摘要：本文通過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(tǒng)，然后分析了該系統(tǒng)的可行性以及和常規(guī)的垂直單向流潔凈室進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)比較，簡要敘述了該系統(tǒng)的適用場合，并展望了其應(yīng)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(xiàn)在美國，叫層流潔凈室。這種潔凈室的出現(xiàn)，對于空氣潔凈技術(shù)來說，是一個重要的里程碑，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(yīng)用最廣泛的一種氣流流型。

　　在潔凈室內(nèi)高效空氣過濾器（或超高效空氣過濾器）布置在頂棚或側(cè)面，從送風(fēng)口到回風(fēng)口，氣流流經(jīng)途中的斷面幾乎沒有什么變化，加上送風(fēng)靜壓箱和高效過濾器的均壓作用，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(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的[1].空氣經(jīng)架空地板回至循環(huán)風(fēng)機(jī)，從而形成上送下回的垂直單向流流型。當(dāng)房間寬度小于等于6m時，也可以在側(cè)墻下部設(shè)回風(fēng)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］。

　　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(yán)格的要求。

　　1、氣流速度

　　氣流速度的選擇原則應(yīng)該使整個氣流均勻流動不發(fā)生滯留區(qū)。氣流速度應(yīng)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(fēng)速Vd可參考下述數(shù)值選用[2]：

　　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(yán)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(zhǔn)值，是設(shè)計風(fēng)速還是斷面風(fēng)速的實(shí)測平均值。一般認(rèn)為其準(zhǔn)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。這顯然是長期實(shí)踐得出的認(rèn)識。從長期對潔凈室的測試發(fā)現(xiàn)這一要求基本達(dá)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(fēng)靜壓箱壓力不均，及由于相鄰高效過濾器邊框形成的無風(fēng)區(qū)，相鄰過濾器出風(fēng)搭接處的風(fēng)速與過濾器表面的出風(fēng)風(fēng)速也不相同[3].

　　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(diǎn)到目前為止仍被堅持。然而實(shí)踐證明這也是完全沒必要的。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。

　　那么，兩個流線之間在什么情況下形成渦流呢？對此，尚無定論。流體力學(xué)中的漸擴(kuò)管的局部阻力損失，經(jīng)推算當(dāng)擴(kuò)散角為5～8最小。這就意味著當(dāng)擴(kuò)散角為5～8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(dāng)兩個流線的夾角小于5～8時，則不會形成渦流；由此推論只要送風(fēng)口的出流中，相鄰的流線擴(kuò)張角小于5～8，整個氣流沿單一趨向流動仍可形成單向流[3].

　　除了要滿足單向流潔凈室3項特性指標(biāo)的要求外，還應(yīng)滿足《潔凈室施工及驗(yàn)收規(guī)范》（JGJ 71—90）規(guī)定的回風(fēng)口風(fēng)速不應(yīng)大于2.0m／s，并且回風(fēng)口高度和潔凈室室寬的比值應(yīng)大于或等于0.1的條件。在一般應(yīng)用中，回風(fēng)口設(shè)在低于工作區(qū)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(cè)下回風(fēng)的潔凈室

　　常規(guī)的垂直單向流潔凈室大多采用頂棚滿布高效過濾器送風(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，因而自凈能力強(qiáng)，能夠達(dá)到最高的潔凈度級別，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(fēng)，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(fēng)方式加以改進(jìn)，就出現(xiàn)了全頂棚送風(fēng)兩側(cè)下回風(fēng)的潔凈室。全頂棚送風(fēng)相對兩側(cè)墻下回風(fēng)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(zhǔn)單向流潔凈室。這種送、回風(fēng)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(biāo)可在較小的送風(fēng)量下達(dá)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(jì)性比較國內(nèi)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濾器的效率。對氣流而言，單向流無疑是最佳的氣流流型，因?yàn)樗�可以達(dá)到高級別潔凈度。當(dāng)然低級別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最短。當(dāng)然垂直單向流是最佳氣流。

　　但是對于頂棚滿布高效過濾器送風(fēng)，全地板格柵回風(fēng)系統(tǒng)。但這種系統(tǒng)也有明顯的缺點(diǎn)，除了上述提到的視覺效果不佳外；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(fèi)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(fēng)兩側(cè)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以及較佳的流型受到人們的歡迎。

　　系統(tǒng)使用場合由于垂直單向流潔凈室主要應(yīng)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(xì)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(fēng)，為了獲得理想的氣流分布，規(guī)定房間寬度小于6米。

　　前景展望與頂棚滿布高效過濾器送風(fēng)，全地板格柵回風(fēng)系統(tǒng)相比，全頂棚送風(fēng)兩側(cè)下回風(fēng)系統(tǒng)具有相對低廉的造價以及較佳的流型，使室內(nèi)大部分區(qū)域（包括人的工作區(qū)）處于主流區(qū)，潔凈室要求達(dá)到的凈度指標(biāo)可在較小的送風(fēng)量下達(dá)到。比常規(guī)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(tǒng)廣泛用于醫(yī)療衛(wèi)生、制藥、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、精密機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)等領(lǐng)域�？梢灶A(yù)測隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對潔凈室的要求會越來越高，該系統(tǒng)會有廣闊的應(yīng)用前景。

　　參考文獻(xiàn)：

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

　　2 王唯國。單向流潔凈室。 暖通空調(diào) .2003－33－5

　　3 潔凈原理概述及工程驗(yàn)收《國家標(biāo)準(zhǔn)》

　　4 魏學(xué)孟等。準(zhǔn)單向流潔凈室不穩(wěn)定渦流三角區(qū)分析。暖通空調(diào) .2003－33－4

　　5 陳 帥，劉 剛，朱衛(wèi)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(jì)湘，俞渭雄。潔凈技術(shù)與建筑設(shè)計。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986

　　8 《潔凈室施工及驗(yàn)收規(guī)范》（JGJ 71—90）