空气净化系统的设计.pdf

文章编号 ISSN 100529180 2000 0120047204 空气净化系统的设计 The Desiqn For A ir Purifing System 赵 彬 中国工商银行福建省分行管理部 福建 福州350005 摘要 本文探讨一种在尽可能减少能源的条件下 提供健康 舒适环境的空气净化系统 给出了空气净化系统的组成 数学模型和设计实例 关键词 空调 净化 系统部件 中图分类号 TU 834 8 文献标识码 A 近年来 随着人民生活水平的提高 形式多样的空调器进入各行各业和普通家庭 给人 们创造了舒适的温湿环境 但由于普通空调没有提高空气清净质量的功能 密闭环境中烟尘积 累 空气品质下降 人体处于这种 低温 环境中 抵御疾病的能力降低 易患感冒 此外 在大型高层建筑物内 大量现代电子办公用品 复印机 电脑 打印机 的广泛 使用以及大量合成材料的使用 加上为了节能密闭门窗和尽可能减少新风量等 使室内积累 多种有机气体及由人体产生的生物性污染物等 造成室内空气品质恶化 使一些高层建筑成 为 病态建筑 SICK BU I LD I N G 人生活在这种建筑物内会出现呼吸道系统和眼受刺激 困 倦 乏力 胸闷 精神惶惚 过敏等症状 世界卫生组织将此类症状称为 病态建筑综合 症 SICK BU I LD I N G SYNDROM E 另一方面 随着工业的发展 室外大气污染加剧 使 整体居住环境下降 通过自然换气或机械通风亦直接影响室内的空气品质 由此可见 对空调系统的要求不仅限于环境温度 而应扩大到环境清洁度 本文探讨空气 净化系统的设计 以提供健康 舒适的空调环境 避免空调的负面效应 提高空气品质 1 空气净化系统的组成 空气净化系统主要由以下几部分组成 进风口 前置过滤器 主过滤器 活性碳过滤器 后置过滤器 阴离子发生器 出风口及热交换器 对于新风空气净化器 111 前置过滤器 主要用于除去较粗大的粒子 新风中 5 m的粒子 从而保护其后的高性能过滤器 既 可以提高对微粒的捕集效率 又可延长使用寿命 没有前置过滤器的保护 长纤维物质一旦进 入静电过滤器还会产生电火花 此外 前置过滤器还便于清洁 112 主过滤器 一般为较高性能过滤器 用于去除新风中 1 m的粒子 空调净化系统性能的好坏 很 74 2 0 0 0年3月 第19卷第1期 总70期 制 冷 收稿日期 1999212215 大程度取决于此 该过滤器大体可分为机械式和静电式两种 其中以静电式居多 占90 机械式过滤器即指空气通过纤维等滤料撞击 拦截等主要机理净化空气的方式 可以获 得很高的效率 但其空气通过的压力损失较大 静电过滤器主要利用静电作用过滤空气 同样 可以获得较高效率 而阻力很小 通常在净化系统中采用薄层结构 以降低阻力 对于静电过滤器各厂家又有不同的作法 主要从如何提高捕集效率和减少有害离子 臭 氧发生量为核心做研究 其分类情况见图1 它分为静电自主集尘板式和静电加滤料方式 两者 不同之处在于静电式没有使用过滤介质 它是通过电晕放电使尘埃荷电 然后在带电的集板 予以捕集 由于集板的形式不同 又可分平行板式和蜂窝式 蜂窝式使用了过滤介质 它是利 用静电的作用提高过滤介质的过滤效率 这有两种做法 一种是对尘埃荷电 使其凝聚成较 大颗粒 再由过滤介质捕集 另一种是对介质直接荷电 提高其捕集物性的方式 图1 过滤器的分类方式 113 活性碳过滤器 空气经过主过滤器后 有时还需要通过活性碳处理 活性碳是通过燃烧植物纤维获得的有 许多极细微孔的碳 主要是用以吸附空气中的有害物质 如NH3 CO SO2等 起到了除去 有害气体和消除异味的作用 为了提高活性碳的吸附力 有时还采用浸渍型活性碳 由单纯的 物理吸附转变为化学吸附 提高了吸附率和饱和容量 此外 不同的材质燃烧加工而成的活性 碳的性能差别也很大 寻找合适的活性碳品种和组成过滤元件是当前的主要课题 114 后置过滤器 主要是为了去除 0 3 m的粒子 捕集活性碳中可能脱落的微粒和再次飞散的微粒在室 内扩散 在绝大多数的空气消静装置中都忽视设置该过滤器 115 阴离子发生器 阴离子对人体健康的作用已为人们所接受 它一方面是评价空气品质的一个因素 另一 方面 由阴离子发生器产生的阴离子随过滤后的清新空气排出 能让飘浮于空气中的微粒带 