（热能工程专业论文）中央空调风道清洗系统的研发与清洗节能分析.pdf

囊蘑羹弱磐尊蓄薹雾三匿譬薹至 警囊所| 誊萋l 羹嘴善鐾明0 茜萎濡璀娄董薹i ! 曩j 曩忙曲摹吾；鼙。蠢殖 竖轿留孙囊拜幽甜囊髑1 室一墼委篷謦酗垫酿鳞g 篓i 囊j g 苎荤力蘑美囊：善毫玛委 曩i 罩! j i i i | | 罩蓬! 萎i ；j j 至：j _ 囊 ! ； 翠；耋= 宝d i i 霎 攀蠢露鲫 磊篓篓囊篓囊嚣莲；f ；i孽擎i 誊墓i囊碧藩妻 i ； 至囊蔓薹 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 随着人们生括水平的提高，空调通风系统在日常生活中发挥着越来越重要的作 用，建筑物中央空调的应用正在呈迅速增长之势。近年来绿色建筑( g r e e nb u i l d i n g ) 、 可持续建筑( s u s t a i n a b l eb u i l d i n g ) 的概念日益深入人心，人们在对建筑的环保和节 能提出更高要求的同时，也更加注重建筑的健康要求，其中室内空气质量是健康建筑 的主要方面之一。 中央空调系统主宰着楼宇中的空气新陈代谢，被称为“建筑物之肺”。但空调通 风系统如果不定期清洗消毒，通风空调系统中会聚集大量尘粒、病菌病毒、腐烂有 机物、霉菌和碎片等。这些积聚的尘粒不仅影响系统工作效率，而且更重要的是集 聚在空调管道内的尘粒、病菌等会随送风管道，进入室内，严重威胁人们的身体健 康。如在北京某大型商场的空调风管摄像检查中，在1 5 米长的风管里竟然发现5 只 死耗子；在上海一幢高楼中央空调风管系统中竟然清扫出来近2 吨的垃圾， 这些垃圾内有死老鼠、昆虫尸体、尘螨等“3 。室内空气中含有的大量有机物或 无机物的微细粉尘、烟雾等浮游粉尘、有毒气体、霉菌等微生物都是造成建筑物空 调系统污染的原因。烟雾、灰尘等吸入性微粒刺激人的眼、鼻和咽喉，增加呼吸道 感染的机会严重者还会诱发肺癌。空气加湿等装置里的细菌、真菌则导致过敏反 应和哮喘等疾病。挥发性有机化合物损害人的肝、肾等重要器官，其致癌性已经得 到证实。美国肺病协会估计，人们9 0 的时间是呆在室内的，有些情况下室内空气污 染程度可比室外空气严重2 0 5 0 倍，室内环境状况好坏直接关系到人们身体的健康 与否”1 。据美国环境保护机构统计，美国每年用于治疗大楼疾病的医药费以及因员 工缺勤而造成的产量降低、利润减少等形成的损失己经超过1 0 0 0 亿美元。 2 0 0 4 年2 4 月，卫生部组织各地对公共场所集中空调通风系统卫生状况进行了 抽检。全国共抽检了6 0 多个城市中具备集中空调设施的9 3 7 家公共场所，抽检内容 为集中空调通风系统的风管，检测指标为空调风管积尘量、积尘中细菌含量。根据 相关国家标准，属于严重污染的集中空调通风系统有4 4 1 家，占抽检总数的4 7 1 ， 中等污染4 3 8 家，占抽检总数4 6 7 ，合格的5 8 家，仅仅只有6 2 。 中等污染4 3 8 家，占抽检总数4 6 7 ，合格的5 8 家，仅仅只有6 2 。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 2 国内外应用研究现状 1 2 1 国外应用研究现状 中央空调系统的清洗技术在国外已相当成熟。美国从1 9 8 9 年成立了国家通风管 道清洗协会，主要负责通风空调系统清洗的标准制定、行业认证等。目前它已有4 0 0 多个会员企业，遍布美国、澳大利亚、新加坡和欧洲，成为一个国际性协会。通风 空调系统的清洗在美国己形成了一个巨大的产业，在美国每个州都有几家到十几家 清洗消毒技术服务公司，在澳大利亚、新加坡、日本、欧洲等许多国家也都形成了 一定的产业规模。美国现有居民住房中的7 ，0 0 0 多万套咀及商用( 公用) 建筑4 5 0 多 万座，全部采用中央空调。因此，三十年代即开始出现空调清洁业务。当时大多为 笨重设备，过滤器体积很大，全部为卡车运载方式。八十年代，美国发明了既p a ( h i g h e f f i c i e n c y p a r t i c l ea i r ) 过滤器技术，能将空气中0 3 u m 以上微尘，吸除9 9 9 7 。 利用h e p a 过滤器重量轻、体积小、效率高的特点，1 9 8 5 年，a b a t e m e n tt e c h n o l o g y 公司发明了不用卡车，可由人推动进入住房或大厦内进行空调清洁的便携式设备”3 。 欧洲最早是引进美国的技术，后来瑞舆的w i n t c l e a n t 公司自己生产h e p a 便携式设 各在欧洲其他各国使用。加拿大的d m c d 公司原为美国设备的代理，后来自己生产设 备，并且出口中南美洲与亚洲。亚洲尚无生产这种设备的技术实力，设各均需进口。 日本在从1 9 8 2 年就有了空调风管污染及风管系统的卫生维护管理问题的研讨 会。1 9 8 8 年由数家首先获得认可的风管清扫企业发起并成立了日本风管清扫协会， 2 0 0 1 年1 2 月，日本国会审议并通过了建筑物卫生环境法的部分修正案，“建筑 物空调风管清扫业”正式成为一个新的注册业种。