通风工程.ppt

1、通风工程,工安部 2011.08 V1.0,课程大纲,1.通风工程基本概念介绍 2.空气相关理论特性介绍 3.整体换气系统介绍 4.局部排气通风系统介绍 5.气罩的选择与设计 6.风管的种类与空气流体行为 7.风机的设计与选择 8.局部排气系统之设计与压损计算 9.换气与空调系统 10. 追踪气体量测技术 11. 通风系统之设计、安装与测试. 12.通风工程实际应用实务介绍,1.通风工程基本概念介绍,通风工程的意义:藉由供给或排除空气，调节环境空气品质。 通风工程目的: 1.排除作业环境之有害气体 2.作业环境中舒适性的控制 3.防止火灾和爆炸的发生 4.提供较高质量的作业环境,给排气系统,工

2、业通风,局部排气系统 (Local exhaust system),气罩(Hood),风管(Duct),污染防制设备,排风扇(Fan),整体换气系统 (General displacement),自然通风系统 (Natural ventilation),机械通风系统(Mechanical ventilation),给气系统,排气系统,工业通风系统种类图标图,整体换气,定义:在作业厂所产生污染物时，在污染物到达人员呼吸范围前加以稀释排除，以降低人员伤害。,红色圆点代表劳工 浅蓝色方块代表各加工站 排气风扇则以带箭号（用以指示风向）的绿色图案表示,局部换气,定义:指将一具有高浓度、有毒性、腐蚀性、

3、可燃性等空气污染源趁其未扩散前利用吸气流将其补及排出处理。,通风效率与捕集效率,通风效率（Ventilation efficiency）:进排气口处与室内污染物平均浓度差异。,:整体通风效率 Ce:排气口污染物稳态浓度 Cs:进气口污染物稳态浓度 :污染物平均稳态浓度,整体通风效率:,工业通风的问题与特征,工业通风的问题可由观察逸散源、工作者行为及空气动向得知。,2.空气相关理论介绍,所有通风系统中空气皆是控制媒介。 空气组成成分:气体、蒸气、和气胶等物质。空气的性质:质量、重量、密度、温度、黏度等性质。,风管内之静压、动压与全压图,常用压力单位: 1atm=1.0333 kgf/cm2=1.

4、0133105 N/m2=1.0133 bar=14.7 psi=10.333 mH2O(水柱)=760 mmHg,Q=VA(质量守衡连续方程)Q是体积流率V是速度A是面积,体积流率,动压和速度压的关系,大约300年前，伯努利成功的描述动压与速度之间的关系。在调整成我们常用的单位后，它们的关系可以用下面的公式描述：,英制(inH2O);(ft/min),公制(mmH2O);(m/sec),空气中的气胶,气胶的产生方式:机械式、化学式、空气移动、混合。 气胶的沈积:当知道粒子的沉积速度，也就可以知道最后的速度由Stokes定律推导出：,(mps),(fpm),标准环境下，当苯蒸发到空气中，可占多

5、少空间？苯的分子重量为78，因此，一磅莫耳的苯重78磅。假如78磅全部蒸发，在标准环境下，会充满387ft3的空间。而且，假如在标准环境下一克莫耳被蒸发，会充满24.1公升的空间。 甲烷CH4一穆尔分子重16g，会充满24.1公升空间，所以当0.5g甲烷全被蒸发会充满多少空间？0.5/1624.1公升,蒸气源,3.整体换气系统介绍,定义:作业厂所内有害物质发生源所产生的污染物，在尚未到达作业人员呼吸区(约鼻孔周围12立方英呎之呼吸空间)，导入新鲜空气稀释，使污染物浓度降低制作业环境浓度以下。 整体换气:自然换气、机械换气,自然换气,定义:自然换气方式为不使用机械动力的换气方式。 优点:比机械换

6、气省钱 缺点:不易获得预期的换气效果 注:所以自然换气会以动力机械换气装置辅助如送风机、排气机等已达到预期效果 换气方法:风力换气法、温度差换气法、风力与温度差倂用法、分子扩散法、惯性力排除法。,自然换气：主要是利用温差或风力的方式交换室内外空气，利用自然通风的方式成本低，几乎不需要运转费用，但换气量受温度及室外风速等因子影响而较难控制， 故使用受限制效率低。,气楼通风(太子楼),屋顶涡流自然通风,风压作用下的自然通风,1.风压,室外气流吹过建筑物时，气流将发生绕流。在建筑物附近的平均风速随建筑物高度的增加而增加。迎风面的风速和风的紊流度对气流的流动状况和建筑物表面及周围的压力分布影响很大。由

