和进(排)风口输送空气的管道。空气在通风管内流动会遇到两种阻力。①摩擦阻力，是由于空气本身的粘滞性与管道内壁间相摩擦所产生的。他与管道的粗细;长短、形状、内壁粗糙度、空气密度和气流速度等因素有关。②局部阻力，是空气流经管道中某些部件时，由于流向和流速的变化，产生涡流所引起的。在整个管道的压力损失中占主要地位。局部阻力常见于管道转弯、渐扩(缩)管、闸门、三通管和管道出入口等处。

为了减少阻力，通风管道的卫生学要求如下：①管道不宜太长，在可能条件下;管径要粗，式样以圆形为佳。②管道内壁要光滑。③管道内最适宜的风速，接近通风机处为12-18m/s，出口处为4-8m/s。④管道的弯头要尽量少，两个弯头的距离要大些。当两个弯头的距离为管径的3倍时，阻力大约增加80%;若为5倍时，则仅增加30%。⑤弯头弯曲的角度要尽量呈弧形。如弯曲半径等于管直径或为2倍时，阻力增加20%;若为4-5倍时，阻力增加15%;大于6倍时，阻力几乎不增加。⑥分支管的半径不得小于主管半径的1/2-1/3。⑦分支管与主干管的中心夹角度尽量小，一般不超过30O，渐扩管中心角不超过45O⑧管道尽量直立或倾斜放置，设置清扫口，连接部分应严密不漏气，并便于检修。⑨管道所用材料应具有导热性小、保温，耐腐蚀;耐火等性能。

通风机不启动时，管道内空气处于静止状态，各点空气压力相等，均等于大气压力。当风机启动后，风机的吸入段(抽风管道)的全压和静压均为负值，风机的压出段(送风管道)的全压和静压在一般情况下均为正值，其动压无论在抽风管道或送风管道内均为正值;因此管道连接处若不严密,会有空气渗入或逸出，前者影响排气效果，后者影响送风效果或造成粉尘与有害气体向外泄漏。

(三)送风系统

1.局部送风高温车间采取了工艺改革、隔热、自然通风等措施后，如工作地点气温仍达不到卫生标准要求，应设置局部送风，以改善工作地点微小气候。常用的局部送风装置有三种。

(1)普通风扇：一般采用轴流风机将未经处理的空气送至工作地点，造成较大风速以促进人体汗液蒸发。但当工作地点气温不断升高时，风扇所送空气的温度亦随之升高，即吹热风，对人体散热不利。

(2)喷雾风扇：是在轴流风机上加设与供水管接通的甩水盘，通过风机转动时，甩水盘跟着转动，形成水雾吹向工作地点。其优点是不仅增加工作地点风速,且水雾能吸收空气热量，落在体表形成“人造汗”可增加蒸发散热。要求：雾滴直径不超过100m，最好为60m左右，到达工作地点的风速为3-5m/s.(3)系统式局部送风装置：由进风口、空气降温设备、通风机、送风管道和可调节式的局部送风口等所组成。送风口多为百叶窗式，设有可调节的导流片，与送风管之间采用活动连接，可以旋转360。，从工人前上侧方倾斜吹向工人头颈和胸部。

2、全面送风只有当生产工艺(如纺纱、仪表、电子元件等)要求车间空气清洁，温、湿度恒定的情况下，才采用全面机械送风系统。该系统包括进风口,空气处理室,通风机,通风管道和送风口五部分。

进风口一般设在外墙上，离地不应低于2.0m，设在排风口的上风侧;且应低于排风口。入口处应装有铁丝网，中间夹以过滤材料，入口风速以2-6m/s为宜。

空气处理室是将室外空气按车间要求进行冷却、加热、除湿、加湿等处理后送至车间。以水为例，空气处理的效果决定于水与空气的温差和两者接触的时间与接触面积。

送风口应使空气直接吹向工作地点。为使送入空气分配均匀，应采用条缝式、孔板式或有导流板的固定式或旋转式送风装置。

全面送风的车间，气流组织是一个很重要的问题。可根据生产工艺及其布置采用不同的送风方式，同时要考虑排风，使合乎要求的新鲜空气流经工人呼吸带后再排出车间。为了节约能源，可使用循环风，但新鲜空气量不应小于10%。

