生物潔凈室潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

摘要：本文結(jié)合具體工程實例，闡述了生物潔凈室潔凈空調(diào)設(shè)計基本理念與方法，著重總結(jié)了設(shè)計計算的方法和其中一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)的選取，并結(jié)合實例圖紙分析了系統(tǒng)風(fēng)管管路與機組平面布置的方法。本文采用的工程案例是具有代表性的集中式單風(fēng)機潔凈空調(diào)系統(tǒng)。

關(guān)鍵字：潔凈空調(diào)  集中式單風(fēng)機系統(tǒng)  計算方法

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療水平和人民生活質(zhì)量的提高，人們對藥品生產(chǎn)環(huán)境的要求越來越高，所以在設(shè)計潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)時，應(yīng)嚴(yán)格遵守國家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，以防止在生產(chǎn)過程中因不潔微粒和微生物而引起藥品污染、交叉污染。目前已有的相關(guān)規(guī)范，除了已在世界各國制藥企業(yè)中得到廣泛推廣的《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（又稱GMP），還有我國的《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GB50073-2001） 和國家醫(yī)藥管理局1997 年1 月頒布實施的《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》

空氣凈化一方面是送入潔凈空氣對室內(nèi)污染空氣進行稀釋，另一方面是迅速排出室內(nèi)濃度高的污染空氣。為保證生產(chǎn)環(huán)境或其他用途的潔凈室所要求的空氣潔凈度，需要采取控制污染源，減少污染發(fā)生量，阻止室外的污染物侵入室內(nèi)等多方面的綜合措施才能達到目標(biāo)[1]。

本文將結(jié)合武漢某制藥廠房的潔凈空調(diào)設(shè)計，總結(jié)潔凈室空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方法，并對設(shè)計計算中經(jīng)驗數(shù)據(jù)的選取進行總結(jié)和分析。

1 工程概況

本工程制藥廠房總建筑面積6750 m2，潔凈空調(diào)區(qū)域面積1710 m²。本工程潔凈空調(diào)系統(tǒng)采用集中式單風(fēng)機系統(tǒng)，一層車間潔凈等級為100000 級，二層車間潔凈等級為300000 級。

2 生產(chǎn)車間凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計

潔凈廠房要求空調(diào)系統(tǒng)能控制各等級生產(chǎn)車間及輔助用房的室內(nèi)溫度、濕度、潔凈度、細(xì)菌與有害氣體濃度、氣流分布，保證室內(nèi)人員所需新風(fēng)量，維持室內(nèi)合理的氣流流向和各房間合理、有序的壓力梯度^[2]。

2.1 潔凈空調(diào)設(shè)計計算步驟

潔凈室對于室內(nèi)環(huán)境的要求比一般房間要高，所以潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計計算是整個設(shè)計中極其重要的一個環(huán)節(jié)，設(shè)計計算一般步驟如下^[1]：

①根據(jù)工藝要求確定潔凈室的潔凈度等級，選擇氣流流型，并且決定采用全室空氣凈化還是局部空氣凈化。

②計算新風(fēng)量。取下列兩項中的大者：

a.補償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓值所需新鮮空氣量之和。

b.保證供給室內(nèi)的新鮮空氣量≥40 m³/(h·人)。

③計算潔凈室的冷、熱負(fù)荷。

④計算送風(fēng)量。取下列三項中的最大值：

a.為保證空氣潔凈度等級的送風(fēng)量。

b.根據(jù)熱、濕負(fù)荷計算確定的送風(fēng)量。

c.向潔凈室內(nèi)供給的新風(fēng)量。

⑤根據(jù)送風(fēng)量、冷熱負(fù)荷和選擇的氣流組織形式，計算氣流組織各參數(shù)。

⑥選擇空氣處理器。

⑦校核潔凈室內(nèi)的微粒濃度和細(xì)菌濃度。

2.2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)的選取

本工程中一層廠房潔凈度等級為100000 級，二層廠房為300000 級，采用非單向流全室空氣凈化。一般潔凈室內(nèi)的溫濕度要求為：生產(chǎn)工藝對溫度、濕度無特殊要求時，以穿著潔凈工作服不產(chǎn)生不舒服感為宜^[3]。本工程潔凈廠房室內(nèi)設(shè)計溫度取冬季21℃，夏季26℃，室內(nèi)濕度50%～65%。

2.3 冷、熱負(fù)荷計算

潔凈室空調(diào)負(fù)荷包括夏季的空調(diào)冷負(fù)荷和冬季的空調(diào)熱負(fù)荷，冷、熱負(fù)荷的計算與一般空調(diào)相同，但潔凈空調(diào)的冷負(fù)荷又有其特殊性，一般情況下潔凈室處于建筑的內(nèi)區(qū)，所以圍護結(jié)構(gòu)引起的冷負(fù)荷可按穩(wěn)定傳熱計算^[4]。另外，對于潔凈空調(diào)系統(tǒng)，負(fù)荷還應(yīng)包括新風(fēng)負(fù)荷和二次加熱負(fù)荷。本工程經(jīng)負(fù)荷計算后得一層總冷負(fù)荷為161 kW，總熱負(fù)荷為91 kW，二層總冷負(fù)荷為203 kW，總熱負(fù)荷為167 kW。