7、于气流的撞击作用，迎风面静压力高于大气压力，处于正压状态。在一般情况下，风向与该平面的夹角大于30时，会形成正压区。,室外气流发生建筑绕流时，在建筑物的顶部和后侧形成旋涡。屋顶上部的涡流区称为回流空隙，建筑物背风面的涡流区称为回旋气流区。根据流体力学原理这两个区域的静压力均低于大气压力，形成负压区，我们把它们统称为空气动力阴影区。由于室外空气流动造成的建筑物各表面相对未扰动气流的静压力变化，即风的作用在建筑物表面所形成的空气静压力变化称为风压。,机械换气,定义:顾名思义就是以机械来代替自然排气达到所要的效果优点:依需求可以控制换气动力位置可以更为灵活的做换气 缺点:技术要求较高、经济负担较大依

8、动力装置可分:排气方式、给气方式、给排气并用方式。,机械换气：主要是利用排风机强制空气流动达到换气的目的，利用排风机可单独对室内实施供气或单独排气，也可同时供气与排气，不同的组合各有不同的效果，虽然附加风机设备耗费能源，但换气效率较高。,整体换气效应讨论(续),补气风向与有害物,通风方式选择评估原则,1.决定可接受的暴露浓度。 2.污染源。 3.空间与气流的特性。 4.气候条件造成的影响。 5.员工工作习惯的特性。 6.预估需要的稀释空气量。,整体换气适用条件,适用条件： 污染源并无致命毒性 污染源最初为蒸气或气体，或为适于呼吸的大小 污染源始终发生于常态 污染源到处都是 污染源离人有一定距离

9、 非高、低温条件 外在环境比工作场合干净,不适用条件： 污染源具有高度毒性 污染源为大颗粒 只有部分环境具有污染源 为局部的大污染源 工作人员在污染源附近 建筑物在特殊气候中 污染源使得附近环境变的恶劣 即使暴露量低于TLV或PEL，但还是导致污染源浓度过高而使人员发生过敏或身体不适,整体排气的目的,稀释排除有害污染物 控制作业环境温度 供给补充新鲜空气 提供舒适之作业厂所 预防火灾与爆炸,空气的置换,流率，及ACH代表了每小时空气的置换量。有时设计规范会要求含有可燃物的空间内ACH=6。理论上，空气的替换指的是整个空间内的空气都需被替换。实际上，更换的只不过是局部的地方罢了。,每小时空气的置

10、换量是种较古老也较不实用的通风量测方法。其公式如下：英制 公制其中： N是每小时空气的替换数 Q是空气体积流率【USacfm, SIacms】 Vr是空间容积【UScubic feel, SEcubic meters】,4.局部排气通风系统介绍,局部换气系统能在污染物侵入工作场所前补集污染源或是污染源附近区域的逸散物。 目前有两种主要的局部换气系统： 1.制程废气排除 2.公共卫生排气,可能考虑采局部排气系统的条件,1.无法实施合乎成本效益的控制时。 2.污染物是具有危险的。 3.员工位于污染源的邻近区域。 4.逸散率随时间而变。 5.污染物是大或小时（与污染源太小、太多或是容易消失不同）。

11、6.污染源有固定倾向（与流动性不同）。 7.规则或标准要求局部换气是需要的设备。,局部排气系统之基本组成组件,1.气罩（Hood） 2.管路（Piping） 3.风机（Fan） 4.空气滤清器（Air cleaner）5.排气管（Stack）,静压(Static Pressure),静压:在局部排气系统中，风机上游处创造了一个比大气压力还低的低压区，由于压力在气罩内降低使气罩内形成负压区，空气被吸入气罩推入管内，则此低压即为静压。,局部排气的静压分布,下图显示在局部排气系统中的静压分布情形。注 意在空气接近风机时其静压值是增加的。相反 的，当空气接近大气时静压亦接近零。,局部排气的压力损失,管

12、路摩擦损失 经由肘部、收缩管、扩张管、孔口处造成的损失 进入歧管或滤清器的损失 气罩扰流或束缩面造成的损失 风机系统效率造成的损失 风门、阀、孔口、空气滤清器、气罩等特殊装置造成的损失 其他装置例如特殊的气流控制装置、排气管、消音器或是其他的装置造成的损失,局部排气的静压损失,静压损失可直接由管路速度压直接求得。（但滤清器除外） 损失通常用两种形式描述之：水柱高和速度压的百分比以下的方程式可以用来求得静压损失和平均管路速度压PV间的关系： PSL= KLOSS PV d其中： PSL=静压损失 【英吋 水柱 or 公厘 水柱】 KLOSS=损失系数，由实验值决定 PV =管路中平均速度压 【英

