洁净空调系统与普通空调系统的主要差别,在于洁净度有不同的要求,洁净度受各种因素的影响,良好的洁净效果,不但要有合理的设计,而且要有严格的施工及维护管理。笔者曾参与了多项洁净空调的设计工作,本文结合工程实例通过对净化空调系统的设计进行了介绍,并分析和探讨了净化空调系统在设计、施工及维护管理等方面应注意的问题。
1 工程概况
该洁净区为医疗洁净室,整个洁净区包括2个100级(015μm)、(面积35m2、310m高)、3个1000级(面积40m2、310m高)洁净室,及其它辅助用房等。根据洁净室的要求,在建筑布置时把其设在人员流动较少的建筑顶部,布置成中间走廊连接各洁净室的形式,并考虑了洁净室人、物的净化流程,洁净室内温湿度参数为t=23～25℃,φ=40～60%。
2 洁净室的计算
2.1 冷负荷计算
洁净室冷负荷计算与常规空调冷负荷计算一样,也要计算围护结构,设备、人体、照明及新风负荷等,在此不再详述。
2.2 送风量确定根据《空气洁净技术措施》的要求,从满足洁净度的要求出发,本着节约的原则,本工程在100级(015μm)洁净室送风量按40次/h换气次数计算,1000级洁净室送风量按30次/h换气次数计算,10000级洁净室送风量按25次/h换气次数计算。
2.3 新风量确定
洁净室新风量按下述3项中的更大值取值。(1)按总送风量的10%～30%。
(2)补偿室内排风和保持正压所需新风量。(3)保证室内每人的新风量不少于40m3/h。
3 洁净区空调系统划分和末端设备选择
3.1 系统划分
根据用户要求,本工程各洁净室使用时间各不相同,而且其净化级别也不尽相同,为降低初投资及以后的运行费用,根据洁净室特点,洁净区内5个洁净室分别独立设置空调系统以满足用户要求,为保持洁净区空气洁净度,内走廊单独设置一套10000级净化空调系统。
3.2 末端设备选择为满足洁净室洁净度要求,空调设备的选择应选用内表光滑、易清洗、不易积尘的设备、部件。本工程由于属于医疗建筑,6个净化空调系统全部采用了不锈钢内壁带二次回风的组合式空调器,其主要功能段包括:混合段、初效过滤段、表冷段、电加湿段、电加热段、风机段、中效过滤段、紫外线杀菌段、出风段等。
4 空调系统型式与气流组织设计
4.1 空调系统型式
本工程均采用组合式空调器配低速通风管网系统,由于洁净室内温度要求均匀,而且风量较大,送风温差小,为降低初投资及运行费用,设计中采用了二次回风方式,同时空调器集中放置,便于控制及维护管理,此举达到了预期的效果。
4.2 气流组织设计洁净室气流组织设计与一般空调房间不同,它对洁净度的影响十分大,气流组织的形式根据洁净度等级的不同,分别采用不同的方式,根据本工程的具体情况,按净化级别的高低分别介绍如下:
4.2.1 100级洁净室气流组织在选择100级洁净室气流组织形式时,根据工艺及洁净度的要求,参考有关资料,气流流型采用了乱流流型,气流经空调器处理后,由送风管送至洁净室顶部,经风管式高效过滤器、静压箱及层流罩后送到室内,为使空气中的灰尘能有效地带走,回风采用相对两侧均布无纺布阻尼回风口的形式,如图1所示。
4.2.2 1000级洁净室气流组织
1000级洁净室气流流型采用乱流流型,其送风形式与100级洁净室相同,如图1所示,回风采用四个墙角布置无纺布阻尼回风口的形式。
4.2.3 内走廊10000级空调系统气流组织
走廊气流流型采用乱流流型,气流经空调器处理后,由送风管送至走廊顶部,经亚高效过滤器风口送至空调区,回风采用单侧走廊下部均布无纺布阻尼回风口的形式解决。
5 系统控制
5.1 温湿度控制
本工程对洁净室的温湿度进行了监控和控制。在洁净室内可根据需要调节温湿度,在机房内也可实现远程控制,实现室内温湿度的恒定。夏季工况:新风一次回风混合后,由组合式空调器冷却除湿后将空气由混合点C处理至机器露点L,然后与二次回风混合至送风状态点O,后送至室内,如图2所示,由于洁净室要求送风温差小,采用二次回风系统后节省了抵消再热量所需冷量,节约了初投资及运行费用。
冬季工况:冬季通过控制电加湿器、电加热器来实现室内温湿度的恒定,如图3所示。新风一次回风混合后至C1,混合空气C1等温加湿至S点,后与室内二次回风混合至S1,经电加热器加热至O′点送入室内,达到控制室内温湿度目的。
5.2 正压控制
洁净室必须保持正压,以保证不受外界环境污染,本洁净区100级洁净室正压控制在15Pa左右,走廊正压值控制在5Pa左右。
考虑到余压阀在长期使用后,关闭会不严密,影响正压值的控制,本工程采用控制排风机的运行来达到控制室内正压的目的,达到了较好的效果。
5.3 噪声控制
本工程在设计时,把空调机房集中设置在洁净区外,同时送风管、回风管均装设了消声器,从运行情况看,达到了要求的噪声标准。