在厚生科学研究基金等的资助下， 日本的学者和技术人员开展了对空调风管内部污染实态的调查和对室内环境影响评 价方面的研究。调查发现，空调风管内粉尘、化学物质、微生物的污染状况远远超 出想象，并进一步证实室内的浮游粉尘状物质与化学物质过敏症及病态建筑综合症 s b s ( s i c k b l l i l d i gs y d d r o m e ) 等有关“”。研究内容主要在污染物质及相关的测定方法、 风管清扫对室内浮游粉尘浓度的影响、清扫施工的实施和管理等方面。 1 2 2 国内应用研究现状 比较于国外，国内空调清洗起步较晚，其发展也只是近一两年的事情，行业总 体技术水平不高，技术水平总体上落后于国外，行业技术发展也很不均衡。以前由 于对通风空调系统风道清洗消毒不够重视，仅仅是在中央空调水系统的清洗方面， 做过一些工作，积累了部分经验。相比教而言，风道清洗费时费力，看不出明显的 第1 章绪论 效果，因恧在这方嚣很少傲工作，技术经验凡乎为零。近几年，由于“非典”和“禽 流感”这些呼吸道传染病在中国及周边国家的传播，引起了人们对中央空调健康和 安全的关注，中央空调风道系统卫生状况越来越受到重视风道清洗技术方法、处 理工艺的研究讨论受到重视。一些企业和科研院所通过研究学习吸收欧美、曰本等 空调清执行、韭发展较为完善豳家的先进技术经验，产生了符合自身特点的一些清洗 工艺方法。一些西方发达国家把他们的先进技术和设备推向中国市场的同时，国内 部分企业科研院所也已经开始了清洗设备研发进程，有的已经取得相关了技术成果。 一些排头企业逯过技术引进和国产化两释方式，已经掌握了全套清洗设备和工艺， 其生产的产品也已在国内市场上销售。 在本选题领域国内外研究状况简述如下：对予气固两相流在有限空问内的运动， 国内外均有相关方面的研究，但专门针对于风道内部含尘气流的运动岛沉降的研究 与论文发表很少。国外有一些对于清洗设备性能效果优化设计的研究，例如：芬兰 赫尔辛基工业大学供热、通风与空调实验蜜的两位学者，剥用大形变弹性理论对风 遵清洗旋转刷进行了模拟，在考虑了接触作用和离心作用影响之后特别研究了气 流拖动的影响，提出有必要运用数学软件来设计最道清洗刷头”3 。另外，对于空调 系统节能方面的研究较多，主要集中在系统设计与运行管理方面；然而对于空调系 统清洗节能方面的专题研究几乎没有，暖遥空调学术满和清洗行业内部的文章和刊 物略有涉及，但是对于空调清洗节能效果研究与节能潜力评估还缺乏具体定星、得 到认阉的结果。 1 。3 课题的研究背景及可行性分析 1 3 1 研究背景 国外从8 0 年代起就高度重视中央空调的清洗和消毒，并已经发展成为了一个完 善、巨大的产业。相比较丙言，国内中央空调清洗起步报晚，空调涛洗行业运作还 不是很规范。2 0 0 3 年6 月3 0 日颁布的空调通风系统清洗规范( g b l 9 2 l o 一2 0 潞) 催生了国内的中央空调风道清洗产业。在此之前，空调清洗仅有的一部分业务集中 在水系统清洗方磷，嚣虎中央空调风系统几乎从来清洗过，中央空调清洗市场在我 国许多地方几乎是一片空白。目前，国内中央空调通风系统清洗行业已经显露诱人 翦景，空调通风系统清洗行业规模他格局正在形成之中”。 近几年，住宅健康产业概念骤然升温，空调清洗作为一个新兴的产业在国民生产 中崭露头角。遁着人们对空调清洗观念认识的加强，致麻相关部门重视程度的加深， 空调清洗行业越柬越显示出其作为一个薪生事物的蓬懿生机。但同时，中央空调风道 清洗工程是一项专业性根强的服务项目，空调清洗行业技术水平要求相当高。现阶段 北京工业大学工学硕士学位论文 国内空调清洗述是一个发展不成熟，市场规范化程度尚不燕的萼亍业。行业内部技术水 平不高，清洗工艺设备落后，已经成为空调清洗行业健康快速发展的瓶颈”。 塞前国内中央空调清洗行业呈现如下特点： ( 1 ) 中央空调通风系统清洗行业显露诱人前景。室内环境状况好坏直接关系到 人们身体的健康与否。非典时期，中央空调出于“可能是细菌孳生的温床”而备受质 疑。非典过雁，人们前所未有地关注自己所处的环境是否健康，住宅健康产业概念骤 然升温。就在这个时候，空调清洗这一新行业应运而生。 ( 2 ) 空调通风系统清洗设备己初步实现国产化。中央空调风道清洗不同于一般 的清洗工程，它不能采用化学清洗方法，必须采用机械清洗方法。要实行中央空调风 道的清洗，需要一套专门耱机械设备，包括风遂监测虮器入、风道清扳机器人、风道 清洗专用寨尘设备、风道吹扫喷雾设备、气囊等。2 0 0 3 年以前，国内还不具餐生产 这种设各的能力，清洗检测设备均需进口。但国步 引进的设各成本一般比较高，例如 一套带高清晰摄像头的管道检测机器人系统动辄几十万。经过一年多的努力，国内已 有一些科研院所和企业实现了窀调风道清洗设备的国产化。 ( 3 ) 空调通风系统清洗行业规模格局的形成要待戬时日。中央空调清洗在西方 发达国家的具体实施也经历了一个较长的过程。国外从2 0 世纪4 0 5 0 年代开始普遍 使用空调，直到7 0 年代末8 0 年代初开始重视中央空调盼风道清洗，到1 9 9 0 年前后 中央空调清洗得以普遍实施，并建立了相应行业及国家标准，这个过程先后经历了大 约4 0 5 0 年的时间。褶对于国外，我国中央空调的应用要晚很多年，从2 0 世纪8 0 年代我国才开始普遍使用中央空调，空调清洗行业的形成及空调清洗的具体实施，也 自然需要特以时日。 ( 4 ) 目前空调清洗行业运幸亍很不蠼范。“非典”过后，各商家纷纷推出空调瀵洗 服务，空调清洗公司诞生如雨后春笋。但这里边具备空调清洗专业技术水平的大型企 业寥寥无足撮多尚不其冬空调清洗专业技术和设备。由于缺乏系统的行业认证彝资 质鉴定，使得空调清洗行业看上去门槛很低，空调清洗公司良莠不齐。清洗市场不规 范，存在一擅无序握乱的竞争现象。空调清洗行业要进入规范化标准化的轨道，要求 有系统完善的国家规范标准体系，建立规范化的市场监督管理机制。以及行业内部协 会组织的萼向作用。这些都不是一蹴而就，在短时期内能够完成的。 1 3 2 可行性分析 目前国内清洗行业对清洗设备与工艺的研究了解还报不够认识大多停留在定性 的方面，明确定墓的分析研究凡乎没有。在清洗设备的选择、清洗工艺的采用上，基 本凭借感性认识，清洗缺乏明确性和针对性，耗时耗能。 “非典”和“禽流感”这些呼吸道传染瘸在中豳及周边国家的传播，引起了人们 第1 章绪论 对中央空调健康和安全的关注。2 0 0 3 年空调清洗国家标准颁布实施之后，社会越来越 多的人开始认识到空调风道污染的严重性和进行空调清洗的必要性。国内空调清洗企 业的产生如雨后春笋，许多国内外的公司也逐步看到了这一行业的市场前景，纷纷加 入中央空调清洗遮一业务，国内中央空调清洗的行业在初步形成之中。据有关部门统 计，仅北京一个城市，在册公共设施配有中央空调系统的就有1 8 多家，加上没有 注册的5 0 0 0 7 0 0 0 家，北京市目前安装中央空调的单位就有近9 千家，且每年以l o 的速度递增；据初步估计，仅北京市的中央空调清洗市场的年营业额就在5 亿元人民 币以上。目前全国公共建筑面积4 5 亿平方米，其中装有中央空调的公共建筑就有5 6 亿平方米，全国中央空调清洗的潜在市场在2 0 亿元以上。随着北京2 0 0 8 奥运会的 到来，各地的酒店、写字楼、商场和高档住宅建设不断升温，空调清洗业面l 临巨大商 机。目前，空调系统清洗受到全社会的重视，但是相对于全国亟待清洗保养中央空调 的庞大数目，能够提供相应服务的专业公司却是不多。国内使用l o 年以上未清洗的 中央空调系统不在少数，空调清洗市场远未达到饱和。空调清洗商机无限，市场前景 广阔。 1 4 本论文的目标及其主要工作 1 41 论文主要目标的提出 本论文提出的主要目标是：( 1 ) 开发出一套专门针对中央空调风道的机器人清洗 装置，具有高性能和低成本的特点，具备市场推广价值；( 2 ) 开发出一套中央空调风 道清洗的高效工艺形式，与机器人系统相匹配；( 3 ) 中央空调清洗节能效果的分析与 节能潜力评估与预测。 1 4 2 论文的主要工作 ( 1 )中央空调风道系统内部污染类型与污染特点分析 ( 2 ) 风道清洗机器人系统的设计研制 ( 3 )中央空调风道清洗工艺研究与开发 ( 4 ) 系统部件参数测试、清洗效果评价与工程测试 ( 5 ) 清洗节能效果分析与节能潜力评估 北京工业大学工学硕士学位论文 1 5 论文的主要成果 圆满实现预期的目标：分析得出了空调风系统污染物的特性与沉降特点：研制出 中央空调风道清洗的全套设备，设备性能优良，成本不足国外产品的三分之一；掌握 了中央空调风道清洗全套施工和检测技术，进行清洗工艺流程分析，结合实验测试分 析和具体旌工检验，掌握了成熟的清洗工艺流程，提出了闭式循环的施工工艺方法， 大大提高了清洗速度和积尘去除效率，同时消除了二次污染；通过理论分析与模型计 算，并结合实际工程测算，对清洗节能效果进行了定量分析，同时建立预测模型对国 内中央空调系统清洗节能潜力进行了分析预测。 第2 章中央空调风道清洗系统原理及分类 第2 章中央空调风道清洗系统原理及分类 2 1 空调清洗的内容与对象 蹶名愚义，空谖清洗是指空调系统中设备装置的清洁处理。广义上的空调清 洗应该是指所有集中式、半集中以及分散式空调器中设备装置的清洗；由于分散 式空诵器多为小型家纛用设备，安装使用分散，清洗简单；所以通常所说的空调 清洗主要是指集中或半集中的大型中央空调系统的清洗。清洗对象按照涛洗内容 的不同，可分为：水系统清洗与风系统清洗。不同的系统有不同的清洗要求，因 而需要采取不同的清洗工艺，选用不圈的清洗设冬。 风系统包括空调系统中空气的输配设备和末端装置。风系统清洗则是主要针 对迭些部件的滴洗，主耍是清除设备部件表面附着的粉尘、碎屑，消灭霉菌等微 生物，实现系统内部的洁净与卫生，由于风系统直接与室内空气相接触，所以风 系统卫生状况赢接关系到室内空气的品质。由于风道通常在风系统中所占比重较 大，因而风道的清洗在中央空调风系统的清洗中占存重簧的位置。风系统清洗的 主要部件包括：空气处理机组内表面、挡水板、凝结水盘、风机、盘管外表面、 排气扇、风管、送回风口、教流器以及盘管表面和组俸等所有有污染物沉积的部 件。清除了风道内壁的积尘，会降低风道阻力；除去了机组内部盘管翅片袭面 的灰篁兰，提高了换热效率。风道清洗能够实现整个空调系统的节能降耗，这一点 已为大家所认同，但是通过进行风道的清洗到底能够节能多少，降低多大比例的 运行费用，现在还没有发现具体定盘的研究结论。 水系统指的是空调系统中的冷冻水、冷却水系统环路和冷荆系统部分，水系 统的清洗则主要是针对这三个系统环路( 主要是冷却水系统) 的清洗。