13、吋 水柱 or 公厘 水柱】d =密度修正系数,肘管损失,空气经过肘管或歧管会导致耗尽了静压（进入肘 管将造成损失）。原因很复杂，但我们所必须做 的是减低方向的改变、摩擦力、震动造成的损 失，扰动的影响，或是外部空气串联而成的气墙 所造成的损失。,T型歧管损失,分歧管的损失，有时会称T型损失或三角损失， 有两种估算的方法。按照美国职业卫生协会的方 法，损失被假设为只发生在歧管中。要注意的 是，当歧管角度增加，损失系数也跟着增加。45 度的歧管损失系数K0.28。已修正过的美国职业卫生学会方法对于计算风 管接合处之压损，（例如，歧管通常小于主要管 路，入口通常在逐渐变细的锥管中间，此锥管角 度不

14、超过15度，诸如此类），而角度并不会高于 45度。,分歧管压力损失细数表,其他损失,在通风系统中还有其他的静压损失。 气罩入口 风机系统效能损失 渐缩渐扩管损失 空气滤清器的损失 排气口损失等等,局部排气概说,依空气中有害物移动过程,室内污染源有害物溢散到空气中有害物流入气罩含有有害物的空气沿着气罩导管前进汇合其他气罩导管的气流流经空气清洁装置过滤后气体流经排气机沿排气导管上升到室外由垂直排气口或烟囱排出室外。,一个局部排气系统，风机会使气罩内变成负压区。大气压力会使空气进入气罩内，并使输送管内的压力趋近于平衡。,在气罩以内，所有可利用的静压都转换成速度压及气罩的进入损失。此”气罩内静压”，S

15、Ph，转换成速度压VP及空气进入气罩的压力损失，He(气罩损失)。,可用下列的方程式描述之： 或,进入气罩的压力损失（he）就是从气罩面到导管内量测点所有损失的总合,heKVPd,局部排气概说(续),控制风速Vc 与补集风速Vc 的概念,外装式气罩的抽气风速越高，补集效率越佳,P,Vc,Vg=0,Vg,Vc,捕捉点,P,X,X,飞散限界点,发散源,开口面,局部排气概说(续),为什么气罩会有压损？,改变动量(方向与速度) 气体分子摩擦,局部排气概说(续),实际使用的外装式气罩,沟槽型,百叶型,长方形型,格条型,圆形,长方形,向上吸引型外装式气罩,向下吸引型外装式气罩,侧向吸引型外装式气罩,局部排

16、气概说(续),实际使用的包围式气罩,包围型气罩：发生源在气罩里面者。,覆盖式,套箱式,气柜型,建筑冈亭型,一般包围式气罩,密闭手套箱 (密闭取决于什么?),观察窗,局部排气概说(续),实际使用的包围式气罩(排气柜),局部排气概说(续),吹吸式气罩,气罩设置分为：吹出气罩吹出气流将污染有害物吸入气罩：而吸入气罩将吹出气流及污染有害物吸入气罩内。,局部排气概说(续),那个作法比较好?,局部排气概说(续),那个作法比较好?,整流板,局部排气概说(续),那个作法比较好?,5.气罩的选择与设计,气罩:设于有害物污染源附近，用已有效捕集有害物，避免其逸散至作业环境中，或是到达劳工呼吸。 气罩形式分类:包围

17、式、外装式、接收式 气罩控制污染源则是利用机械装置： (1)围住或控制污染源。 (2)直接吸取受污染的空气。 (3)在污染物被散发出来后补集它。,基本气罩的优缺点,1.包围式:优点:将污染源全部予已包围，只留观察孔等较小的开口，于开口部份产生吸气气流，使污染空气不至逸流于外部。缺点:作业特性需性能配合。 2.外装式优点:独立设置，不致妨害作业。缺点:因巫染源位于开口面外，易吸入非污染气流，需耗费较大之动力，且亦受乱流影响。 3.接收式:优点:顺应污染气流方向接受污染空气加以排除。缺点:使用场合有限,气罩选用建议原则,1.尽量避免使呼吸带和有害物存在范围重迭 2.密闭作业优先考虑 3.其次考虑包

18、围式气罩 4.高风速低流量气罩 5.气流亭(工研院) 6.外装式气罩，最好另加其他辅助控制方式,或SPh在输送管里提供给气罩的静压PV输送管平均速度压he进入气罩的压力损失 所有的项目在方程式里面都应该被考虑为正的，甚至我们知道静压在前面提到的符号里面也有可能是负的。(在风机的上游侧。),气罩内静压公式,气罩内静压的量测,气罩内静压SPh从气罩内去量，从气罩下游大 约46个导管直径的位置。PV，导管的平均速 度压，量测的位置一样。,进入气罩的压力损失计算,进入气罩的压力损失，He，就是从面到导管内量 测点所有损失的总合，在第五章我们可以由下列 方程式得之大部分损失的计算。 P (loss)=K

