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單向流（平行流）潔凈室早在1961年出現(xiàn)在美國(guó)，叫層流潔凈室。這種潔凈室的出現(xiàn)，對(duì)于空氣潔凈技術(shù)來說，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
垂直單向流是高極別潔凈室應(yīng)用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(gè)斷面排至室外，從而達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的[1]�？諝饨�(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(shí)，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]，其原理圖如下圖所示：
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(gè)要素：氣流速度、氣流的不均勻度、氣流的平行度。而且對(duì)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(gè)氣流均勻流動(dòng)不發(fā)生滯留區(qū)。氣流速度應(yīng)能抵抗人員活動(dòng)、熱浮升的干擾，對(duì)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(jí) 0．25—0．35m／s，ISO5級(jí) 0．2～0．35m／s；
c) 有上升熱氣流(流速為Vr)時(shí)，Vd＞Vr；
d) 考慮人員安適 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(duì)氣流的不均勻度要求很嚴(yán)格。美國(guó)FS209B規(guī)定：不均勻度在±20%以內(nèi)。此規(guī)定沒有說明以那個(gè)速度為基準(zhǔn)值，是設(shè)計(jì)風(fēng)速還是斷面風(fēng)速的實(shí)測(cè)平均值。一般認(rèn)為其準(zhǔn)值是斷面實(shí)測(cè)的平均風(fēng)速。
美國(guó)FS209以后，刪掉了氣流不均勻度的要求。這顯然是長(zhǎng)期實(shí)踐得出的認(rèn)識(shí)。從長(zhǎng)期對(duì)潔凈室的測(cè)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(gè)要素是氣流平行。這一點(diǎn)到目前為止仍被堅(jiān)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(gè)氣流中的流線（跡線）不交叉就不會(huì)形成渦流區(qū)。塵粒就會(huì)沿著跡線（流線）排走，而不會(huì)被滯留，或改行其它跡線。
那么，兩個(gè)流線之間在什么情況下形成渦流呢?對(duì)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5～8o小。這就意味著當(dāng)擴(kuò)散角為5～8o時(shí)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(gè)流線的夾角小于5～8o時(shí)，則不會(huì)形成渦流；由此推論只要送風(fēng)口的出流中，相鄰的流線擴(kuò)張角小于5～8o，整個(gè)氣流沿單一趨向流動(dòng)仍可形成單向流[3]。
除了要滿足單向流潔凈室3項(xiàng)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》(50591—2010)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)到高的潔凈度級(jí)別，不僅工藝設(shè)備可以任意布置，而且可簡(jiǎn)化人身凈化設(shè)施。但是對(duì)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(duì)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(duì)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。該系統(tǒng)的氣流組織形式室內(nèi)流場(chǎng)分布如下圖[5]：
4 關(guān)于垂直單向流潔凈室的經(jīng)濟(jì)性比較
國(guó)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(duì)氣流而言，單向流無疑是佳的氣流流型，因?yàn)樗梢赃_(dá)到高極別潔凈度。當(dāng)然低級(jí)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短。當(dāng)然垂直單向流是佳氣流。
但是對(duì)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(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(nèi)裝修費(fèi)用的30％～50％，因此該系統(tǒng)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(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(duì)低廉的造價(jià)以及較佳的流型受到人們的歡迎。
5 系統(tǒng)使用場(chǎng)合
由于垂直單向流潔凈室主要應(yīng)用于高潔凈度等級(jí)的。無論是以無生命微粒的控制為對(duì)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(duì)工作對(duì)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。
6 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(duì)低廉的造價(jià)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(cè)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)潔凈室的要求會(huì)越來越高，該系統(tǒng)會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。