垂直單向流潔凈室標準及相關(guān)探討   上海

1、垂直單向流潔凈室原理
垂直單向流是別潔凈室應用zui廣泛的一種氣流流型。在潔凈室內(nèi)空氣過濾器(或空氣過濾器)布置在頂棚或側(cè)面，從送風口到回風口，氣流流經(jīng)途中的斷面幾乎沒有什么變化，加上送風靜壓箱和過濾器的均壓作用，使得全室斷面上的流速比較均勻，而至少在工作區(qū)內(nèi)流線單向平行，沒有渦流。干凈的氣流不是一股或幾股，而是充滿全室斷面，所以這種潔凈室不是靠參混稀釋作用，而是靠推出作用將室內(nèi)臟空氣沿整個斷面排至室外，從而達到凈化室內(nèi)空氣的目的?？諝饨?jīng)架空地板回至循環(huán)風機，從而形成上送下回的垂直單向流流型。當房間寬度小于等于6m時，也可以在側(cè)墻下部設(shè)回風口形成上送下側(cè)回的氣流流型，這種方式基本上也屬于垂直單向流流型。
2、單向流的三要素
單向流的形成除了要滿足氣流充滿潔凈室或潔凈區(qū)，還有三個要素：氣流速度、氣流的不均勻度、氣流的平行度。而且對三要素均有嚴格的要求。
（1）氣流速度
氣流速度的選擇原則應該使整個氣流均勻流動不發(fā)生滯留區(qū)。氣流速度應能抵抗人員活動、熱浮升的干擾，對于垂直單向流潔凈室橫斷面的斷面風速Vd可參考下述數(shù)值選用：
a) 室內(nèi)無人或經(jīng)常處于無人狀態(tài) 0．1～0．15m／s
b) 一般情況ISOl～4級 0．25—0．35m／s，ISO5級 0．2～0．35m／s
c) 有上升熱氣流(流速為Vr)時，Vd＞Vr
d) 考慮人員舒適 Vd＜0．5m／s
e) 工藝有特殊要求時按工藝要求確定。
（2）氣流速度的不均勻度
潔凈技術(shù)發(fā)展初期，對氣流的不均勻度要求很嚴格。美國FS209B規(guī)定：不均勻度在±20%以內(nèi)。此規(guī)定沒有說明以那個速度為基準值，是設(shè)計風速還是斷面風速的實測平均值。一般認為其準值是斷面實測的平均風速。美國FS209以后，刪掉了氣流不均勻度的要求。這顯然是長期實踐得出的認識。從長期對潔凈室的測試發(fā)現(xiàn)這一要求基本達不到。我們知道，出口氣流除射流的主體段之核心部分，氣流速度相等，流線平行外，其它部分均不可能。由于過濾器濾料密度不均，過濾器送風靜壓箱壓力不均，及由于相鄰過濾器邊框形成的無風區(qū)，相鄰過濾器出風搭接處的風速與過濾器表面的出風風速也不相同。
（3）流線的平行度
各種規(guī)范都規(guī)定單向流的一個要素是氣流平行。這一點到目前為止仍被堅持。然而實踐證明這也是沒必要的。我們知道，只要整個氣流中的流線（跡線）不交叉就不會形成渦流區(qū)。塵粒就會沿著跡線（流線）排走，而不會被滯留，或改行其它跡線。兩個流線之間在什么情況下形成渦流暫尚無定論。流體力學中的漸擴管的局部阻力損失，經(jīng)推算當擴散角為5～8ozui小。這就意味著當擴散角為5～8o時只有流速分布改變形成的損失，而基本無旋渦區(qū)損失。所以理論上當兩個流線的夾角小于5～8o時，則不會形成渦流；由此推論只要送風口的出流中，相鄰的流線擴張角小于5～8o，整個氣流沿單一趨向流動仍可形成單向流。除了要滿足單向流潔凈室3項特性指標的要求外，還應滿足《潔凈室施工及驗收規(guī)范》(50591—2010)規(guī)定的回風口風速不應大于2.0m／s，并且回風口高度和潔凈室室寬的比值應大于或等于0.1的條件。在一般應用中，回風口設(shè)在低于工作區(qū)下限高度0.8m以下。
3、垂直單向流潔凈室新技術(shù)
全頂棚送風、兩側(cè)下回風的潔凈室
常規(guī)的垂直單向流潔凈室大多采用頂棚滿布過濾器送風，全地板格柵回風。這種潔凈室的特點是：可以獲得均勻的向下單向平行氣流，因而自凈能力強，能夠達到zui高的潔凈度，不僅工藝設(shè)備可以任意布置，而且可簡化人身凈化設(shè)施。但是對于全地板格柵回風，地板給人的視覺不好，行走（特別是女性）和放置物件都有不穩(wěn)的感覺，微小東西又容易掉落到地板下面。所以這種地板不利于垂直單向流潔凈室的推廣使用。為此需要對這種回風方式加以改進，就出現(xiàn)了全頂棚送風兩側(cè)下回風的潔凈室。全頂棚送風相對兩側(cè)墻下回風式潔凈室是傳統(tǒng)的垂直單向流潔凈室的變型，也被稱為準單向流潔凈室。這種送、回風方式可造成室內(nèi)良好的氣流流型，室內(nèi)大部分區(qū)域(包括人的工作區(qū))處于主流區(qū)，要求的潔凈度指標可在較小的送風量下達到。顯然，它是一種比較理想的氣流。
4、關(guān)于垂直單向流潔凈室的經(jīng)濟性比較
外大量表明，潔凈室的潔凈度主要取決于合理的氣流組織和過濾器的效率。對氣流而言，單向流無疑是*的氣流流型，因為它可以達到別潔凈度。當然低潔凈度可用非單向流。典型的垂直單向流流線平行，同一高度上塵粒排走的路徑相同而且zui短。當然垂直單向流是*氣流。但是對于頂棚滿布過濾器送風，全地板格柵回風系統(tǒng)。但這種系統(tǒng)也有明顯的缺點，除了上述提到的視覺效果外；由于使用了格柵地板。這種地板一般用鑄鋁、塑料、鋼材等制做，代價是比較高的，采用格柵地板不僅耗用空間而且其造價約占單向流潔凈室室內(nèi)裝修費用的30％～50％，因此該系統(tǒng)的造價很高，不利于垂直單向流潔凈室的推廣使用。而全頂棚送風兩側(cè)下回風的潔凈室，正是克服了上述缺點，因此這種潔凈室因其相對低廉的造價以及的流型受到人們的歡迎。
5、系統(tǒng)使用場合
由于垂直單向流潔凈室主要應用于高潔凈度等級的。無論是以無生命微粒的控制為對象工業(yè)潔凈室；還是以控制有生命微料（細菌）與無命微料（塵埃）對工作對象的生物潔凈室，該系統(tǒng)都是適用的，但是由于采用了兩側(cè)下回風，為了獲得理想的氣流分布，規(guī)定房間寬度小于6米。