摘要：本文通過(guò)對垂直單向流潔凈室的原理及其三要素分析，提出了一種新的垂直單向流潔凈室系統，然后分析了該系統的可行性以及和常規的垂直單向流潔凈室進(jìn)行了經(jīng)濟比較，簡(jiǎn)要敘述了該系統的適用場(chǎng)合，并展望了其應用前景。

　　關(guān)鍵詞：垂直單向流 潔凈室 層流潔凈室 氣流

　　引言

　　單向流（平行流）潔凈室最早在1961年出現在美國，叫層流潔凈室。這種潔凈室的出現，對于空氣潔凈技術(shù)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)重要的里程碑，使空氣潔凈技術(shù)發(fā)生了飛躍，使創(chuàng )造異常潔凈的環(huán)境成為可能。單向流潔凈室又可分為垂直單向流潔凈室和水平單向流潔凈室，本文主要介紹垂直單向流潔凈室。

　　1、垂直單向流潔凈室原理垂直單向流是高級別潔凈室應用最廣泛的一種氣流流型。

　　在潔凈室內高效空氣過(guò)濾器（或超高效空氣過(guò)濾器）布置在頂棚或側面，從送風(fēng)口到回風(fēng)口，氣流流經(jīng)途中的斷面幾乎沒(méi)有什么變化，加上送風(fēng)靜壓箱和高效過(guò)濾器的均壓作用，使得全室斷面上的流速比較均勻，而至少在工作區內流線(xiàn)單向平行，沒(méi)有渦流。干凈的氣流不是一股或幾股，而是充滿(mǎn)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臟空氣沿整個(gè)斷面排至室外，從而達到凈化室內空氣的目的[1].空氣經(jīng)架空地板回至循環(huán)風(fēng)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(shí)，也可以在側墻下部設回風(fēng)口形成上送下側回的氣流流型，這種方式基本上也屬于垂直單向流流型［2］。

　　2、單向流的三要素單向流的形成除了要滿(mǎn)足氣流充滿(mǎn)潔凈室或潔凈區，還有三個(gè)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(gè)氣流均勻流動(dòng)不發(fā)生滯留區。氣流速度應能抵抗人員活動(dòng)、熱浮升的干擾， 對于垂直單向流潔凈室橫斷面的斷面風(fēng)速Vd可參考下述數值選用[2]：

　　a）室內無(wú)人或經(jīng)常處于無(wú)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(shí)，Vd＞Vr；

　　d）考慮人員舒適 Vd＜0.5m／s；

　　e）工藝有特殊要求時(shí)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?chē)栏�。美國FS209B規定：不均勻度在±20%以?xún)�。此規定沒(méi)有說(shuō)明以那個(gè)速度為基準值，是設計風(fēng)速還是斷面風(fēng)速的實(shí)測平均值。一般認為其準值是斷面實(shí)測的平均風(fēng)速。

　　美國FS209以后，刪掉了氣流不均勻度的要求。這顯然是長(cháng)期實(shí)踐得出的認識。從長(cháng)期對潔凈室的測試發(fā)現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(xiàn)平行外，其它部分均不可能。由于過(guò)濾器濾料密度不均，過(guò)濾器送風(fēng)靜壓箱壓力不均，及由于相鄰高效過(guò)濾器邊框形成的無(wú)風(fēng)區，相鄰過(guò)濾器出風(fēng)搭接處的風(fēng)速與過(guò)濾器表面的出風(fēng)風(fēng)速也不相同[3].

　　3、流線(xiàn)的平行度

　　各種規范都規定單向流的一個(gè)要素是氣流平行。這一點(diǎn)到目前為止仍被堅持。然而實(shí)踐證明這也是完全沒(méi)必要的。我們知道，只要整個(gè)氣流中的流線(xiàn)（跡線(xiàn)）不交叉就不會(huì )形成渦流區。塵粒就會(huì )沿著(zhù)跡線(xiàn)（流線(xiàn)）排走，而不會(huì )被滯留，或改行其它跡線(xiàn)。

　　那么，兩個(gè)流線(xiàn)之間在什么情況下形成渦流呢？對此，尚無(wú)定論。流體力學(xué)中的漸擴管的局部阻力損失，經(jīng)推算當擴散角為5～8最小。這就意味著(zhù)當擴散角為5～8時(shí)只有流速分布改變形成的損失，而基本無(wú)旋渦區損失。所以理論上當兩個(gè)流線(xiàn)的夾角小于5～8時(shí)，則不會(huì )形成渦流；由此推論只要送風(fēng)口的出流中，相鄰的流線(xiàn)擴張角小于5～8，整個(gè)氣流沿單一趨向流動(dòng)仍可形成單向流[3].