其目的是 清除管路内部污垢、杀灭系统中的微生物、以及宪成系统的维护保养。由子疏通 了管道，减小了流动阻力；清除了部件表面的污垢，降低了系统换热部件热阻。 衙以水系统的清洗也箭够实现节能。 2 2 中央空调风遒清洗系统介绍与装置工作原理 2 1 ，2 中央空调风道清洗系统介绍 中央空调风道清洗系统是一种用来实现空调系统内部各部件清浩的装簧，熙 道清洗系统原理是依据风道特点来设计的：通常风道较长，且内部空间有限，风 北京工业丈学工学硕士学位论文 道内部积尘附着在内壁表面，不可能采用常规的清洗方法，需要专业的清洗设备 “；风道较为隐蔽，且内部空间不能直接可视，因而也需要专门的可视化检测装 置。实际的风道清洗系统至少应该具备三种功能：污染实态检测、风道内壁粉尘 的打落以及粉尘的运输与收集。其大致的工作流程如下：首先对风道内部污染实 态进行检测，判断污染程度：其次由置入风管内部的装置对附着粉尘进行打落； 最后采用负压吸尘器，或者是大功率风机在风道内部产生负压引风，将粉尘运出， 安全地去除掉。 2 2 2 中央空调风道清洗装置工作原理 中央空调风道清洗系统是一个完整配套的整体，主要包括：检测装置、清扫 装置、粉尘运输装置、粉尘去除装置以及其它辅助装置。检测装置采用图像采集 技术，配合外部操控式机械移动平台，它运行于风道内部，显示风道内部污染状 况，为污染实态的评价和判定是否清洗提供依据。清扫装置多利用高速气流和旋 转刷毛等方式实现管道内壁积尘的打落，因而它配备类似于气流喷头或旋转刷头 这样的部件。各部件装配于配移动平台之上，以适应风管内部狭小空间里面的运 动。另外，它配置了实时监控系统，实现了透明清扫，操作者能够根据风道内部 状况及时调整装置的动作状态。粉尘去除装置配各了大功率风机，以便在风道内 部形成负压引风，从而使得粉尘与空气混合形成含尘气流，将管道积尘运出。而 粉尘去除装置则是用来收集粉尘，以便安全的去除它。它利用了含尘气流的运动， 多数情况下采用纤维阻留的方式来捕捉粉尘。根据粉尘的不同粒径分布，需要配 备初、中、高效不同等级的过滤设备。由于空调系统中的风道是一个巨大、连通 的系统，这就要求针对它的清洗是分段式的、逐步来进行的。而一些辅助设各( 如 气囊) 则是用来实现风道密封与阻隔的。以上几个装置配合工作，实现空调系统 风道完整、系统、安全的清洗。 2 3 空调系统污染危害与清洗的作用 2 3 1 空调系统污染的危害 中央空调系统的清洁状况与室内空气质量有重要关系。长期运行的空调系统 如果不定期清洗消毒，通风空调系统中会聚集大量尘粒、病菌病毒、腐烂有机物、 霉菌和碎片等。这些积聚的尘粒不仅影响系统工作效率，而且更重要的是这些集 聚在空调管道内的尘粒、病菌等会随着送风管道，进入室内，严重威胁人们的身 体健康。室内空气中含有的大量有机物或无机物的微细粉尘、烟、雾等浮游粉尘、 第2 章中央空调风道清洗系统原理及分类 有毒气体、霉、细菌等微生物都是造成建筑物空调系统污染的原因。烟雾、灰尘 等吸入性微粒刺激人的眼、鼻和咽喉，增加呼吸道感染的机会，严重者还会诱发 肺癌“”。另外，空调水系统中冷却塔温暖潮湿的环境很容易成为病菌蕈生的温 床，这些致病菌会在空气处理的过程中混台在送风之中，进入室内，使人感染生 病( 例如军团病) “”。 2 3 2 空调清洗的作用 中央空调清洗消毒的作用可谓一举多得“”1 。首先，进行中央空调的定期清 洗消毒可以安全、迅速的杀菌防霉，彻底清除空调器污染源，从而减少了室内空 气的浮尘，消除发霉气味，减少病菌传播和交叉感染，改替室内空气质量，对 于维护人民的身体健康具有重要意义；同时可解除因空气质量问题而产生的头 晕、困倦、打喷嚏等症状，从而丈幅度提高室内人员的工作效率。其次，空调清 洗之后可以提高换热设备的换热效率，降低风道的阻力，实现节能。另外，中央 空调的定期清洗消毒还可有效保养空调系统延长空调使用寿命，同时由于去除 了管道内的可燃积尘，因此也消除了安全隐患“”1 。 2 4 空调清洗分类及其特点 2 4 1 空调清洗方法分类 空调系统的结构形式不同，其清洗手段也有所不同“。目前国外常用的中央 空调风道清洗的方法有三种：接触式清洗、旋转刷清洗和气动清洗。接触式清洗 是利用传统的真空吸尘设各，通过将吸尘口插入到风管上游来实现风道的清洗， 清洗过程中吸尘口沿管壁缓慢地向下蝣移动把管壁粉尘吸入吸尘器内。旋转刷 清洗顾名思义就是采用电动或气动刷头，通过刷头在管壁的刷拭作用将粉尘打 落，然后配合大功率集尘设备将粉尘清出，达到清洗的目的。气动清洗则是运用 压缩空气产生的高速气流冲刷管壁。达到移除粉尘碎片的目的。国内早期也出现 过一些其它方法，例如：化学清洗( 因其腐蚀破坏性已经不用了) ，人工清洗 ( 工人直接进入风道清洗) 。随着国家标准的颁布实施与相关政策法规的出台， 清洗工艺逐步完善和发展起来。目前国内现行的清洗方法基本上源自国外，在这 三种方法的基础上进行了改进和扩展。 北京工业大学二 学硕士学位论文 u气动清洗卜_ 剖高压气流冲刷1 图2 1 中央空调风道清洗常规方法 f i g u 鹏2 】g o n e r a l m e l l l o d so f 撕d u c tc l c 眦i n g f 缸c e n 拄a 1 心c o n d m 仰s y s t e m 2 4 2 空调清洗设备装置分类 根据不同空调系统的风道形式来选择台适的清洗设各。