稀释室内空气中的有害物质所需通风量的确定

在对房间利用排烟机进行机械排烟的同时，利用送风机进行机械送风，这种方式称为全面通风排烟方式。由于这种机械排烟方式给控制区送入了大量的新鲜空气，为避免产生助燃的影响，它不适用于应用在着火区的，可用于非着火的有烟区，系统运行时可使系统的送风量稍大于排烟量，使控制区显微正压。这种方式的优点是防烟排烟效果好，而且稳定，不受任何气象条件的影响从而确保控制区域的安全，缺点是需要送、排风两套机械设备。投资较高。耗电量也较大。

全面通风的风量应能确保把各种有害物(包括有害气体、粉尘、水蒸气、热等)全部稀释或排除，使有害物浓度不超过卫生标准。由于有害物的性质不同，应分别计算所需风量，然后确定全面通风所需风量。

1．排污模型及排污微分方程

为了分析室内空气中有害物浓度与通风量之间的关系，先研究一种理想的情况，假设有害物在室内均匀散发(室内空气中有害物浓度分布是均匀的)、送风气流和室内空气的混合在瞬间完成、送排风气流是等温的。

图3-2-1 车间通风排污模型

排污模型如图3-2-1所示。在体积为Vf的房间内，有害物源每秒钟散发的有害物量为X，通风系统开动前室内空气中有害物浓度为y1，通风风量为L(m3/s)，入风的有害物浓度为y0(g/m3)，排风的有害物浓度为y(g/m3)。还要分析有害物质是否需要油烟净化器设备,或者除味箱进行净化

房间内有害物浓度的变化情况可根据“物质平衡”原理建立微分方程。对于连续、稳定的通风过程，根据在通风过程中排出有害物的量应与产生的有害物量达到平衡的原则，在dτ时间内应满足下式：

送入量+散发量-排走量=变化量（3-2-1）

其中，送入量=L y0 dτ

散发量=x dτ

排走量=L y dτ

变化量=d(Vf y)=Vf dy

将送入量、散发量、排走量和变化量代入式（3-2-1）即得排污微分方程表达式为：

(3-2-2)

式中L——全面通风量，m3／s；

y0——送风空气中有害物浓度，g／m3；

X——有害物散发量，g／s；

y——在某一时刻室内空气中有害物浓度，g／m3；

Vf——房间体积，m3；

dτ——某一段无限小的时间间隔，s；

dy——在dτ时间内房间内浓度的增量，g／m3。

公式(3-2-2)称为全面通风的排污基本微分方程式。它反映了任何瞬间室内空气中有害物浓度y与全面通风量L之间的关系。

2．排污微分方程式的求解

（1）对公式(3-2-2)进行变换：

（3-2-3）

由于常数的微分为零，上式可改写为：

（2）积分：

如果在τ秒钟内，室内空气中有害物浓度从yl变化到y2，那么

（3-2-4）

（3-2-5）

（3）化简：

当<1时，级数exp收敛，方程（3-2-5）可以用级数展开的近似方法求解。如近似

地取级数的前两项，则得

m3/s （3-2-6）

（4）分析：

公式（3-2-6）可以求出在规定时间τ内，达到要求的浓度y2时，所需的全面通风量。公式（3-2-6）称为不稳定状态下的全面通风量计算式。

对公式（3-2-6）进行变换，可求得通风量L一定时，任意时刻室内的有害物浓度y2的表达式为：

（3-2-7）

若室内空气中初始的有害物浓度y1=0，上式可写成

（3-2-8）

当τ→ 时，→0，室内有害物浓度y2趋于稳定，其值为

g/m3 （3-2-9）

实际上，室内有害物浓度趋于稳定的时间并不需要τ→ ，例如：当≥3时，exp(-3)=0．0497＜＜1，因此，可以近似认为y2已趋于稳定。

由公式（3-2-8）、（3-2-9）可以画出室内有害物浓度y2随通风时间τ变化的曲线，见图3-2-2。

图3-2-2 室内有害物浓度随通风时间的变化曲线

从上述分析可以看出：室内有害物浓度按指数规律增加或减少，其增减速度取决于(L/Vf)。

3．排除有害物的全面通风量计算式

根据公式（3-2-9），室内有害物浓度y2处于稳定状态时所需的全面通风量按下式计算：

m3／s （3-2-10）

实际上，室内有害物的分布及通风气流是不可能非常均匀的，混合过程也不可能在瞬时完成；即使室内平均有害物浓度符合卫生标准，有害物源附近空气中的有害物浓度，仍然会比室内平均值高得多。为了保证有害物源附近工人呼吸带的有害物浓度控制在容许值以下，实际所需的全面通风量要比公式（3-2-10）的计算值大得多。因此，需要引入一个安全系数K。公式（3-2-10）可改写成

m3／s （3-2-11）

安全系数K要考虑多方面的因素。如：有害物的毒性；有害物源的分布及其散发的不均匀性；室内气流组织及通风的有效性等。精心设计的小型试验室能使K=1。一般通风房间，可根据经验在3～10范围内选用。