　　除了要滿(mǎn)足單向流潔凈室3項特性指標的要求外，還應滿(mǎn)足《潔凈室施工及驗收規范》（JGJ 71—90）規定的回風(fēng)口風(fēng)速不應大于2.0m／s，并且回風(fēng)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(fēng)口設在低于工作區下限高度0.8m以下[4].

　　3、垂直單向流潔凈室新技術(shù)

　　1、全頂棚送風(fēng)、兩側下回風(fēng)的潔凈室

　　常規的垂直單向流潔凈室大多采用頂棚滿(mǎn)布高效過(guò)濾器送風(fēng)，全地板格柵回風(fēng)。這種潔凈室的特點(diǎn)是：可以獲得均勻的向下單向平行氣流，因而自?xún)裟芰�強，能夠達到最高的潔凈度級別，不僅工藝設備可以任意布置，而且可簡(jiǎn)化人身凈化設施。但是對于全地板格柵回風(fēng)，地板給人的視覺(jué)不好，行走（特別是女性）和放置物件都有不穩的感覺(jué)，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(fēng)方式加以改進(jìn)，就出現了全頂棚送風(fēng)兩側下回風(fēng)的潔凈室。全頂棚送風(fēng)相對兩側墻下回風(fēng)式潔凈室是傳統的垂直單向流潔凈室的變型，也被稱(chēng)為準單向流潔凈室。這種送、回風(fēng)方式可造成室內良好的氣流流型，室內大部分區域（包括人的工作區）處于主流區，要求的潔凈度指標可在較小的送風(fēng)量下達到。顯然，它是一種比較理想的氣流。

　　關(guān)于垂直單向流潔凈室的經(jīng)濟性比較國內外大量研究表明，潔凈室的潔凈度主要取決于合理的氣流組織和高效過(guò)濾器的效率。對氣流而言，單向流無(wú)疑是最佳的氣流流型，因為它可以達到高級別潔凈度。當然低級別潔凈度可用非單向流。典型的垂直單向流流線(xiàn)平行，同一高度上塵粒排走的路徑相同而且最短。當然垂直單向流是最佳氣流。

　　但是對于頂棚滿(mǎn)布高效過(guò)濾器送風(fēng)，全地板格柵回風(fēng)系統。但這種系統也有明顯的缺點(diǎn)，除了上述提到的視覺(jué)效果不佳外；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(jià)是比較高的，采用格柵地板不僅耗用空間而且其造價(jià)約占單向流潔凈室室內裝修費用的30％～50％，因此該系統的造價(jià)很高，不利于垂直單向流潔凈室的推廣使用。而全頂棚送風(fēng)兩側下回風(fēng)的潔凈室，正是克服了上述缺點(diǎn)，因此這種潔凈室因其相對低廉的造價(jià)以及較佳的流型受到人們的歡迎。

　　系統使用場(chǎng)合由于垂直單向流潔凈室主要應用于高潔凈度等級的。無(wú)論是以無(wú)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(wú)命微料（塵埃）對工作對象的生物潔凈室，該系統都是適用的，但是由于采用了兩側下回風(fēng)，為了獲得理想的氣流分布，規定房間寬度小于6米。

　　前景展望與頂棚滿(mǎn)布高效過(guò)濾器送風(fēng)，全地板格柵回風(fēng)系統相比，全頂棚送風(fēng)兩側下回風(fēng)系統具有相對低廉的造價(jià)以及較佳的流型，使室內大部分區域（包括人的工作區）處于主流區，潔凈室要求達到的凈度指標可在較小的送風(fēng)量下達到。比常規的垂直單向流潔凈室和水平單向流潔凈室更具有很大的優(yōu)越性，因此，該系統廣泛用于醫療衛生、制藥、化學(xué)實(shí)驗、精密機械工業(yè)、電子工業(yè)等領(lǐng)域�？梢灶A測隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，對潔凈室的要求會(huì )越來(lái)越高，該系統會(huì )有廣闊的應用前景。

　　參考文獻：

　　1 許鐘麟�？諝鉂崈艏夹g(shù)原理。上海：同濟大學(xué)出版社，1998

　　2 王唯國。單向流潔凈室。 暖通空調 .2003－33－5

　　3 潔凈原理概述及工程驗收《國家標準》

　　4 魏學(xué)孟等。準單向流潔凈室不穩定渦流三角區分析。暖通空調 .2003－33－4

　　5 陳 帥，劉 剛，朱衛東。1000級潔凈室新型氣流組織的探析東華大學(xué)報（自然科學(xué)版） 2003－29－5

　　6 碩士論文。關(guān)于單向流的討論

　　7 符濟湘，俞渭雄。潔凈技術(shù)與建筑設計。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986

　　8 《潔凈室施工及驗收規范》（JGJ 71—90）