19、 PV d 气罩进入损失一样可以从下列方程式得知 heK PV d 把气罩静压损失方程式取代进去，我们可以得到 SPh PV he PV K PV d(1Kd)PV 损失系数K会随着气罩外形的改变而改变。,束缩面,由于束缩面在导管的喉部形成，最大的损失在常 态下亦发生在导管入口。下图说明缩口的部 分。缩口中心通常在导管内半个直径的地方。,气罩捕集效率,气罩的效率可以描述成实际气流量对理想气流量 之比。此比值称为气罩吸入系数，Ce。,假如将所有气罩的静压全部转变成为速度压，则 可以达到理想气流量，但我们知道这是不可能 的，一个类似但是用的比较多的公式可用来估计 Ce其显示如下：PV是平均导管速度

20、压，SPh是气罩静压力的绝对 值。,有趣的是，Ce跟K（气罩的损失系数）与he（气 罩的入口损失系数）也有关系。,三种基本气罩型式为：,1.包围式气罩 （Enclosing hood）2.接收式气罩 （Receiving hood）3.外装式气罩 （Exterior hood）,当我们在选择，设计，或维修气罩的时候，则必须要决定下列一些重要的参数。,1.它的最佳形状 2.必须要能控制污染源的流量Q 3.摩擦系数 4.气罩吸入系数Ce 5.速度(面速度、补给速度、导管内传送速度) 6.尺寸,包围式气罩,1.仅在必要的地点提供入口通道。2.确定气罩是适合此工作环境；并检验此设计是否符合作业需要。3

21、.通常地，气罩能够被包围起来且面速度提升到Vf=400 呎/分则不需流量Q或马力（功率）上任何的改变。,仅在必要的地点提供入口通道。 确定气罩是适合此工作环境；并检验此设计是否符合员工需要。 通常地，气罩能够被包围起来且面速度提升到Vf=400 呎/分则不需在流量Q或马力（功率）上任何的改变。,包围式气罩的设计与使用,接收式气罩,1.仅使用在高温作业场所（上升气流的高温处理）。 2.估计上升空气气流时的初始和终端的速度。 3.从气罩抽光的空气体积必须超过抵达气罩表面的空气体积。4.当热空气上升时，上升的空气有扩散的趋势。 5.气罩尽量接近污染源。,仅使用在高温作业场所（上升气流的高温处理） 估

22、计上升空气气流时的初始和终端的速度。 从气罩抽光的空气体积必须超过抵达气罩表面的空气体积。 加热，当空气上升时，上升的空气有扩散的趋势。 当接近污染源时放置全覆式气罩。,接收式气罩的设计与使用,侧吸式气罩,侧吹式气罩是个复合式气罩，它需要空气进入两次，第一次通过长缝口进入充气室，在此地方速度降低许多，然后再由充气室进入导管内。,如果现存的气罩太大的话，可以藉由气罩内部边 的凸缘来校正。（缩小面积会增加速度。）接收式气罩对侧吹气流特别易受影响。侧吸式气罩通常几乎使用狭长缝口，侧吸式气罩 是个复合式气罩，它需要空气进入两次，第一次 通过长缝口进入充气室，在此地方速度降低许 多，然后再由充气室进入导

23、管内。长缝口内的速 度至少比充气室的速度大2-3倍。侧吸式口气罩的 进口损失系数与复合式气罩的系数相同 。,侧吸式气罩的设计与使用,6.风管的种类与空气流体行为,风管:主要功能再将气罩内之污染物送至污染防制设备，使废气经处理合乎法规后予以排放。 风管大致可以分为两部份，一指自气罩搬运污染废气经污染防制设备至排气机，属吸气风管，包括连接于各气罩之歧风管、合流风管、主风管等，为排气机吸入前方之风管总称；另一种风管为自排气机到排气口间的排气风管,当空气流经管路时，所遭受到的摩擦包含彼此之 间的相互摩擦与流经管面的摩擦。（摩擦你的双 手，你所感觉到的热是由摩擦所产生）然而，假 如我们以微观的方式看管路

24、与空气间的接合面， 我们看到一个薄层（“边界层”只有几微米） 静止不动，空气也不会移动，在此区域中，压力 的变化可能存在或不存在，取决于物体本身的形 状 。,风管内的流速,当我们开始接近管路中心，我们会看到速度逐渐 增加，直到一个稳定区域（如下图）。注意下面 直管的横截面： 1管边的速度V = 0。 2管中心的速度为最大值（通常这里会被除去）。 3平均速度会稍微小于中心速度，Vcl。,Navier-Storke 方程式的简化,风管种类,风管种类: 1.长直管 2.圆形管 3.方形管 4.肘管 5.合流 6.渐缩管 7.骤缩管 8.扩张管,依据2005 ASHRAE Handbook chapt

