綜合制劑無塵車間潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要　介紹了綜合制劑無塵車間的潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì), 分析了潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法, 總結(jié)了設(shè)計(jì)中的計(jì)算方法和其中一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選取, 結(jié)合實(shí)例分析了系統(tǒng)風(fēng)管管路布置方法。

關(guān)鍵詞　潔凈空調(diào)　空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)　潔凈度　計(jì)算方法

0　引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和醫(yī)療水平的提高, 來自藥品的不良反應(yīng)問題日益引起人們的關(guān)注, 因此人們對藥品生產(chǎn)環(huán)境的要求也越來越高。為防止藥品在生產(chǎn)過程中因塵埃微粒和微生物而引起污染,在設(shè)計(jì)藥廠潔凈廠房的空調(diào)系統(tǒng)時(shí), 應(yīng)嚴(yán)格遵守國家頒布的《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》(簡稱GMP)、《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》[ 1] 和《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》[ 2] 。

通過潔凈空調(diào)可以控制潔凈房間內(nèi)的潔凈度、溫度、濕度、室內(nèi)壓力和氣流組織在要求的范圍內(nèi), 因此藥廠的潔凈空調(diào)是保證藥品生產(chǎn)環(huán)境的重要措施。

筆者結(jié)合某制藥廠綜合制劑無塵車間的潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì), 總結(jié)潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法, 并對設(shè)計(jì)中的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)和分析, 探討冷熱負(fù)荷計(jì)算、風(fēng)量計(jì)算及房間正壓的設(shè)定。

1　工程概況

該綜合制劑車間總建筑面積2 519 m², 潔凈區(qū)域面積686 m² , 建筑高度6 .7 m 。潔凈空調(diào)系統(tǒng)采用集中式單風(fēng)機(jī)系統(tǒng), 該車間潔凈度等級(jí)為100 000 級(jí)。

2　主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 　空調(diào)室外設(shè)計(jì)參數(shù)(見表1)

2.2 　室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》[ 2] 和生產(chǎn)工藝要求來確定。

綜合制劑車間100 000 級(jí)凈化區(qū)域設(shè)計(jì)溫度:夏季22 ～ 26 ℃, 冬季18 ～ 22 ℃;相對濕度:夏季45 %～ 65 %, 冬季45 %～ 65 %。

3　綜合制劑車間平面布局

潔凈廠房的設(shè)計(jì)原則是控制污染源對藥品的污染, 切實(shí)找到多種污染物(如人員、機(jī)器及其他生產(chǎn)設(shè)備、原材料與經(jīng)過加工的原材料等等)的傳播途徑和規(guī)律, 分清主次, 采取相應(yīng)的措施去限制污染物的傳播, 重要地方盡量減少人流、物流污染。結(jié)合綜合制劑的生產(chǎn)工藝流程, 該車間建筑平面布局如圖1 所示。

4　潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

合理的潔凈空調(diào)系統(tǒng)是使整個(gè)潔凈車間處于受控狀態(tài)的重要保障。潔凈車間不但要求潔凈空調(diào)系統(tǒng)能夠控制車間內(nèi)的溫度、濕度、潔凈度,提供室內(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;同時(shí)還要能及時(shí)排出房間內(nèi)散發(fā)的有毒、有害、易燃易爆氣體, 并且根據(jù)排出氣體的不同性質(zhì), 在排風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)置排風(fēng)過濾裝置或排風(fēng)凈化處理裝置, 消除排風(fēng)對室外大氣環(huán)境的污染。

該車間潔凈空調(diào)系統(tǒng)采用一次回風(fēng)系統(tǒng), 空氣處理流程如圖2 所示。

4.1　潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟

潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算是整個(gè)設(shè)計(jì)中極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié), 設(shè)計(jì)計(jì)算一般步驟如下[ 3] :

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

2)計(jì)算潔凈室的冷熱負(fù)荷。

3)計(jì)算新風(fēng)量。

4)計(jì)算送風(fēng)量(計(jì)算保證空氣潔凈度等級(jí)需要的送風(fēng)量, 并計(jì)算消除室內(nèi)熱濕負(fù)荷需要的送風(fēng)量以及滿足新風(fēng)量需求的送風(fēng)量進(jìn)行校核, 按最大風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整)。