上负电 使这些粒子易被捕集或沉淀 使室内空气更清新 因此 绝大多数空气清净系统配有 阴离子发生器 以提高其性能 一般开机释放浓度为1000个 cm 3 116 风机 在空调净化系统中 一般选用离心式风机作为动力 因为气流既要克服各级过滤器的阻 力 又要有一定的风量来保证房间的气流速度和气流组织 同时 作为家电产品 净化器还必 84 REFRIGERATI ON No 1 2000 M ar Vol 19 TotalNo 70 需要有较低的噪音 因此 风机的选择比较复杂 在以静电过滤器为主的空气静化器上 有时 也要配置贯流式风机 既保证风量大 风速平稳 又能使噪音降到理想值 2 空气净化系统的数学模型 净化空调系统与一般空调系统相比 送入空调室内的空气除处理热 湿负荷外 还须保 证室内要求的洁净度和严格保持室内的正压 空调室内的洁净度是通过合理的空气净化处理 和合理组织空调室所必须的通风量来达到的 而空调室内的正压则是通过合理设计空调室的 送 回和排风量来保证的 典型的空调净化系统物理模型如图2所示 图2 空调净化系统的物理模型 先作以下几种假定 以便建立数学模型 1 空调净化系统运行过程中 室外大气中含尘浓度 室内单位时间发尘量和有组织的 排风量均保持不变 2 空调室内尘粒浓度分布均匀 送风带入室内的和室内发生的尘粒瞬时即均匀扩散 3 忽略过滤速度对过滤器效率的影响 211 室内正压值 室内正压值按下式计算 p Q 2 式中 p 室内正压值 Pa 与空调系统密封程度有关的系数 Q 室内正压渗透风量 m 3 h 212 风机性能与风速关系 风机性能与风速呈如下函数关系 H f Q1 N 式中 H 风机压头 Pa Q1 风机风量 m 3 h N 风机转速 r m in 213 风量平衡关系 风量平衡关系中 系统各节点满足 2 n i 1Q j 0 且QS 2 m i 1Q p i 式中 2 n i 1Q j 系统节点上各支路风量的代数和 n为系统节点上的支路数 m 3 h QS 系统新风量 m 3 h 2 m i 1Q pi 系统各室内排风量的总和 包括局部排风和正压渗透风量 m 3 h 94 2 0 0 0年3月 第19卷第1期 总70期 制 冷 214 过滤器的效率 指过滤器上的积尘量与过滤效率的关系 f m 式中 过滤器效率 m 过滤器上的积尘的重量 g m 2 215 过滤器的阻力 阻力有过滤器上的初始阻力与最终阻力 F2 K F1 式中 F2 最终阻力 Pa K 系数 F1 初始阻力 Pa 216 灰尘量平衡 Q I f N Nm 式中 Q 出灰尘量 g I 进灰尘量 g N 人数 Nm 每人灰尘发生量 g 人 3 空调净化系统的设计 空调净化系统工程的初期投入较多 因此必须采用技术经济与洁净设计相结合的原则 根 据以上数学模型 综合考虑以下因素 1 净化区域大小和冷负荷 2 能源供给情况 3 制 冷剂 4 能效比 5 初投资和运行费用 6 维护等 以一空调净化系统为例分析如下 311 换气次数的选择 空调净化系统洁净级别取决于换气次数 一般而言 洁净度在10000级与100000级的换气 次数分别确定为28次 小时和18次 小时较合适 该系统要求100000级 我们选择18次 小时 以保证一定的正压值 既考虑到节能 又有一定的新鲜空气补充 312 过滤器阻力的选择 终阻力值高的过滤器 使用时间会长一些 但是没有必要将终阻力值定得过高 过高的终 阻力值并不意味着过滤器的使用寿命会明显延长 相反 它会使空调系统风量锐减 那么 最 佳的经济选用方案应该多少比较合适呢 根据哈佛大学空气净化实验室的研究报告提出 降低 流速而使过滤器寿命延长的时间大体上同流速降低程度的平方根成正比 降低流速的经济限 额大约是20 因此 一般情况下 终阻力值可以定为初阻力值的2 3倍 我们将该系统定为 218倍 313 风速的选择 一般初效过滤器和中效过滤器的迎面风速可达到215m s 而高效过滤器的迎面风速多 为 1m s 在该系统中忽视高效过滤器 以初 中效过滤器为主 选择风机的风速为213m s 即可达到该系统的要求 314 过滤器效率的选择 根据该系统的要求 选择采用无纺布以及可清洗的化纤材料做的初 中效过滤器 选择 初效过滤器的过滤效率为85 中效过滤器的过滤效率为95 4 结束语 室内