25、er35标准之风管测试法测试泄漏量，量测设备(nozzle chamber)依据AMCA 500D标准建置，可准确量测泄漏值并判断其泄漏等级，提供对于风管施工质量的衡量指针,1、其厚度相当薄 2、边界层厚度愈往下游愈厚。 3、边界层内的速度分布，在固体表面应满足no-slip conditon，再由固体表面逐渐平顺的增加至其边缘的自由流流速。 4、在固体表面将存在剪应力的作用 5、边界层内的流线将近似平行于固体表面，但边界层之边界并非一流线。 6、边界层内的流场，亦有层流紊流之分。以平板为例，前段流场保持层流，但愈往下游其流场终究将经过一转型区域而变为紊流,风管内之边界层特性,风管内任意两点间

26、发生了压力差会造成空气的流 动，此压力差作用于空气导致空气自高压区流向 低压区。今利用Bernoulli 方程式计算空气流动 时，其动压、静压与压力损失三者间的关系。其中 V：局部流线速度m/s ， P：绝对压力，Pa ：空气密度 kg/m3，g：重力加速度，m/s2 Z：高度，m,Bernoulli 方程式,假设气体为不可压缩流（=constant）， Bernoulli 方程式可写成：,Bernoulli 方程式(续),其中 P：压力(Pa) ：流体密度(Kg/m3) V：平均管速，gc ：重力单位转换常数（公制时为1.0 kg-m/N-s2） q：热传量 （J/kg） w：功（J/kg）

27、 h：扬程损失（m）,稳态能量方程式,流体的全压损失主要来自于静压损失和动压损 失，从动压的定义而言动压损失是来自于流速的 下降。 其中称为静压也就是一般在热力学上所谈的压 力。而V2/2gc则称为动压或速度压力，可代表 流速或动能的变化大小，由于在公制单位下的gc 值为1，因此可只将动压写成V2/2。将流体所 具有的静压与动压相加，就称为全压或停滞压 力。,全压、静压与动压,静压：动压：全压：可改写成：,全压、静压与动压 (续),流体在风管间流动的过程，由于能量的不可逆 性的存在，全压会朝流动方向而减少，此全压损 失的来源可区分成为两类，分别是：摩擦损失及 动态损失。摩擦损失又称为主要损失，

28、导因于流 体的黏滞性，使流动的过程中产生摩擦，使总机 械能减少，进而造成全压损失降低；动态损失又 称为次要损失，导因于风管系统的截面积与形状 改变，或因安装各式配件与设备所造成。,风管系统的全压损失,摩擦损失的计算,其中 Pf：摩擦损失（Pa） PV：动压（Pa） f：摩擦因子 L：风管长度（m） Df：风管的水力直径（m）,其中 Pd：动态损失（Pa）：风管系统配件的等效长度（m）：风管系统配件的局部损失系数,动态损失的计算,全压损失的计算,全压损失的计算(续),过去计算器或计算机不普及的时代，每一风管的全 压损失都要使用上式计算颇为不便，因此在许多 风管设计的手册上，都将其绘制成图形以便查

29、 询，所绘制的图形称为摩擦线图。在查询摩 擦线图的时候，只要已知到管径、流速、流率及 单位长度的压降四项参数中的二项，就可以查出 另外二项。而在查询摩擦线图须注意的一点，每 张摩擦线图都是基于已知的流体密度、黏滞系数 及管壁粗糙度等参数所绘制，因此使用时必须了 解该摩擦线图的适用性。,摩擦因子为雷诺数及风管表面相对粗糙度的函 数。 (1)雷诺数与风管表面相对粗糙度的定义如下：其中Re为无因次单位；为流体运动黏度 单位为m2/s。,摩擦因子,风管内雷诺数的影响,风管系统只要管内的雷诺数高于2300，流 动状态便开始由层流，经过过渡区，通常 伴随着剥离现象，而进入紊流的流动状 态。所谓紊流是指有不

30、规则扰动加诸于主 要流动的流体流动状态。,风管内雷诺数的影响(续),上图是一个对称翼截面，流体剥离前后的流线示 意图，当对称翼截面的攻角过大时，流体流过前 缘后加速度过大，导致压力急速下降，加上摩擦 的作用，使得边界层内的流体无法克服过大的背 压而剥离开翼表面，而风机进入剧变状态大致也 是因此而开始，,(2)雷诺数与风管表面相对粗糙度的定义如下：其中为管壁的绝对粗糙度，单位为长度单位 公尺。,摩擦因子(续),各类风管之绝对粗糙度,摩擦因子图解法,由圆形风管的观察可以推导出摩擦损失式中的数 学式，即 针对矩形风管使用同样数学式，则得到其中a，b分别为矩形风管的高与宽，若高与宽相 等值为a。,矩形