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

6)確定空氣加熱、冷卻、加濕、除濕等處理方案。

7)根據(jù)工藝要求計(jì)算空調(diào)機(jī)組處理風(fēng)量及潔凈室循環(huán)風(fēng)量。

8)計(jì)算總的冷熱負(fù)荷, 選擇空氣處理設(shè)備。

4.2 　潔凈室負(fù)荷計(jì)算

通常情況下, 潔凈室處于建筑內(nèi)區(qū), 圍護(hù)結(jié)構(gòu)引起的冷負(fù)荷Q 可按式(1)計(jì)算[ 4] :

Q =KF(twp +Δt ls -t n) (1)

式中　K 為內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)(如內(nèi)墻、樓板等)的傳熱系數(shù),W/(m² · ℃);F 為內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積, m² ;

twp為夏季空調(diào)室外計(jì)算日平均溫度, ℃;Δtls 為鄰室溫升, ℃, 可按表2 選取;t n 為室內(nèi)計(jì)算溫度, ℃。

　　經(jīng)計(jì)算, 該工程總冷負(fù)荷為283 kW , 總熱負(fù)荷為265 kW , 總加濕量為125 kg/h 。

4.3　潔凈室新風(fēng)量、送風(fēng)量、回風(fēng)量計(jì)算

潔凈空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量計(jì)算是設(shè)計(jì)計(jì)算中最重要的環(huán)節(jié)之一, 由于產(chǎn)塵量很難進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算, 且室內(nèi)微粒的分布不均勻, 因此潔凈室工程實(shí)際設(shè)計(jì)中很難應(yīng)用公式進(jìn)行風(fēng)量計(jì)算, 應(yīng)依據(jù)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊并結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行合理分析后選取適宜的參數(shù)。

該工程的風(fēng)量匯總見表3 。

4.3.1　潔凈室新風(fēng)量計(jì)算

《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定, 醫(yī)藥潔凈室(區(qū))內(nèi)的新鮮空氣量, 應(yīng)取下列最大值[ 2] :

1)補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓所需新鮮空氣量。

2)室內(nèi)每人新鮮空氣量不應(yīng)小于40 m3/h 。通常潔凈空調(diào)系統(tǒng)比普通空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)比稍大, 可以達(dá)到總風(fēng)量的40 %以上。經(jīng)計(jì)算, 該工程總新風(fēng)量為16 027 m3/h , 新風(fēng)比為45 .7 %。

4.3.2　潔凈室送風(fēng)量計(jì)算

潔凈室的送風(fēng)量計(jì)算不同于一般的空調(diào)房間,因?yàn)榻?jīng)過過濾處理送入潔凈室內(nèi)的清潔空氣除了要保證室內(nèi)的溫濕度滿足要求外, 還要稀釋室內(nèi)的污染物, 以維持室內(nèi)的空氣潔凈度, 并且要保證室內(nèi)的新風(fēng)要求。因此潔凈室內(nèi)的送風(fēng)量應(yīng)取下列最大值[ 2] :

1)為保證空氣潔凈度等級(jí)需要的送風(fēng)量;

2)根據(jù)熱濕負(fù)荷計(jì)算確定的送風(fēng)量;

3)向潔凈室內(nèi)供給的新風(fēng)量。

保證空氣潔凈度等級(jí)所需送風(fēng)量的計(jì)算, 一般均采用《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定的不同級(jí)別的非單向流潔凈室所需的經(jīng)驗(yàn)換氣次數(shù)該工程潔凈度等級(jí)為100 000 級(jí)的潔凈區(qū)域, 由于人員密度小, 取換氣次數(shù)為15 h^-1 。經(jīng)計(jì)算, 該工程總送風(fēng)量為35 098 m3/h 。

4.3 .3　潔凈室回風(fēng)量計(jì)算

在潔凈空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中, 潔凈室內(nèi)送風(fēng)量與出風(fēng)量平衡, 即潔凈室的送風(fēng)量等于回風(fēng)量與新風(fēng)量之和, 由風(fēng)量平衡關(guān)系就可以求得回風(fēng)量。經(jīng)計(jì)算, 該工程總回風(fēng)量為19 071 m3 /h 。

4.4 　潔凈室壓差控制

使廠房外環(huán)境與潔凈室之間、潔凈度不同的潔凈室之間或潔凈室與一般房間保持適當(dāng)?shù)膲翰钪?目的是保證潔凈室在正常工作或空氣平衡暫時(shí)受到破壞時(shí), 潔凈室免受鄰室的污染或污染鄰室。