(四)排风系统

1.局部排风为了防止有害气体、蒸气和粉尘在车间内散布，主要采用局部排风系统从发生源处直接排出室外。局部排风系统由局部排风罩(吸尘罩)、通风管道，通风机、粉尘或有害气体净化设备和排风装置等组成。

局部排风罩(吸尘罩)是局部排风系统中的关键部件。排风柜是常见的一种部分密闭的排风装置。当产生的有害气体、蒸气或粉尘的工件较大而不能在排风柜内进行加工时，可采用一面敞开，其余面密闭的侧方排风罩，或各方均不能密闭的侧方排风罩，或上部排风的伞形罩，有单侧排风(槽宽<=0.7m时)、双侧排风(槽宽>0.7m时)和吹吸式槽边排风(槽宽>=2.0m时)各种形式。吸气口的排风量应大于送风射流流量。

为了获得良好的局部排出粉尘、有害气体或蒸气的效果，无论使用哪种排风罩，均应考虑下列几点要求：①应将有害物质发生源尽可能地密闭，排风罩应尽可能靠近有害物质发生源;②排风罩或吸尘罩的吸气方向应尽可能与有害物质逸出的方向一致;③排风罩的布置应使污染空气不致流经工人的呼吸带;④排风装置不应设在门窗附近，以免室外进入的气流干扰排风效果;⑤排风罩罩口要有一定的控制风速。在距离罩口最远的有害物散发点(即控制点)上造成适当的空气流动，从而把有害物吸入罩内。控制点的空气流动速度称为控制风速(也称吸入速度)。即该速度应大于有害物向外逸散的速度和防止横向气流干扰的速度，才能有效地将有害物质抽吸至密闭设备内。如当采用侧方排风罩，有害物质的逸散情况时，不仅要将离罩口较近的a处的有害物质控制住，还必须将较远点的b处的有害物质控制住，其控制风速应为Vx，才能收到良好的排风效果。控制风速的大小应与毒物毒性大小、粉尘粒径大小有关，一般毒物控制风速为0.7—1.0m/s，粉尘控制风速为1-1.5m/s。

2.全面排风一般是在外墙上安装一定数量的排风扇，依靠排风使室内形成负压，将室外的新鲜空气通过门窗进入室内，使整个车间得到通风换气并使有害气体浓度冲淡到合乎卫生标准要求。

全面通风换气量可按下式计算：L=M/(S-S0)

式中：L为通风量(m3/h);M为有害气体的散发量(mg/h);S为有害气体最高容许浓度(mg/m3);S。为进气中有害气体的浓度。

当数种溶剂的蒸气或数种刺激性气体同时散发于空气中时，其通风量应按各自分别稀释至最高容许浓度所需空气量的总和计算。其他有害物质同时放散于空气中时，通风量仅按需要空气量最大的有害物质计算。

三、通风设备的安全、维护及管理

在生产厂房中，为了保证安全生产，凡生产、使用;贮存闪点在30℃以下的液体;爆炸下限在10%以下的可燃性气体;强氧化剂;极易自燃或遇水燃烧的化学品;有发生爆炸危险的粉尘或纤维等时，通风系统一般应单独设置。送风机、排风机、电动机和开关，均需采用防爆型。通风系统上的活动部件(如调节阀)应采用撞击后不起火花的材料制作，金属部件应有导除静电的措施(如接地)。应设有事故通风设备，以便能在最短时间内将有害物质排出车间。

对通风设备应经常维护与管理，有专人或兼职人员负责管理、维修。

四、工业通风的效果评价

工业通风的效果评价，包括使用通风设备前后车间气象条件，工作地点空气中粉尘浓度和有害物质浓度的变化，通风设备的设计、安装和使用是否合理;通风能否达到预期的防尘、防毒、降温等效果，是否安全，有无不良影响(如强烈噪声)等。在进行车间气象条件和空气中有害物质测定时，应同时测定该通风系统的风量和排风罩口或送风口的风速，以及捕集有害物质的控制风速或作用于人体的送风速度。

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