31、风管的水力直径,配件的局部损失系数,上式中的C 称为局部损失系数，也称为次要损失 系数，主要是用来计算风管配件中流体的全压 降，即动态损失。 局部损失系数定义为,配件的局部损失系数(续),一般而言，由于流体在配件入口与出口截面上的 流速不见得相同，因此上式中，须注意所使用的 值是基于哪一个流速基准平面。即其中 下标i：配件入口截面 下标o：配件出口截面,配件的局部损失系数(续),从我们导出的公式中可得到Ci与Co之间转换关系为,分流管 合流管 上图中其主风管及支管段上的动态损失须由不同 的C值决定，即其中 下标s：主侧，下标b：支侧，下标c：汇集侧,配件的局部损失系数(续),等效长度,上式中的

32、Le称为配件的等效长度，其目的与局部损 失系数相同，主要是计算流体在配件中的全压 降。其好处在于可以利用计算摩擦损失的 Darcy 方程式来计算动态损失，因此总全压损失就可简 洁地写成其中Ltotal为总等效长度，其意义为风管的长度加 上该风管上所有的配件等效长度。,尺寸转换,一般而言，风管的设计都是先将所有风管视为圆 管得到所要需求后，在考虑空间限制将圆管尺寸 转换成矩形风管。在尺寸转换过程中，必须使转 换后圆管与矩形风管有相同的流速与压力降，目 前大都使用其中 D：圆管管径（m） H：转换后矩形管高度（m） W：转换后矩形管宽度（m）,风管系统之守恒定律,1.质量守恒 对于系统中的某节点a

33、而言，流入的总体积流率必 定等于流出总体积流率。,风管系统之守恒定律(续),以上图为例节点a：节点b：,2. 能量守恒 风管系统中流体的全压降代表具有的总机械能， 且最佳风管系统其各路径的总全压降须相等，其 可用能量守恒来表示。对于系统中的某节点a而 言，流体在a点所具有的全压必定等于以a点为起 点的子路径上之总全压降。,风管系统之守恒定律(续),风管系统之守恒定律(续),以上图为例节点a：节点b：,8.局部排气系统之设计与压损计算,系统设计步骤: 1.了解实际状况 2.计算所需风量 3.选择出风口 4.设计风管系统 5.评估系统效应及安全系数 6.评估系统噪音 7.监督施工后测试及调整,导管

34、设计步骤,1.决定导管系统配置：依现场气罩安装点、排气机位置以及与其他装置之配合而定。2.选定各导管的管径。3.决定各导管与配件所造成的压力变化。4.决定达到设计要求所需的排气机性能。 而在设计过程中所需的数据至少应包括：(1)各气罩的风量需求。(2)各导管的最低风速，即搬运风速（transport velocity值。(3)各导管与配件的压力损失特性。,压力损失之计算,局部排气装置之压力损失应包括气罩、吸气导管、空气清净装置、 排气导管、排气口等各部份压力相加所得之和。因此，设计局部排气装置时应使排气机全压(由排气机产生之全压增加量)能适合此一合计之压力损失。,导管及排气口部份之压力如下列,

35、1.直线圆形面导管 2.直线方形断面导管 3.圆形断面肘管 4.长方形断面肘管 5.圆形断面合流导管 6.长方形断面合流导管 7.图形断面扩张导管 8.圆形断面渐缩导管 9.附装遮雨罩(Weather cap)之圆形断面排气口 10.格条形(Loover)排气口,压力损失公式,直线圆形面导管压力损:PR=单位长度压损失X风管长度 直线方形断面导管压力损De=1.3X(长X宽)5/(长+宽)20.125 圆形断面肘管P=肘管之压力损失系数X动压损失,局部排气之压力分布,静压(PS)、全压(PT)与动压(PV),静压与全压之测量,静压,全压,利用皮氐管将三种管压力均以U型管水柱高表示,送风机压力之

36、变化过程,局部排气概说(续),导管压力变化,导 管,排气道,局部排气系统设计范例,工业用排气烟囱的用途是用来排放作业环境内之气体至周遭环境，这些空气在被排放之前需将污染物稀释。排 放出的空气可发生在任何通风口和排气口。 稀释比:从排气管排出的气体被风稀释的比例，与风速成 正比。稀释比=F(VWind X L2/Qexh X C),排气烟囱,排气烟囱,排气道：请尽量设计为垂直排气,9.换气与空调系统,所有工业系统都需要使用通风系统交换空气，大部分的代换或供应空气系统引进新鲜空气至工作人员之工作地点，因此空气的质与量必须达到一定的标准，才能达到换气的目的。 依工作场合有的使用空调系统，其目的是依样