4.4 .1　潔凈室各房間之間壓差

根據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》要求, 潔凈室與周圍的空間必須維持一定的壓差, 并應(yīng)按生產(chǎn)工藝的要求確定維持正壓差或負(fù)壓差。不同潔凈度等級(jí)的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差不應(yīng)小于5 Pa , 潔凈區(qū)與室外大氣的壓差不應(yīng)小于10 Pa[ 2] 。該車間壓差布局見圖1 。

4.4 .2　保持潔凈室正壓所需滲透風(fēng)量計(jì)算

國內(nèi)外保持潔凈室正壓所需的滲透風(fēng)量多數(shù)是采用房間換氣次數(shù)估算的, 當(dāng)壓差值為5 Pa 時(shí), 滲透風(fēng)量對應(yīng)的換氣次數(shù)為1 ～ 2 h^-1;當(dāng)壓差值為10Pa 時(shí), 對應(yīng)的換氣次數(shù)為2 ～ 4 h^-1 。因?yàn)闈崈羰覞B透風(fēng)量的大小與潔凈室圍護(hù)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(shí), 對于氣密性差的房間可以取上限, 氣密性好的房間可取下限[ 3] 。經(jīng)計(jì)算, 該工程保持室內(nèi)正壓值所需的總滲透風(fēng)量為4 030 m³/h 。

4.5 　潔凈室氣流組織設(shè)計(jì)

合理的氣流組織設(shè)計(jì)是指通過送風(fēng)口與回風(fēng)口位置、大小、形式的精心設(shè)計(jì), 使室內(nèi)氣流沿一定方向流動(dòng), 防止死角及造成二次污染?？諝鉂崈舳葹?00 級(jí)時(shí), 氣流應(yīng)采用單向流流型;空氣潔凈度為10 000 , 100 000 和300 000 級(jí)時(shí), 氣流應(yīng)采用非單向流[ 2] 。

該工程潔凈度級(jí)別為100 000 級(jí), 氣流組織采用頂送風(fēng)下側(cè)回風(fēng)的非單向流形式, 設(shè)回風(fēng)柱與排風(fēng)柱進(jìn)行回排風(fēng)。

5　風(fēng)管與機(jī)房的布置

潔凈室中的凈化空調(diào)機(jī)房最好靠近要求送風(fēng)量大的潔凈室, 力求做到風(fēng)管線路最短, 但又要防止噪聲和振動(dòng)對潔凈室的影響。風(fēng)管的布置做到布置合理、使用方便, 力求減少各種風(fēng)管管道交叉重疊;風(fēng)管管徑要通過水力計(jì)算來確定。該工程中, 綜合制劑車間潔凈區(qū)域設(shè)一套潔凈組合空調(diào)器(JK-1)送風(fēng), 八套中效過濾機(jī)組(JP1 ～8)和一套固定式濾筒式除塵凈化機(jī)組(C-1)排風(fēng), 所有排風(fēng)均由車間屋頂引出經(jīng)排風(fēng)管道排向室外。綜合制劑車間送風(fēng)管道平面圖見圖3 , 回排風(fēng)管道平面圖見圖4 。

6　結(jié)語

該工程于2007 年設(shè)計(jì), 2008 年底投產(chǎn)驗(yàn)收后投入使用, 經(jīng)過兩年多的運(yùn)行, 潔凈空調(diào)效果較好,潔凈室空氣潔凈度、溫度、濕度、正壓均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明:

1)潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范手冊及潔凈室相關(guān)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)是準(zhǔn)確計(jì)算的基礎(chǔ)。

2)冷熱負(fù)荷、送風(fēng)量及正壓風(fēng)量的正確計(jì)算,保證了潔凈空調(diào)效果。

3)風(fēng)管線路盡量短捷, 力求減少各種風(fēng)管交叉重疊, 既節(jié)能, 又減少工程投資費(fèi)用。

參考文獻(xiàn):

[1] 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部.GB 50073— 2001 　潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[ S] .北京:中國計(jì)劃出版社, 2001

[2] 中國醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)協(xié)會(huì).GB 50457— 2008　醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[ S] .北京:中國計(jì)劃出版社, 2009

[3] 王海橋, 李銳.空氣潔凈技術(shù)[ M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006

[4] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[ M] .2 版.北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2008

[5] 中國有色工程設(shè)計(jì)研究總院.GB 50019— 2003 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[ S] .北京:中國計(jì)劃出版社, 2004