小型简单的风管系统 多采用风管清洗机，旋转刷将管道壁面上的灰尘和污染物打松，然后用强力真 空吸尘器清除。大型复杂的风管系统采用风道清洗机器人或是高压气动清洗设 备。在风管清洗系统中，强力吸尘器主要是利用负压抽吸灰尘等污染物，通常使 用软管连接风管清洗机和强力吸尘器。完整意义上的清洗设备按功用有如下划 分：( 1 ) 检测监控系统，包括检测机器人、控制器、显示器等；( 2 ) 管道清洗装 置；( 3 ) 集尘过滤设备，包括大功率风机、集尘过滤箱、软管等；( 4 ) 其它辅助 设备，例如气囊、空气压缩机等。其中管道清洗装置按工作原理不同又可分为电 动、气动两类。气动清洗设各有；气锤、气鞭、气动清扫刷等。电动的有电动刷、 风管钻、清洗机器人等。 图2 2 中央空调风道清洗设备 f i g 岫2 - 2 d 刚so f a i r d u c tc l e 蚰证g h c 枷讪心咖d i 廿o ns y s l 。m 2 4 3 空调清洗工艺流程 第2 章中央空调风道清洗系统原理及分类 工艺流程是清洗系统籍以实现清洗目的的工作步骤与装置配备方式，中央 空调风道清洗是一项专业性很强的工程项目，它的成功实施不仅需要一套机械清 洗设备，同时还需掌握一套科学高效的工艺流程。目前在国外比较流行的是“源 图2 3 源去除机械清洗方法 p i g u r e 2 - 3 1 恤“s o u 托e 批v e d m e c h 柚k 缸c l e a n i n g m 曲o d 去除机械清洗方法”“1 ，如图2 3 所示。所谓“源去除清洗方法”就是直接去 除风道污染源的一种清洗方式；在清洗过程中采取振荡、搅动、拂拭等方式，使 管道内壁积尘脱落，悬浮于管道内部空间；然后配台大功率吸尘设备将积尘从管 道中吸入集尘过滤箱内，从而将粉尘安全的去除。 “闭式循环”工艺是本文新开发的一种集尘方式，其具备动力性能强、清洗 效率高以及能够有效杜绝了二次污染的优势。所谓闭式气流循环方式是区别于一 般的单纯抽吸方式的另外一种集尘方式。在清洗过程中清洗软管、靖洗集尘设备 以及被清洗风道管段构成了一个密闭的系统，含尘气流在系统内部流动，经过集 尘箱被滤屉过滤后气流再进入风道内部继续循环。该工艺针对国内一些风道多年 未能及时清洗，积尘较多，含尘气流阻力较大的特点，将风机单纯抽吸的方式改 进为闭式气流循环方式，采用这种方法在施工过程中获得了较好的粉尘收集效 果，同时有效防止了二次污染。 2 4 4 清洗方式的比较 气动清洗有局限性。气动清洗方法依靠高速气流的冲刷作用来移除污染物， 虽然有其相应的效果，但是局限性较大。首先，高速气流的作用范围有限，距离 过大，则会因为作用效果的巨大衰减而达不到清洗的目的。所以它只适合清洗管 径较小的空调系统。其次，气流吹扫作用的深度也有限制，因而它也只是适合污 染程度较低，积尘较薄、较松的风道的清洗。众所周知，国内中央空调通风系统 在2 0 0 3 年以前很少清洗，对于1 0 年、2 0 年趴上没有持洗的，集尘较厚的风道 系统，是不太适宜采用气动清洗方法。最后，气动清洗需要产生高压压缩气体的 北京工业大学工学硕士学位论文 空气压缩机，这样一来会产生附加噪声，二来增加能耗。相比较而言，旋转刷系 统采用刷毛直接作用于积尘表面的清洗方式，清洗更加直接有效。它可以依靠移 动平台上面安装的众多刷头，实现管道内壁的四面地毯式清扫；而且能够依据不 同的管道尺寸与污染程度，变换轴长，选择针对性强的刷头。 2 5 本章小结 本章介绍了通常意义上空调清洗的内容与对象，对中央空调风道清洗系统与 装置设备工作原理进行了说明。在此基础之上，介绍了国内外较为常用的清洗设 备类型与工艺流程方法。最后，对气动吹扫和旋转刷清洗方式进行了比较。 第3 章中央空调通风系绕污染分析 第3 章中央空调通风系统污染分析 3 1 空调通风系统的污染 随着经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，空调的使用越来越广泛； 与此同时，现代建筑物的密闭性也越来越好，从而导致了人体、房间和空调设各 在室内形成了一个相对封闭的循环系统，这样一方面容易使细菌、病毒、霉菌等 微生物大量繁衍；另一方面也会引起如军团菌病菌、过敏性疾病病菌等空气微生 物的传播“。 空调系统具备一定的过滤能力，通过过滤器等的过滤、吸附作用能够截留和 去除来自室外空气中的部分污染物，起到净化的作用。然而有时候，空调系统却 会污染室内空气：由于空调系统常时间运行而没有得到有效清洗，污染物积聚在 空调系统内部( 诸如：送回风管、盘管组件、冷凝水管等部件表面) ，成为微生 物孳生的温床，在送风过程中就会把系统本身的污染物扩散到室内，从而成为传 播污染物的媒介。国内外研究资料表明，空调通风系统由于长期运行、清洁不当、 疏于管理等原因，已经成为建筑物室内空气污染的主要来源之一“8 ”1 。 舒适性空调通常以满足温度、湿度和一定的送风速度为主，在洁净度方面考 虑较少，系统仅仅配置一道初效过滤设备，只能将大粒径的灰尘过滤掉。2 0 0 3 年肄虐的“非典”给我们敲响了警钟，使我们看到，必须重视室内环境卫生状况， 以防止室内环境污染和避免病菌的传播。 