2.4 風(fēng)量計算

潔凈空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量計算是設(shè)計計算中最重要的環(huán)節(jié)之一，但在設(shè)計中一直存在著如何選取經(jīng)驗數(shù)據(jù)的難題。這些數(shù)值的選取是否合理直接影響設(shè)計結(jié)果，所以應(yīng)結(jié)合工程實際情況進行合理分析后選取適宜的參數(shù)，使計算結(jié)果處于相關(guān)規(guī)范和手冊中所規(guī)定的范圍之內(nèi)。本工程的風(fēng)量匯總?cè)绫?。

2.4.1 滿足潔凈室衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)量計算

計算滿足潔凈室衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)量要分兩種情況，一是保證供給室內(nèi)的新風(fēng)量不小于40 m³/(h·人)[2]；二是保證室內(nèi)新風(fēng)量可以將室內(nèi)的污染物稀釋到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)以下。比較兩種情況下計算所得新風(fēng)量，取其中大者為房間新風(fēng)量。空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量約占總風(fēng)量的10%~30%，因潔凈空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)要求較高，所以新風(fēng)量允許比總風(fēng)量的30%略大一些。

本工程中一層新風(fēng)量為6700 m³/h，新風(fēng)比0.27，二層新風(fēng)量為12767 m³/h，新風(fēng)比0.31。

2.4.2 送風(fēng)量計算

在實際潔凈空調(diào)工程設(shè)計中的送風(fēng)量計算一般均采用經(jīng)驗換氣次數(shù)進行計算，不同級別非單向流潔凈室的經(jīng)驗換氣次數(shù)，可根據(jù)房間的不同用途參照《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》和《醫(yī)藥潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》進行選取。在本工程中，由于廠房內(nèi)人員密度很小，潔凈等級為100000 級的一層潔凈區(qū)域換氣次數(shù)取15 次/h，二層潔凈等級為300000 級，換氣次數(shù)取13 次/h，經(jīng)計算一層總送風(fēng)量為25124 m³/h，二層為41493 m³/h。

2.4.3 回風(fēng)量、排風(fēng)量與排煙風(fēng)量的計算

在潔凈空調(diào)系統(tǒng)的運行過程中，潔凈室內(nèi)會形成進風(fēng)量與出風(fēng)量的基本平衡，即滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)量與回風(fēng)量之和等于回風(fēng)量與排風(fēng)量之和。而為保持房間正壓，進風(fēng)量與出風(fēng)量應(yīng)存在一個壓差風(fēng)量，所以總送風(fēng)量應(yīng)為滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)量、回風(fēng)量與壓差風(fēng)量之和。在送風(fēng)過程中，壓差風(fēng)量算入新風(fēng)量中送入室內(nèi)。則通過風(fēng)量之間的平衡關(guān)系就可算得回風(fēng)量與排風(fēng)量：回風(fēng)量= 送風(fēng)量- 滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)量-壓差風(fēng)量；排風(fēng)量= 滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新風(fēng)量。按要求本工程二層中心十字走廊做防排煙通風(fēng)，排煙風(fēng)量按每平米60m3/h 計算。計算結(jié)果見表1。

2.5 靜壓差

為了避免外界污染空氣的滲入或不同潔凈室（區(qū)）不同物質(zhì)的相互影響，工業(yè)潔凈室和一般生物潔凈室采用正壓措施，只允許室內(nèi)潔凈空氣往外漏，而避免室外空氣往里滲，即防止室外或鄰室的空氣攜帶污染物質(zhì)通過門窗或其他縫隙、孔洞侵入造成污染。

潔凈室與周圍的空間必須維持一定的壓差，并應(yīng)該按生產(chǎn)工藝要求決定維持正壓差或負(fù)壓差[1]。不同等級的潔凈室以及潔凈區(qū)之間的壓差應(yīng)不小于5 Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差應(yīng)不小于10 Pa。根據(jù)各潔凈室功能用途和污染物數(shù)量種類等因素設(shè)計房間壓差階梯順序，按生產(chǎn)或灌裝用房且污染物較少的房間到污染物較多的走廊、更鞋室的順序，房間壓差由高至低。根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計本工程房間壓力和各房間之間的壓差，使房間壓力按照用途呈一個壓力梯度。

國內(nèi)外潔凈室壓差風(fēng)量的確定，多數(shù)是采用房間換氣次數(shù)計算的，當(dāng)潔凈室的壓差值為5 Pa 時，壓差風(fēng)量相應(yīng)的換氣次數(shù)為1~2 次/h；當(dāng)壓差值為10 Pa時，相應(yīng)的換氣次數(shù)為2~4 次/h[2]。因為潔凈室壓差風(fēng)量的大小是與潔凈室圍護結(jié)構(gòu)的氣密性及維持的壓差值相關(guān)，所以在選取換氣次數(shù)時，對于氣密性差的房間可以取上限，氣密性好的房間可以取下限。