37、维持优良的空气质量。,通风系统常见的问题,A.不良情况 ：减低抽气速度，及过多不固定的溢散。 可能发生原因：起因可能是流率减小（除非经过制程自动改变）。 下列情况会导致流率减小： 1.塞住导管或使导管凹陷 2.减慢风扇运转 3.开启空气流通的通道 4.导管或肘管破洞 5.关闭分支流的闸，或开启其他分支流的闸 6.反向运转风扇（于铅线反转可造成马达或风扇反向转动） 7.风扇叶片磨损 8.在主要系统上另加支流或覆盖 9.空气净化器阻塞,B.不良情况：员工过度暴露，但流量、抽气速度均在一般水平。,可能发生的原因：因工作习惯不正确、通风系统妨碍工作或生产率，以致工人避免使用此系统、员工不合作、训练不适

38、当、最初设计拙劣等。,C.不良情况：导管经常阻塞,可能发生原因：当运输速度不足，或管内有潮 湿微粒，造成物质形成时，就会引起导管阻塞。拙劣的设计，开启通风口并关闭风扇也会造成导管阻塞。,D.不良情况：员工抱怨、系统误用、系统搁置不用，或员工变更系统。,可能发生的原因：覆盖物可能干扰工作、甚至使控制污染物的效率降低。,工业空调系统,一般传统工厂因为无空调设备所以里面的温度比外面高，主要产热源是人和设备所散发的，若有良好的通风系统便可以改善，但若要达到舒适还是必须砸大钱装空调系统。 典型工厂一出过多热量所需的空气量 Qcfm:(BTU/hr)/(1.08XT) Q:空气流率 BTU/hr:在空间内

39、引起的合理热量 T:室内与室外所需的温度差,自然通风系统,因为暖空气比冷空气轻，所以暖空气会上升。之后此上升空气被冷空气取代，而引起空气产生垂直方向的流动。暖空气将会上升并产生重力通风系统，较冷的空气从水平地面进入空气中。以下攻势可用来估计稳态时建筑物中空气的流动率。英制:Q=10A X (HT)0.5公制:Q=0.12A X (HT)0.5A:建筑物入口或出口面积，属小型区域形式H:建筑物入口至出口之间的高度T:室内平均温度与室外平均温度差异A上风处下风处之开放区域，属于小型区域形式,机械通风系统,自然条件可以在建筑物内产生相当高的空气流率，但是却不是人可以控制的，所以必须用一些机器来辅助控

40、制，可以较稳定的控制通风效率，现在工厂大部分使用此种通风方法。,空气调节,空气调节包括热作用、潮湿作用、冷却作用、防潮作用、以及清洁空气等作用。虽然一开始花费较高，但是却能增加生产力，较少的病号缺席，身体健康，减少维修，即使在工业厂房中也可将此部份所节省之开之补列空调所需之费用。例如无尘室就是很好的例子。,回风系统,安装回风系统的理由是它可以节省燃料，但因费用较高与潜在的危害和回风有关，所以此系统被大家仔细考虑选用。 回风再循环使用100%的旧空气，但是依般需要一些新鲜室外的空气。,10. 追踪气体量测技术,追踪气体量测是应用追踪气体通风技术(Tracer Gas Techniques)，利用

41、追踪气体的送入追踪空间中之逸散速率、浓度增加或减少、分布状态、进气量等进行测量，能清楚了解室内气流与通风状况或气罩之捕集效率。,追踪气体选定,为达到方便追踪与量测及考虑操作人员的安全的目的追踪气体应具备下列特性：1.与空气相似之密度。 2.与测试空间外环境中不常存在。 3.不具毒性、不具爆炸性、不具可燃性。 4.不易被其他物质吸收或吸附。 5.侦测与量测容易。 6.可靠之低浓度量测精度等特性但评估以上特性几乎没有一种气体可满足所有条件。ASTM曾列出可供参考使用之追踪气体如表3-1,一般常用追踪气体与侦测范围,追踪气体的释放,追踪气体的释放有下列几个方式：。 转动空间内之风扇，追踪气体发生源置

42、于风 扇后释放。 工作人员手持采样袋（内含追踪气体），在空间中走动并挤压采样袋。 经由特定之释放器释放。,追踪气体的量测方法,一般追踪气体的的量测方式可分成： 1.换气率量测法-（1.）浓度衰减法（2.）定量释放法（3.）定浓度法 2.空气年龄量测法（1.）脉冲注射法（2.）浓度阶升法（3.）浓度衰减法,浓度衰减法,这是利用追踪气体量测空气交换效率（Air-Exchange Rate）以及短时间内量测不同ACH值之最基本方式。此法乃先释放一定量之追踪气体，并利用风扇促使室内浓度快速均匀混和，待静置一段时间后可开始对欲探讨之目标物进行通风 量测，由于室内气体之流动与稀释带出，室内追踪气体之浓度会