3 2 空调通风系统内部污染物的类型及来源 参照室内污染物种类的划分”空调通风系统内部污染物的类型可归纳为两 大类：( 1 ) 化学污染：粉尘颗粒物、可溶性重金属以及氨、甲醛、苯、甲苯、二 甲苯、醚、腊、挥发性有机物c v o c ) 等。( 2 ) 生物污染：军团菌、放线菌等细菌， 曲霉菌、葡萄状穗毒菌等真菌，花粉，虫螨等。化学污染物的形成主要是由于空 调系统常时间运行之后污染物质积聚而成；而生物污染物则是由进入空调系统的 细菌在合适的条件下，在合适的条件下以粉尘等为温床孳生繁殖而产生。 空调系统污染物的来源可分为空调系统内部和外部来源。“，外部来源又可 分为室外和室内来源。来自室内和室外空气中的一些污染物通过空调系统时，被 全部或部分截留，被截留污染物的分布与污染物种类和空调系统部位有关。通常， 空调系统内部污染物主要分布在过滤器、通风管道、冷却盘管、冷却塔以及进排 空调系统内部污染物主要分布在过滤器、通风管道、冷却盘管、冷却塔以及进排 北京工业大学工学硕士学位论文 风口等，主要污染物有微生物、颗粒物、纤维、生物挥发性有机物以及藻类等。 空调系统外部污染物主要分布在与人类生产生活相关的设施，其常见的污染物有 纤维、颗粒物、微生物、e 0 、c 0 ：、氨、放射物、挥发性有极物、甲醛、石棉等。 风道中的粉尘主要来自于室内外的总悬浮颗粒物。”。总悬浮颗粒物是指飘浮 在空气中的雷态和液态蹶粒物的甚称，萁粒径范蕊约为o ，l 1 0 0 微米。有些颓粒 物因粒径太或颜色黑可队为肉眼所见，比如煤烟。有些则小到使用电子显微镜才 可观察到。通常把粒径小于等于2 5 微米的颗粒称为细颗粒物，丈于2 5 微米的 颗粒称为粗颗粒物。粒径在1o 微米以下的鞭粒物称为瑚。又称为霹设入颗粒 物或飘尘。p m 。在环境空气中持续的时间很长，对人体健康和大气能见度都影响 摄大。一些颗粒物来自污染源孵直接排放，比如烟囱与车辆。另一些则是亩环境 空气中硫的氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物及其它化台物互相作用形成的 绑小颗粒物，它们的化学和物理组成依地点、气候、一年中的季节不同而变化很 大。另外颗粒物还来自在路面上行使的机动车、 才料的破碎碾磨处理过程以及被 风扬起的尘土。 空调系统中的微生物的来源般是由于”1 ：尘土飞扬将尘土中微生物学到 空气中，小水滴飞溅将水中微生物带到空气中，人和动物干燥脱落物，呼吸道和 口腔内台徽生物分泌物通过咳嗽、扛喷嚏等方式飞鹦空气中，然螽进入空谲系统 之中。室外空气中微生物量与环境卫生状况、绿化程度、尘埃颗粒多寡及大小有 关。 室外空气中化学污染物和致病微生物会遥过新风入口，由室外灰尘带入进新 风机组或进入到空气处理机组中；而室内空气中致病微生物则从回风口由灰尘带 入到空气处理机组或室内末端风机盘管中，粘附在盘管裹蘑和沉降在凝结水盘 中，尤其是在凝结水盘，其高湿的特点有利于草生和繁殖大量的病原微生物。空 调房闻里干燥丽温度适宜，病萤和瘸毒也易于在空气中生存，易于 陂较大规模 的感染。 3 3 风遗内部粉尘沉降特点 中央空调通风系统中，污染物主要成份是粉尘，它来源于空气中的悬浮顾粒 物，其中主要是可吸入颗粒物( p m l 0 ) 。悬浮颗粒物随着气流进入风道，并在其 内部运动、沉降，形成通常掰说的“积尘”。 3 。3 1 禽尘气流滚动特点 1 4 第3 章中央空调通风系统污染分析 含尘气流在通风管道内部的运动实际上是气一粒二相流在输送管道内部的运 动。在气流作用下，固体颗粒群在管道内部的运动是复杂的。当固体颗粒群在水 平管道内运动时，使颗粒悬浮的力可能有浮力、气流脉动对颗粒的推力、萨夫曼 升力、以及颗粒与管壁之间碰撞时的反作用力等o “。它们的综合作用形成了颗粒 不规则的复杂前进运动。由于通常情况下，空气中悬浮颗粒物含量很小，容积含 气率很大( 即气体体积占两相混合物体积的份额) ，所以是稀相两相流”“。由于 颗粒与空气的速度、温度基本一致，松弛时间忽略不计，所以可以看作为平衡流。 含尘气流在风道内部的流型可毗看作均匀流，即颗粒群在气流中飞翔跳跃、悬浮 输送，在管道的所有截面均匀分布。在均匀流中，忽略作用在颗粒上的次要力， 只考虑三个主要作用力，即气流作用在颗粒上的阻力( 颗粒前进的推动力) 、颗 粒重力以及颗粒之间、颗粒与壁面碰撞产生的摩擦力。如图3 一l 所示，f 1 、w 、 f 2 分别代表气流作用在颗粒群上的阻力、颗粒群重力以及管壁对颗粒群的摩擦 力。 oooooooo oooooooo oo _ 1 ooo o ： ovooooo oo 一一 oooo o o ：三 ooooo 图3 一l 水平管内气一固两相均匀流 f g u 悖3 1g a s - s o dh 帕p h a s eu n i f o r m 啊o w nh o r i z o n t a l i yp a c e dd u c t 3 3 2 风道内气流流动的数值模拟 由于影响因素较多，运动复杂，很难用解析的方法描述颗粒群的运动，对于 自由沉降速度的推求，也只能依靠实际测定。有关学者研究，当颗粒物体积分数 很小时，完全可以忽略由于颗粒物存在给气相湍流带来的影响”1 ，可以只考虑流 场对颗粒相的影响。