6 注意问题探讨
6.1 洁净空调系统设计注意问题
洁净室除要求土建装修配合外,其洁净空调系统的设计对洁净房间的投资及运行费用的大小、房间的洁净度、温湿度等室内参数的影响非常大,合理的设计是确保洁净空调系统正常使用的重要前提,下面分别从以下几个方面分述洁净空调系统的设计:
(1)洁净度等级及系统划分的确定。
洁净度等级对空调系统方案及投资均影响很大,所以在满足工艺生产要求的前提下,一般采用低洁净度级别的空调系统,而且在洁净室内,不同洁净级别的空调系统应分别设置;平行流洁净室与乱流洁净室,空气净化级别高与低及使用时间不同
的净化空调系统应分开设置,以降低初投资及运行费用。
(2)洁净室内的温湿度及新风量确定:洁净室的计算温、湿度,首先要满足工艺使用要求,如无特殊要求,一般为t=20～26℃,φ=40%～60%。
洁净室新风量应取下列3项计算风量中的更大值:
a1乱流洁净室总送风量的10%～30%;层流
洁净室总送风量的2%～4%。
b1补偿室内排风和保持正压所需要的新风量。c1保证室内每人的新风量不少于40m3/h。
(3)洁净室正压的控制
洁净室必须保持一定的正压值,以保证不受外界环境污染,它是通过使净化系统的送风量大于回风量和排风量之和的方法来达到的,其送风量的大小受围护结构密封性能的好坏影响,不同等级的洁净室之间以及洁净区与非洁净区之间的静压差不应小于5Pa,与室外的静压差不应小于10Pa;《空气洁净技术措施》中推荐维持此正压一般所需风量为2～6次/h换气次数。
为达到洁净室的正压值,除送、回风干管及新风管上设风量调节阀外,还应设正压控制装置,如回风口装空气阻尼层、余压阀,压差式电动风量调节器等。为保证洁净室正压值,送、回、排风机一定要联锁,其程序为启动时先开送风机,再开回风机和排风机;关闭时相反。
对洁净度要求高的洁净室,为维持室内正压,防止空气倒灌,设计时应在排风管上设止回阀或设值班风机。
(4)气流组织洁净室气流组织与一般空调房间不同,它对洁净度的影响十分大,所以要从生产工艺对洁净度的要求出发,本着节约原则配合建筑的特点来确定,当工艺要求洁净度为100级时,选用乱流流型;当洁净度为1000～100000级时,选用乱流流型。同时应尽量减少涡流,避免将工作区以外的污染物带入工作区;尽量防止灰尘的二次飞扬,以减少灰尘对工作区的污染机会;工作区的气流要尽量均匀,风速必须满足工艺和卫生要求,当气流向回风口流动时,要使空气中的灰尘能有效地带走;为防止灰尘的二次飞扬,气流速度不能过大,乱流洁净室的回风口不应设在工作区的上部。
(5)消声减振
由于洁净室一般为精密工作间,对噪声要求较高,而净化空调系统的风压较高,可能产生的噪声及振动较大,因此应积极采取有效的消声减振措施,同时所设置的消声器要注意其产尘及积尘问题,防止振动噪声从风管及水管传递出来,满足洁净室的要求。
6.2 风管附件及安装注意问题
净化空调系统在材料的选用上应注意选用那些自身不发尘或不易积尘和便于清扫擦拭的光滑表面的材料制作。
风管的材质一般选用无明显氧化、针孔、麻点和镀锌层脱落的优质镀锌钢板,在制作中有损坏镀锌层处如咬口、折边、铆接处,应涂保护漆二道,用冷轧钢板制作的风管、阀门及附件,应除锈后,涂油漆二道,制作完毕后用无腐蚀性清洗液将内表面油膜和污物清洗干净,干燥后经检查达到要求,即用塑料薄膜及胶带封口,防止灰尘进入。经清洗干净的风管和零配件安装前不得拆封,安装时拆开一个端口封膜,随即连接好一个接头,如中间停顿需将端口重新封好。总之,洁净室风管的制安是一个十分重要的工序,在安装过程中不能嫌麻烦而忽视口部的封闭,致使管中积尘而又不易清洗或擦拭,详细安装细节可参见《洁净厂房施工及验收规范》。
中效过滤前的送风管、回风管、阀门及附件,一般用冷轧钢板或镀锌钢板制作,中效过滤器到高效过滤器之间的送风管、阀门及附件,一般用镀锌钢板或塑料复合钢板制作,高效过滤器之后的送风管、阀门及附件,一般用铝合金板、硬塑料板、塑料复合钢板或镀锌钢板制作或用钢板制作后镀铬。洁净室送风口装饰面应用经阳极氧化处理的铝合金板或塑料板制作。
高效过滤器安装时应严密、平整,防止漏风而影响洁净度。按洁净度级别要求,设有风淋室、气闸室的洁净室,应严格按产品的安装要求进行。
6.3 净化空调系统的维护管理注意问题
洁净室空调系统在运行过程中应经常检查温湿度、正压值及初、中、高效过滤器,以防止达不到洁净室的要求,同时要定期吸尘清扫等,还要严格进行人、物的净化。
7 结语
总之,洁净空调系统与普通空调系统有很大区别,它是一项综合技术的反映。要达到良好洁净效果,不但要合理的设计,而且要有精心的施工和严格的维护管理。本工程通过运行实测,室内温湿度、洁净度均满足洁净度等级标准要求,达到了预期效果。
