空气平衡和热平衡

3．3．1 空气平衡

在任何通风房间内，无论采用何种进风排风方式，单位时间内的进风量应等于排风量，即：

Gzj＋Gjj＝Gzp＋Gjp（3．4）

式中 Gzj，Gjj——分别是自然进风量，机械进风量，kg／s；

Gzp，Gjp——分别是自然排风量，机械排风量，kg／s。

上式就是车间的空气量平衡方程式。 在如图3．4所示的车间内，设有机械进风和机械排风，如果机械进风量大于机械排风量Gjj＞Gzp，那么室内空气压力将升高。由于通风房间不是非常严密的，有一部分室内空气就会通过门窗及其他不严密的缝隙渗流到室外，如图3．4（a）所示。一直到总进风量等于总排风量，即Gjj＝Gzp＋Gjp时，室内压力才保持稳定。我们把渗流到室外的这部分空气Gwp称为无组织排放。如果，机械排风量大于机械进风量Gjj＜Gjp，室内压力下降，处于负压状态，这时室外空气将会经过门窗及不严密的缝隙流入室内，见图3．4（b）。一直到总进风量等于总排风量，即Gwj＋Gjj＝Gjp时，室内压力才保持稳定，把渗入室内的这部分风量Gwj称为无组织进风。

在进行工程设计时，可以有目的地利用无组织进风或排风。 如图3．5所示的建筑物有A和B两个房间，A要求保持较高的清洁度，B有有害物产生。 为了防止B的有害物进入A房间，A房间的进风量应大于排风量G′jj＞G′jp，使得室内保持正压。B房间的进风量应小于排风量G″jj＜G″jp，使室内保持负压。这样，空气只会从A流入到B内，B内的有害气体不会进入到A。

图3．4 空气量平衡示意图

图3．5 无组织进风的利用示意图

3．3．2 热平衡

要使室内空气保持不变，必须使室内产生的总热量等于散失的总热量，即：

式中 ΣQd，ΣQs——分别是车间得到的总热量，散失的总热量，k W。

要保持室内的湿度和有害物质浓度不变，则必须保持湿度的平衡和某种有害物质的平衡。 前面介绍的稳定状态下的全面换气量公式就是建立在空气平衡和热、湿、有害物质的平衡基础上的。 不过它们只适用于最简单的情况，及进风和排风都只有一种状态（或浓度）的情况。 实际的通风问题较为复杂，有时进风和排风同时有几种状态；有时要根据排风量确定进风量；有时要根据热平衡条件确定送风参数等。 对于这些问题，都必须根据空气热平衡条件进行计算。 下面一个实例就是说明如何根据空气平衡、热平衡，来计算机械进风量和进风温度。

例3．3 已知某车间内生产设备散热量Q1＝350k W，维护结构散失热量Q2＝400k W，上部天窗排风量Lzp＝2．78m3／s，局部排风量Ljp＝4．16m3／s，无组织自然进风量Lzj＝1．34m3／s，室内工作区温度tn＝20℃，室外空气温度tw＝-12℃，车间内温度梯度为0．3℃／m，如图3．6所示，求：①机械进风量Ljj；②机械送风温度tj；③加热机械进风所需的热量。

图3．6 某车间通风系统示意图

解 列出空气进出平衡方程式：

Gzj＋Gjj＝Gzp＋Gjp

Lzj·ρ（-12）＋Gjj＝Lzpρ（20）＋Ljpρp

上部天窗的排风温度：

tp＝tn＋0．3（H-2）＝20＋0．3（10-2）＝22．4℃

ρ（-12）＝1．35kg／m3，ρ20＝1．2kg／m3ρ（22．4）≈1．2kg／m3

机械进风量：

Gjj＝Lzpρ2＋Ljpρ3-Lzj·ρ1＝4．16×1．2＋2．78×1．2-1．34×1．35＝6．52kg／s

列热平衡方程式：

Q1＋Gjj·ctj＋Gzj·ctw＝Q2＋Gzp·ctp＋Gjp·ctn

Q1＋Gjj·ctj＋Lzj·ρ（-12）ctw＝Q2＋Lzp·ρ（22．4）ctp＋Lzj·c·ρ（20）tn

350＋6．52×1．01×tj＋1．34×1．01×1．35×（-12）＝

400＋2．78×1．01×1．2×22．4＋4．16×1．01×1．2×20

机械送风温度：

tj＝37．5℃

加热机械进风所需的热量：

Q3＝Gjj·c（tj-tw）

＝6．52×1．01（37＋12）＝327．28k W

根据空气平衡、热平衡原理，如果车间内有很大的局部排风量，会带来以下几个方面的问题：

首先，为了保持车间的空气平衡，必须要有很大的机械进风量去补偿，这样增加了进风的投资和运行费用。 在工程设计中，为了节省投资和运行费用，可以采用部分无组织进风代替机械进风（热量必须补足）。 但是无组织进风量也不能过大，大量冷空气直接进入室内，使得工人有吹冷风的感觉。

其次，为了保持车间的热平衡，防止车间温度下降，除了需要补偿维护结合的耗散热量外，要补足局部排风损失的热量。在我国北方地区，温度较低，在-20～30℃，所以这部分热量是很大的。

再次，为了在车间内既保持良好的空气状态，又节省能源消耗，设计局部的排风系统时，特别是局部排风量大的车间，必须要从全局考虑，不能片面地追求大风量。 应改进局部排风罩的设计，在保证效果的前提下，设法减少局部排风量；对于含尘浓度不太高的局部排风系统，经除尘净化后，如达到卫生标准的要求，净化空气可以再循环使用；有时还可以将未经加热的室外空气直接送到局部排风罩的排风口或排风罩附近，节省加热室外空气消耗的热量，这种进风方式称为局部补风。 若只送不补，大量的外冷空气直接渗入室内，会使得车间的空气环境恶化。 同时由于车间内的负压升高，又会影响局部排风系统的排风效果。

设置机械进风系统时，计算的冬季送风温度不宜太低。 直接吹向固定工作地点的空气温度，不应低于人体表面温度（34℃左右），最好为37～40℃或大于40℃，否则会有吹冷风的感觉。 空气送到车间上部时，送风温度可适当降低。