由于实际过程中，粉尘颗粒在含尘气流中所占比例非常之小， 对整个气流的运动形式几乎没有影响，所以气相运动规律与没有颗粒物存在时的 运动规律一致。因此我们以一元流体替代气一粒二相流，分别模拟出在方型水平 等截面风道、方型水平直角弯风道以及方型缩径风道内部的运动。借助气流在这 三种常规通风管道中的流场分布，来分析粉尘的沉降与堆积特点。 3 22 1 物理模型 模拟对象为三种形式的风道，结构简图分别如图3 2 、3 3 、3 4 所示。 北京工业大学工学硕士学位论文 图3 2 水平直角弯风道筒图 f i g u r e3 2s k e t c ho fh o n z o n t a i i yp l a c e dq u a e rb e n dd u d 、 l 昌 气n n气n n一 气n n 图3 3 水平变径直风道简图 f b u 怕3 - 3s k e i c h0 fh o n z o n b yp i a c e dc h a n g es i 勰s 拍岫h td u d 图3 4 水平直风道简图 f i g u 悖3 4s k e l c h 叶h o n z o n b 咐p i a ds i 阳均h td u c f 风道均为水平放置，左侧为气流入口，右侧为出口，其中水平直风道还有一个迭 风口。风道具体尺寸见简图，单位m 。 3 2 2 2 控制方程 第3 章串央空调通风系统污染分析 丝+ 曼：o( 3 1 ) 瓠却 p m 罢+ v 一芸+ c 雾+ c s p m 瓦+ v 一面+ ? 萨+ i _ ) 3 五 施罢+ v 一詈圳窘+ 睡， 班鲫傲。 d y 一 3 ，22 3 边界条件 风道入口；采用入口速度边界条件，j 锄曲； 风道出口：采用自由出流边界条件； 固体壁面：恒定边界条件， “= o 。 计葬中连续性方程采用s 锄d 8 f d 格式，动蹙方程的求解采用二阶逆风格 式。紊滚计算模型采用标准矗s 模型。 3 2 24 模拟结秉 图3 5 、3 6 、3 一? 分别为三种鼠道类型中气流道度场的分布。 圈3 一s 水平直角弯风道内气流速度场分相 f 皤u 潞3 。5f i e | dd i 辜t r i b u 髓o no f a i r v e l o c 时n h o z o n 协 yp l a c e dq u a r k rb e n dd u c l ( 1 ) 匿3 5 是气流在水平直角弯风道中速度场分布。气流在直管道部分 作稳定有序的运动。由于边晃层的作用，靠近风道内外侧壁面处气流速度 最小，中心轴线处速度最大：进入弯曲部分后，内侧壁面附近的气流流速 显著增加，甚至超过了中心轴线处的速度，而靠近外侧蘸面的气流速度列 进一步降低；气流进入第二段平直部分后又恢复到与第一部分相似的速度 1 7 北京工业大学工学硕士学位论文 场分布，只是贴近内侧壁面附近的区域内气流速度显著减小。 ( 2 )图3 6 是水平渐缩直风道内气流速度场分布。由图所见，气流在初 图3 6 水平变径直风道内气流速度场分布 f i g u n e3 - 6f i e 旧d i s t 广i b u t i o n0 fa 押v e l o c 时n h o n z o n 协yp l a dc h a n 口es 睦es l 旧唔h td u c l 始部分作稳定有序的运动，进入变径部分后，整体速度开始增加；进入变径 后在大约l 2 位置处，上下侧壁面附近边界层内的气流速度也开始增加，井 在渐缩段上侧末端处达到峰值，随后显著递减：在进入平直段后气流整体速 度达到最大，经过小段距离的调整，继续保持稳定有序的运动。 ( 3 )图3 7 是水平直风道内的气流速度场分布。初始阶段气流稳定有序 前 图3 7 水平直风道内气流速度场分布 f i g u 怕3 _ 7f i e l dd i s t 【饱嘣o no fa kv e l o c 垤ym h o r z o n 协h yp l a c e ds t 怕i g h ld u c i 进，气流速度中心轴线处最大，上下侧靠近壁面处速度较低。接近送风口咀 后，气流开始分化为两部分。一部分转向进入下侧送风口，气流大部分由支 第3 章中央空调通风系统污染分析 送风口前l 2 处满出，且气流速度增加：另外一部分继续水平翦进，但是气 流整体速度大幅度降低。 3 3 3 粉尘沉降、堆积特点分析 含尘气流在风道内部的速度场分布可阻近似地看作等同于单相气流，所 以可以通过借助单相气流的速度场分布来分析粉尘的沉降与堆积特点。颗粒 群会在管道中自然沉降，表3 一l 列出了部分物料沉降速度的实测值”。同时 颗粒群与管壁碰撞、摩擦，以及颗粒之间的摩擦碰撞，也会形成干扰沉降， 干扰沉降速度小于自由沉降速度。所良在最道内部滚动较缓的区域以及速度 场变化较为剧烈、易于形成干扰沉降的区域，颗粒群易于沉降，粉尘堆积较 多。 