随着科学技术的不断发展,现代工艺产品的生产和现代科学实验活动对室内空气洁净度的要求越来越高,特别是微电子、生物技术、医药产品、医疗、日用化学品等,都要求有高质量、高纯度、精密化、高可靠性的室内环境,也就是都要在洁净室中进行。

洁净室有一定的空气洁净度级别、要对多个参数进行控制(空气洁净度、风量、风速、压力、温度、湿度、细菌浓度等)。洁净空调系统是实现洁净室控制的主要手段。

洁净空调系统与一般建筑空调系统相比有如下特点:

1)保证生产工艺要求的温湿度;

2)保证空气的净化和除菌;

3)控制各区域的气流和风速;

4)保证不同功能间之间合理的气流流向和压力分布;

5)排除有害气体,保证室内空气品质。

合理的气流流向和压力分布对洁净空调系统至关重要。

(仪器应用:风速计、风量罩、压差计、温湿度计、浮游菌采样器、尘埃粒子计数器/激光尘埃粒子计数器/远程粒子计数器等)

1 洁净室回风系统对气流组织形式的影响

洁净室按气流组织主要有单向流、非单向流、辐流、混合流。用的最多的有单向流、非单向流和混合流(局部单向)。单向流是利用“活塞”般的挤压作用,迅速把室内污染物排出,工作区内流线单向平行,没有涡流,洁净度高。本文主要就非单向流进行分析,指出在洁净室空调系统设计中存在的问题。

目前,非单向流洁净室气流组织的主要形式是:高效送风口顶送(或侧上送)侧下回风。高效送风口布置形式为吊顶均布,或是布置于受保护的工艺生产线上方,回风口布置于侧墙下方。

从一般空调来看,影响房间气流组织及空调参数的主要因素是送风口的布置,回风口对房间各工况影响极小。所以,在设计洁净空调时,许多设计师也是出于这种理念,对洁净室回风口布置的极为随意,找空余墙角或墙边布置上就行,完全不考虑室内气流流向对工艺操作面的影响,使得洁净室失去了意义。

有的设计中回风口设于单向流洁净工作台旁,室内其它区域污染空气流向洁净工作台,严重影响受保护区;有的设计回(排)风口又远离产生污染的工艺设备

(如粉碎机等),是的这些工艺设备产生的污染空气流到相对洁净区域甚至全洁净室。

《医药工业洁净厂房设计规范》GB50457-2008明确指出:回风口位置宜远离洁净工作台;

易产生污染的工艺设备附近应设排风口;有局部排风装置或需排风的工艺设备,宜布置在洁净室下风侧。所以,在洁净室空调设计时,要同时有建筑底图和工艺布置图,根据工艺要求进行设计:顶上布置高效送风口时,尽量靠近工艺设备均布。

布置回风口时,根据生产工艺特点,洁净度要求高的,回风口布置在远离设备侧;产尘或产生其它污染气体的,回(排)风口布置在最靠近设备处,这样,才能保证洁净室的洁净度,更大限度的保证洁净室工艺设备的安全有效使用。

洁净室回风口设计中存在的另一个问题是,回风口布置的太少,回风速度偏大。有的洁净室空调设计,一个洁净区,面积很大,布置了4个高效送风口,但回风只有一个,布置在一个墙角。这样做,使得全室空气流向一处,必然存在死角,洁净空气难以到达,使该区域尘埃粒子增多,影响洁净度。而回风速度大,会在回风口附近甚至工作面高度形成较强涡流,使得尘粒扩散,同样影响洁净室空气质量,影响洁净度。

所以,非单向流洁净室回风口要根据风量布置,风速不能过大,以不大于2m/s为宜。回风口要布置于两面(或多面)墙上,为了不增加卫生死角,一般对角布置。洁净室宽度不大于3m时,可以单侧布置。

2 洁净室回风系统对洁净室压差的影响

因洁净室造价较高,一般洁净室面积较小,工艺人员布置完工艺设备后,给空调设计人员所留空间较小,所以洁净室空调设计中常见两相邻洁净室共用一回风夹道的情况,这样设计的后果是,相对压力值低的洁净室无法回风,压力高的房间空气压入相对低压力房间,正压值不能准确调试,洁净室内没有有序的梯度压力分布,污染气体有可能污染高洁净度房间,有可能引起交叉污染。以笔者遇到的某工程为例。

(仪器应用:风速计、风量罩、压差计、温湿度计、浮游菌采样器、尘埃粒子计数器/激光尘埃粒子计数器/远程粒子计数器等)

原设计人员设计的回风系统为:洁净走廊分别和饮片粉碎、混粉共用一回风夹道,回风夹道两侧开回风口;二更分别同缓冲洗手共用回风夹道;清洁间更是和洁净走廊、药材暂存三间共用同一回风夹道。由图2(工艺要求的压差分布)可知,洁净走廊与混粉、洁净走廊与饮片粉碎、与清洁间、二更与缓冲洗手间压力不同,这样做有什么后果呢?

系统自调试阶段就陷入麻烦,压差调不正确,要不混粉、饮片粉碎等回不了风,要不洁净走廊保证不了+15Pa的正压,二更和缓冲洗手出于同一压力。施工单位用阻塞混粉等低压力房间的回风口、关小其送风口的方法终于调试压力成功,交付使用。

在使用中问题就来了,低压力级别房间洁净度不达标,只能开大送风口阀门。后来,要么房间受污染空气漏至外洁净走廊,污染整个区域,要么洁净走廊风吹进这些低压力房间,导致其无法回风,房间新风量严重不足,严重影响使用,使用方只能关闭洁净空调进行生产。这样,运行不到一年就进行改造设计。

笔者对其回风口做如下改造设计:

根据生产工艺及正压要求,不同正压值要求房间分设回风柱,各在回风口或回风管接阀门进行调节,回风口设过滤网。另外,饮片粉碎、混粉等污染洁净间,在靠近污染工艺设备处设排风口,及时把产生的污染空气排出洁净室外。

改造后经调试,洁净区与普通区压差+10Pa,洁净走廊与混粉等污染房间压差+5Pa,测试正压值和洁净度一次通过,运行近两年也没出现问题。

3结论

任何靠空间密封来维持洁净室无菌和洁净度是无济于事的,只有保持无菌区域内的压力高于外界,才能防止污染物的侵入。并且洁净区域内各不同级别的洁净功能间需要不同的压力控制,以确保洁净气流定向流动,气流只能从洁净区流向非洁净区,从高一级别洁净室流向低一级别洁净室,从同一洁净室洁净度要求高的区域流向要求低的区域,只有保证在任何情况下都能维持洁净室内有序的梯度压力分布不变,才能真正有效的控制洁净度。

空调设计人员要注意回风系统对洁净室的影响,布置回风口时:

1)风口风速不能过大,尽可能在洁净室对角或对侧布置,同时,应避免布置在洁净度要求高的区域或设备近旁,排风口尽量靠近污染源;

2)不同正压值洁净室不能共用回风夹道。