[例] 某地下室的体积Vf=200m3，设有全面通风系统。通风量L=0．04m3／s，有198人进入室内，人员进入后立即开启通风机，送入室外空气，试问经过多长时间该室的CO2浓度达到5．9g／m3(即y2=5．9g／m3)。

[解] 由有关资料查得每人每小时呼出的CO2约为40g，因此，CO2的产生量x=40×198=7920g／h=2．2g／s。

送入室内的空气中，CO2的体积含量为0．05%(即y0=0．98g／m3)，风机启动前室内空气中CO2浓度与室外相同，即yl=0．98g／m3。

由公式（3-2-4）得

4．存在多种有害物时风量的确定原则

根据卫生标准的规定，当数种溶剂（苯及其同系物或醇类或醋酸类）的蒸气，或数种刺激性气体（三氧化二硫及三氧化硫或氟化氢及其盐类和等），同时在室内

放射时，由于它们对人体的作用是叠加的，全面通风量应按各种气体分别稀释至容许浓度所需空气的风量，然后取最大值。因此，当存在有多种有害物时，全面通风风量按下列方法确定。

（1）分别求出排除每种有害物风量Li

（2）作业环境存在毒性相加作用的多种有害物：如苯、醇、醋酸等溶剂类；S2O3、SO3、FH等刺激性气体，按求和计算白铁工程风量：L=∑Li

（3）作业环境存在毒性无相加作用的多种有害物：取最大者为风量计算式：

L=max{Li}

[例] 某车间使用脱漆剂，每小时消耗量为4kg，脱漆剂成分为苯50%，醋酸乙酯30%，乙醇10%，松节油10%，求全面通风所需空气量。

[解]各种有机溶剂的散发量为

苯x1=4×50%=2kg/h=555.6mg/s；

醋酸乙酯x2=4×30%=1.2kg/h=333.3mg/s；

乙醇x3=4×10%=0.4kg/h=111.1mg/s；

松节油x44×10%=0.4kg/h=111.1mg/s。

根据卫生标准，车间空气中上述有机溶剂的容许浓度为

苯yp1=40mg/m3；

醋酸乙酯yp2=300mg/m3；

乙醇没有规定，不计风量；

松节油yp4=300mg/m3。

送风空气中上述四种溶剂的浓度为零，即y0=0。取安全系数K=6，按公式

（3-2-11）分别计算把每种溶剂蒸气稀释到最高容许浓度以下所需的风量。

苯；

醋酸乙酯；

乙醇L3 =0；

松节油；

数种有机溶剂混合存时，全面通风量为各自所需风量之和。即

=83.34+6.66+0+2.22

=92.22m3s/s

5．有害物散发量无法确定时的风量计算原则

当散入室内的有害物量无法具体计算时，全面通风量可按类似房间换气次数的经验数值进行计算。所谓换气次数，就是通风量L（m3/h）与通风房间体积Vf 的比值，换气次数（次/h）。其中，n—换气次数，(次/h)；Vf—房间体积。则风量经验计算式为：

L=nVf （m3/h）

各种房间的换气次数，可从有关的资料中查得。

6．消除余热、余湿的通风量计算式

如果室内产生热量或水蒸的汽，为了消除余热或余湿需要保证相应的通风风量。当送、排风湿度不相同时，送、排风的体积流量是变化的，因此，消除余热、余湿的通风量应采用质量流量。消除余热、余湿所需的全面通风量可按下式计算。（1）消除余热风量

Kg/s （3-2-12）

式中G——全面通风风量，kg/s；

Q——室内余热量，KJ/s；

c——空气的质量比热，其值为1.01KJ/kg·℃；

tp——排出空气的温度，℃；

to——进入空气的温度，℃。

（2）消除余湿风量

kg/s （3-2-13）

式中W——余湿量，g/s；

dp——排出空气的含湿量，g/k干空气；

do——进入空气的含湿量，g/k干空气。

全面通风效果不仅取决于通风量的大小，还与通风气流的组织有关。所谓气流组织就是合量地布置送、排风口位置、分配风量以及选用风口形式，以便用最小的通风量达到最佳的通风效果。

从空间布置来看，送风口可采用下、中、上三种方式，排风口也可采用下、中、上三种方式。那么根据组合，从理论上可有：下送—下排式、下送—中排式、下送—上排式、中送—下排式、中送—中排式、中送—上排式、上送—下排式、上送—中排式、上送—上排式九种气流组织方式。但实际采用哪种组织方式有效，要根据具体情况分析。

图3-2-3是某车间的全面通风实例，采用图3-2-3（a）所示的通风方式，工作和工件都处在涡流区内，工作可能中毒昏倒。如改用图3-2-3（b）所示的通网方式，室外空气流经工作区，再由排风口排出，通风效果可大为改善。