寝3 1 常用物料沉降速度 t 8 b l e3 _ 1c o m m o nm a 橱n a l ss e 划n gv e l o b 姆 物料名称沉降遂度( i i l s )物料名称沉降速度( m s ) 水泥o 2 2 3 一o 5 1 3面粉 1o 一2 o 砂 6 8 烟灰( 1 0 3 0 m )0 0 1 哪1 0 陶土 1 8 2 1 铝粉 0 8 0 矿石1 0 z 0术锯屑4 2 5 5 细盐 9 8 1 2 砂糖8 7 一1 2 摘录自文献 2 6 表1 5 2 2 ( 1 ) 在水平崴角弯风道内，含尘气流中的颗粒群受离心力的作用，进入弯管 后将沿外侧管壁滑动，并因此恧减速，所以此处徒往产生颗粒物的沉降，多数粉 尘堆积在与此处对应的风道底面：而对于内侧管壁则是以内壁弯曲弧为界：在内 弯弧末端之前，颗粒群囱中心轴线处移动，速度也得裂增加，所以沉降较少；而 在这之后，气流速度显著降低，因而颗粒群沉降可能性较大。 ( 2 ) 对于水平渐缩风道，由于颡粒群在运动与上侧壁蔼碰攘，使其减速甚至 是改变运动方向，所以变径部分上侧壁面表面及其对应底面有较多粉尘的沉降与 堆积。 ( 3 ) 在水平赢风道中，由予气流在经过支送风目之展整体速度丈糨降低，所 以在支风嗣中心线以后位置，出现颗粒物沉降与堆积的可能性较大。 北京工业大学工学硕士学位论文 3 4 本童小结 本章首先介绍了空调系统内部污染物的种类，并对其来源形式作了说明；接 着借助两相流体力学的观点，对风道内含尘气流的流动特点进行了分析；最后， 通过对气流在三种常规通风管道中流动的模拟，来分析粉尘在风道中的沉降与堆 积特点，从而了解风道内部积尘分布情况，为清洗设备的设计与清洗工程的开展 提供指导与依据。 第4 章中央空调风道清洗系统的设计与研制 第4 章中央空调风道清洗系统的设计与研制 4 1 中央空调风道清洗系统总体设计 4 1 1 系统总体设计思想 国际上一些空调清洗技术成熟国家的相关标准与文献。”8 是最初设计思想 的基础。清洁中央空调风道最为有效的方法是“源去除机械清洗方法”，即采用 机械清洗的方式，直接安全地去除污染源。故而清洗系统的设计思想主要是基于 这种方法的实现，然后通过对比国内外清洗设备，特别是空调清洗较为成熟的国 家的技术装备，同时结合国内中央空调系统形式与污染特点，产生了系统总体的 设计思想： ( 1 )清洗系统应该具备有效实现“源去除机械清洗方法”对风道的清洁功能； ( 2 ) 能够适应常规中央空调系统形式与风道尺寸类型，能够有效针对国内 空调系统以可吸入粉尘为主要污染物的特点进行清洗； ( 3 )系统整体性能与部件参数满足相关要求“，清洗后风道洁净程度 满足技术标准要求，排放满足国家环保技术标准，清洗过程中没有二次 污染，噪声控制在相关规定允许范围内； ( 4 ) 系统操作便捷，性能稳定，成本较低，具备市场推广价值。 4 1 2 系统总体设计技术目标 中央空调风道清洗系统基于以下总体目标来设计 检测、清扫装置采用外部遥控，具备机动灵活的特点，能够跨越小型障 碍物，具备一定坡度的攀爬能力，适宜风道内部运动； 检测、清扫装置具备视频采集功能，能够进行可视化实时监控； 系统具备一定的密封性能，清洗过程中保证风道内部无泄漏，以避免污 染源的扩散； 旋转刷清扫装置刷头转速满足技术要求，能够切实有效的打落风道内壁 附着粉尘； 粉尘输送装置具备足够的动力性能，以提供足够的风量风速，能够有效 从风道中输送出粉尘； 集尘过滤系统能够有效阻留粉尘颗粒，效率满足相关技术指标要求。 北京工业大学工学硕士学位论文 4 1 3 系统总体性能参数指标 系统总体性能指标主耍有以下几个方面的规定： ( 1 )系统清洗效率要求：清洗完成之后，保证风道内壁污染物残留量小于 1 0 9 m 2 ”； ( 2 ) 集尘过滤装置粉尘的过滤效率指标：对0 3um 粉尘的过滤效率必须达到 9 99 7 9 = ( 3 ) 清洗系统运行时，工作现场噪声要求小于d 酽”。 4 2 中央空调风道清洗系统部件的设计与制作 4 2 1 系统部件组成 中央空调风道清洗系统部件包括：风道检测装置、风道清扫装置、粉尘运输 装置、集尘过滤装置以及其它辅助装置。 4 2 2 部件设计与制作 4 2 2 1 风道检测装置 在清洗前后，风道检测装置对风道内部的卫生状况进行摄录和存储。为判断 风道是否需要清洗，以及为清洗作业是否合格提供依据。在这里风道检测装置又 豳4 1 风道检测机器人系统 f i g u m4 - 1a 打血1 c td m c d v er o h ns v s t e m 被叫做风道检测机器人。 风道检测机器人由控制面板、显示器、电源信号线和带摄像头的行走机器人 构成，如图4 1 所示。其工作原理是：将带有摄像头的行走机器人放入风道内， 通过控制面板上的操纵杆对机器人发出前进、后退、左转或右转的指令，这个指 第4 章中史空调风遒清洗系统的设计与研制 控制指令通过电源信号线传送给机器人，机器人接到指令后就会按照该指奄进行 动作，同时机器人上携带的摄像头可将风道内部状况摄录下来，这些图像信号通 过电源信号线传输到显示器上，通过显示器就谢以看到风道内部的卫生状况，同 时也可将这些图像内容记录和打印。 风遵检壤机器人系统技术特征如下：风遵梭测机器人，用于检涎调查管道内 污染情况的线控机器人，有线遥控行走距离2 0 2 5 m ，可对清洗前厢的管道做目 视检测，结合电脑和打印梳可实现检测摄像的录制编辑和输出打印功能。该梳器 人机身采用高强度钢板焊接而成。前后轮异侧驱动( 即左侧翦轮主动后轮从动， 右侧前轮从动后轮主动) ，同时采用履带式结构，能够跨越3 0 m m 高的障碍物