2.6 氣流組織設(shè)計

氣流組織的合理設(shè)計是體現(xiàn)潔凈室功能的關(guān)鍵。合理的氣流組織，即通過送風(fēng)口與回風(fēng)口位置、大小、形式的精心設(shè)計，使室內(nèi)氣流沿一定方向流動，防止死角及造成二次污染[2]。

本工程氣流組織采用非單向流，頂送風(fēng)對角回風(fēng)的形式，設(shè)回風(fēng)柱與排風(fēng)柱進行回排風(fēng)。

在做好負(fù)荷、風(fēng)量和氣流組織的計算，并根據(jù)冷量風(fēng)量選取空調(diào)機組后，接下來的工作是布置風(fēng)口，而每間房間布置幾個送風(fēng)口、風(fēng)口間距多少，不應(yīng)簡單地按經(jīng)驗確定，而應(yīng)該做風(fēng)口的空氣射流計算，自由射流計算公式如式（1）[5]。

式中：R 為空氣射流到工作斷面的斷面半徑，m；r0 為風(fēng)口當(dāng)量半徑， ；a 為湍流系數(shù)，由噴嘴類

型決定；s 為風(fēng)口至工作斷面距離。

潔凈室工作斷面平均風(fēng)速v1 取值0.3~0.5 m/s，高效過濾器風(fēng)口風(fēng)速v0 一般取2~3 m/s[2]，盡管噴嘴的湍流系數(shù)一般無法確定，但可以由斷面平均風(fēng)速公式（2）

算得的大小，則進而得到R 與r0 的關(guān)系，這樣選定

風(fēng)口尺寸就可以定下R 值，于是就確定了送風(fēng)口間距

從而得知房間內(nèi)布置幾個風(fēng)口。也可以定r0 而得R，只要使兩個數(shù)值都比較合理即可。

3 風(fēng)管與機房的布置

3.1 空調(diào)機房布置與送風(fēng)管布置

在潔凈空調(diào)設(shè)計的計算部分做好以后，需要確定機房位置并對潔凈空調(diào)區(qū)域劃分系統(tǒng)，如本工程送風(fēng)系統(tǒng)一負(fù)擔(dān)一層潔凈區(qū)，送風(fēng)系統(tǒng)二和送風(fēng)系統(tǒng)三分別負(fù)擔(dān)二層左半?yún)^(qū)與右半?yún)^(qū)，每個系統(tǒng)一臺組合式凈化空調(diào)機組?？照{(diào)機房設(shè)置在一層，系統(tǒng)二和系統(tǒng)三送風(fēng)干管通過機房上方風(fēng)井至二層為空調(diào)區(qū)域送風(fēng)。圖1 為二層送風(fēng)管道平面圖，以二層送風(fēng)管布置為例，送風(fēng)管道的布置要遵循管路簡潔、送風(fēng)均勻、管徑合理的原則，其中管徑的確定要通過水力計算來確定。

3.2 回、排風(fēng)與防排煙風(fēng)管布置

靠墻設(shè)置回風(fēng)柱與排風(fēng)柱進行回排風(fēng)。回風(fēng)同送風(fēng)系統(tǒng)的劃分一樣，分為三個系統(tǒng)，回風(fēng)系統(tǒng)二、三的回風(fēng)干管通過機房上方的風(fēng)井把回風(fēng)送入機組。排風(fēng)共七個系統(tǒng)，分別設(shè)置七個排風(fēng)機對附近房間進行排風(fēng)。另外，只對二層潔凈走廊設(shè)置一個防排煙系統(tǒng)。如圖2 為二層回排風(fēng)與防排煙風(fēng)管平面圖。

4 結(jié)語

潔凈室對室內(nèi)環(huán)境的要求較高，所以潔凈空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量、負(fù)荷與一般空調(diào)系統(tǒng)相比都要較大，風(fēng)壓也要比一般空調(diào)系統(tǒng)高出400 Pa 以上，因此在設(shè)計中不能套用一般空調(diào)系統(tǒng)的計算方法，而應(yīng)該合理選擇參數(shù)，使用潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方法去做計算，避免計算誤差過大造成能源的浪費或者無法滿足室內(nèi)的潔凈要求。

在設(shè)計中需要著重注意的問題有：

1）應(yīng)根據(jù)規(guī)范手冊，結(jié)合潔凈室實際情況選取潔凈室相關(guān)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，為后面的計算打好基礎(chǔ)。

2）應(yīng)注意負(fù)荷計算和風(fēng)量計算中與一般空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的不同之處，避免造成過大誤差。風(fēng)量的平衡關(guān)系要明確，正確計算壓差風(fēng)量，保證房間正壓。

3）合理計算氣流組織。

4）機房布置和風(fēng)管布置要結(jié)合實際情況布置，管路盡量簡潔避免風(fēng)管打架現(xiàn)象出現(xiàn)。

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