43、随之而衰减，利用计算此衰减率便可得出室内换气量ACH值。,Air-Exchange Rate,定量释放法,此法主要应用于单一空间之长时间连续性量测室内换气率状态，或是使用于量测风管气流逸散状态。当使用此法进行量测时，追踪气体定速定量释放于空间中，则追踪气体每单位时间内供给量相同，量测单位时间内之浓度值，并计算供给量与室内浓度之差值便为单位时间内之换气量。,Air-Exchange Rate G：追踪气体释放率,定浓度法,此种方式使用于在一个或多个空间中连续换气率量测，其能更有效应用于室内空间使用分析。当使用定浓度法进行时，其追踪气体是利用多点气体释放控制仪进行量测，为了保持固定浓度，需将实测值

44、传送至控制追踪气体释放量之仪器，同时并需使用风扇以帮助追踪气体与室内空气混合；但在多数的案例中，每个区域中的空气并不需要充分的混合。但如同定量释放法般需考虑其追踪气体之消耗量。,Air-Exchange Rate G：追踪气体释放率,脉冲注射法,短时间内注射一少而定量之追踪气体，并进行室内与出口处之采样点量测，此法最大的优点为可以最少的示踪气体进行快速量测，但因很难维持室内固定混合状态的浓度而将影响量测结果。,浓度阶升法,连续地注射定量之追踪气体于入口处释放，如此进入室内空间之气体便被标示，量测室内追踪气体浓度增长之状态，其计算原理如同浓度衰减法，唯其不同点乃必须将释放量扣除量测值以计算之，使

45、用此法的优点为室内空气无法完全混合时，如飞机场、大卖场等空间。,浓度衰减法,当注射之追踪气体浓度达平衡时，即停止注射追踪气体，任其浓度递减。此法之实验程序如浓度衰减法换气量量测之步骤，量测结果如下：,3-4、3-5、3-6 这三种方法测量并记录追踪气体浓度对时间函数之关系，可求得空气年龄，进而推得室内之气流型态（flow pattern），以评估空气的新鲜程度在空间中不同地点之差异。,11. 通风系统之设计、安装与测试.,一般量测法 a.外型尺寸量测 b.面速度量测 c.烟的使用 d.气罩静压量测 e.风管速度量测,a.外型尺寸量测,风管曲率半径,b. 面速度量测,每个中心速度加以平均,c.

46、烟的使用,由烟雾移动可概略推算出气流表面速度,d. 气罩静压量测,气罩的静压测量位置，大约是自气罩起始点的平直风管的下游26倍风管直径的地方。,e. 风管速度量测,假如测量的是一长直风管，量测位置位于方向改变或障碍物下游约6倍直径距离或上游3倍直径距离，所量测速度可假设为中心速度的9/10倍。(平均速度压为中心速度压的81)。 使用皮托管可测得比较精确的风管速度，皮托管可于风管垂直或水平方向风管截面分测6或10个速度压后再将速度压换算成风速后再求取风管内风速之平均值。,各种简单且重要的设计原则,当设计及评估工业通风系统时，设计者及用户通常需要在短时间内了解问题全貌而提出方案。关于放射源之捕集、

47、气罩、通风管速度、室内空气质量、风扇及烟囱提供各种简单且重要的设计原则给大家参考。,(一)单一凸缘气罩之捕集速度(Vc)及风管速度(Vd)的相对,单一凸缘气罩之补集速度与风管直径关系图,关系。,(二)气罩捕集距离,单一气罩之有效补集距离,(三)凸缘宽,下图显示单一方法决定适当捕集气罩之凸缘宽(w)，此宽度正好够大可以阻止气罩之后的空气流，这是常用的设计因为在气罩之后的空气流动对污染空气补集不是帮助很大。,补集点位置示意图,(四)缩口,空气从气罩进入通风管之后的位置，这是非常重要的，我们尽量避免于接近缩口时进行测量，最大缩口发生于通风管内部于1/2通风管直径处，缩口之恢复大约在2倍通风管直径处，当测量通风管之静压时，于缩口下游数倍通风管直径处进行较佳。,缩口处之静压变化图,(五)平均速度,一长且笔直通风管之流体状况，平均通风管速度(Vd)相当于中心线速度之90%，平均风管速度之压力相当于中心线速度压力之81%。以上之数值可以于只有单一测量时换算得平均速度。,风管内平均风速值,(六)系统效应,通风管之设计可避免风机所产生的系统损失。称之为六进三出方法于笔直通风管中风扇入口提供约六个通风管直径长，于风扇出口约三个通风管直径长。,