【Building Simulation】净化、通风系统对工厂油雾控制的研究
文摘
科学
2024-03-29 10:57
湖南
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摘要
工厂空气中的油雾会给工人带来严重的室内健康风险。通风和净化系统通常用来缓解这一问题，然而当前各系统之间的耦合关系并不明确。如何更好的对各系统进行设计、安装以及运行维护对提升污染物控制效率、获得更好的工厂内空气质量十分重要。
本研究以天津一机械加工厂为例建立了研究模型，并通过数值模拟研究了净化器出口方向、净化风量、安装高度和净化效率对室内油雾浓度分布的影响。此外，还讨论了不同通风和净化系统组合对室内油雾浓度的控制效果。
结果表明，净化器的出口方向对工厂内的油雾分布有很大影响，不同净化器出口方向下呼吸区油雾浓度的最大差异为17%。当净化器出口方向向上时，较大的净化风量有利于污染物的去除，较低的净化器排气口安装高度有利于油雾的排出并降低呼吸区的油雾浓度。净化器出口的油雾浓度从0 mg/m3 增加到2 mg/m3，呼吸区的油雾浓度增加了67%。净化系统与通风系统的有机耦合才能获得最佳的污染去除效率和最低的呼吸区油雾浓度。研究成果可为机械加工工厂通风净化系统的设计、安装和运行提供参考。
关键词：油雾颗粒、通风系统、净化系统、室内空气质量、CFD
1. 研究了不同净化系统特征对室内油雾分布的影响
2. 探究了净化系统的运行维护策略
3. 比较了不同通风、净化耦合系统对室内空气质量的影响
根据天津市某机加工车间建立了研究模型，并研究了净化器出口方向、净化风量、安装高度等净化系统特征参数对室内油雾分布的影响。结果表明，不同净化器出口方向下呼吸区油雾浓度的最大差异为17%。当净化器出口方向向上时，较大的净化风量及较低的净化器排气口安装高度有利于油雾从厂房排出，降低呼吸区的油雾浓度。
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图1 厂房模型示意图
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图2 加工设备和净化器（a为实际加工厂中的净化器及其进气口和出气口；b为净化器和加工设备的组合图；c为净化器的详细尺寸）
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图3 净化器出口对流场的影响(a、b、c 和 d 分别为净化器出口方向 I、II、III 和 IV 的结果）
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图4 不同净化器开口方向的呼吸区油雾分布（a、b、c 和 d 分别为净化器出口方向 I、II、III 和 IV 的结果）
由于静电油雾净化器的净化效率高，常被用来进行机加工车间的油雾净化。静电油雾净化器会随着使用时间的增加而发生油滴在电极表面的沉积凝结，导致净化效率下降。选择以净化器出口油雾浓度为反映净化效率的指标，结合NIOSH的油雾职业暴露限值，结果发现在净化器出口油雾浓度超过1.5 mg/m3之前，必须对净化器进行维护和清洁。
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图5 净化器出口油雾浓度对呼吸区平均油雾浓度的影响
(3) 不同净化、通风耦合系统对室内污染物的联合控制效果
机加工车间通常会安装包括屋顶排风系统、置换通风系统、室内空气再循环系统以及净化系统等以提升室内空气质量及舒适性。本研究比较了净化系统与不同通风系统联合运行时的室内污染物分布。结果表明，净化系统与屋顶排风系统和置换通风系统的组合系统具有最佳的污染去除效率和最低的呼吸区油雾浓度。![]()
图6 净化、通风系统联合运行时的呼吸区油雾分布（a、b 和 c 分别为净化系统与屋顶排风系统、屋顶排风+置换通风组合系统以及屋顶排风+空气再循环系统的组合）
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图7 净化、通风系统联合运行时的污染物去除效率和呼吸区平均油雾浓度
本研究以某实际机加工车间为研究对象，研究了机加工车间净化系统特征对室内油雾污染物的分布影响，探究了净化系统的运行维护策略，比较了不同净化、通风系统对室内空气质量的影响。研究结果可为机加工工厂通风、净化系统的设计、安装和运行维护提供参考。
Yukun Wang1, Yu Guo1, Wenjia Hao1, Wei Liu2, Zhengwei Long1*
1 Tianjin Key Laboratory of Indoor Air Environmental Quality Control, School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Weijin Road 92, Tianjin 300072, China
2 Division of Sustainable Buildings, Department of Civil and Architectural, Engineering, KTH Royal Institute of Technology, Brinellvägen 23, Stockholm, 10044, Sweden
Wang, Y., Guo, Y., Hao, W. et al. (2023). Simulation study of the purification system for indoor oil mist control in machining factories. Building Simulation, 16: 1361–1374.
https://doi.org/10.1007/s12273-023-1020-6
本文通讯作者为天津大学环境科学与工程学院教授龙正伟，主要从事污染物监测与净化、室内舒适性环境营造、通风技术与CFD仿真等方面的研究。第一作者王宇琨为课题组在读博士研究生。共同作者包括天津大学英才教授刘炜，课题组硕士研究生郭宇、郝文嘉。
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