1 電子元器件凈化車間的負壓分析
1.1 凈化系統(tǒng)概述
該凈化空調(diào)系統(tǒng)用于滿足某幢生產(chǎn)大樓4 層和5 層凈化間的電子元器件生產(chǎn)工藝的要求，系統(tǒng)采用了并聯(lián)送回風(fēng)的方式。由于凈化間必須滿足消防防火規(guī)范的要求，因此，在 4 層和 5 層送回風(fēng)支路均裝設(shè)有電動防火閥。為了更好對系統(tǒng)總送風(fēng)量進行控制，在送風(fēng)總管裝設(shè)有送風(fēng)壓力傳感器，并將壓力信號反饋給控制送風(fēng)機轉(zhuǎn)速的變頻器，以調(diào)控風(fēng)機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)送風(fēng)總量調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)為 4 層送風(fēng)量 20500 m3/h，排風(fēng)量 2250 m3/h；5層送風(fēng)量 13500 m3/h，排風(fēng)量 1900 m3/h。原理示意圖如圖 1 所示。
1.2 凈化系統(tǒng)故障現(xiàn)象
某天，據(jù) 5 層的用戶反應(yīng)，在凈化間內(nèi)突然集體感到頭暈、胸悶，且無法緊急推開安全門。相關(guān)人員立即進行了系統(tǒng)停機處理，用戶便能推開安全門，緊急撤離凈化間。當(dāng)推開安全門時，能強烈感受到室外氣流流向凈化間。
1.3 凈化系統(tǒng)故障分析
根據(jù)事件發(fā)生時的現(xiàn)象分析可知，該事件為 5層凈化間內(nèi)產(chǎn)生了負壓所致。
由圖 1，將該系統(tǒng)當(dāng)作一個研究對象，從系統(tǒng)風(fēng)量的平衡關(guān)系分析可知，5 層形成負壓的原因有 3 種情況：
1）4 層回風(fēng)防火閥關(guān)閉
2）5 層送風(fēng)防火閥關(guān)閉
3 ）新風(fēng)濾網(wǎng)堵塞事后，經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn) 4 層回風(fēng)防火閥關(guān)閉。打開4 層回風(fēng)防火閥，重新啟動凈化空調(diào)機組，系統(tǒng)恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。下面就4 層回風(fēng)防火閥關(guān)閉引起 5 層產(chǎn)生負壓做出如下定性分析。
1.3.1 凈化系統(tǒng)正常運行時的風(fēng)量平衡關(guān)系 （圖 1）
qin-1= qs1-1+ qs2-1 （1）
同時， qin-1= qout-1+ qx-1 （2）
而 qout-1= qh1-1+ qh2-1 （3）
所以， qs1-1+ qs2-1= qh1-1+ qh2-1+ qx-1 （4）
即，（qs1-1- qh1-1）+（qs2-1- qh2-1）＝ qx-1（5）
系統(tǒng)維持正壓是因為：4 層排風(fēng)量 qp1-1= qs1-1- qh1-1＞ 0 維持正壓。
5 層排風(fēng)量 qp2-1= qs2-1- qh2-1＞ 0 維持正壓。
可知， qp1-1+ qp2-1= qx-1 （6）
由上可知，系統(tǒng)正壓排風(fēng)量 = 系統(tǒng)新風(fēng)補風(fēng)量。即系統(tǒng)的排出風(fēng)量等于系統(tǒng)的新風(fēng)補充風(fēng)量。此時，凈化間與室外維持正壓差。1.3.2 4層回風(fēng)防火閥關(guān)閉時的風(fēng)量平衡關(guān)系（圖2)
此種情況下，假定系統(tǒng)各支路送風(fēng)量與正常運行情況下的送風(fēng)量相等，新風(fēng)量不變
排風(fēng)量：qp-2＝（qs1-2-0）+（qs2-2-qh2-2）（7）
顯然，此時的排風(fēng)量遠遠大于正常情況下的排風(fēng)量。此時，排風(fēng)量 qp-2≥新風(fēng)補風(fēng)量 qx-2。因此，系統(tǒng)要達到平衡，則只有降低排風(fēng)量，即增大5 層回風(fēng)量（qout_2=qh2-2）和增大新風(fēng)補風(fēng)量 qx-2。
當(dāng) qh2-2增大到>qs2-2時（即此時 qs2-2-qh2-2＜ 0），5層回風(fēng)風(fēng)量大于送風(fēng)風(fēng)量時，5 層凈化間則產(chǎn)生了負壓。因為，此時4層凈化間只有送風(fēng)，沒有回風(fēng)，即排風(fēng)風(fēng)量一直>0，故 4 層凈化間一直維持正壓，且正壓值較正常運行情況下有所增大。
1.3.3 從管路系統(tǒng)阻力變化分析4層回風(fēng)防火閥關(guān)閉時5 層凈化間產(chǎn)生負壓的原因
△P01= P0?P1= S01× qx-22（8）
因 P0＝ 0，故 P1= -S01× qx-22（9）
△P21= P2?P1= S21× qh2-2（10）
綜合公式 1-8~1-10，即得：P2= - S01× qx-22+ S21× qh2-22（11）
P2= △ P21- △ P01（12）
式中：△ P01為室外與混合點 1 處的壓差；△ P21為室內(nèi)回風(fēng)口 2 處與混合點 1 處的壓差；P0、P1、P2分別為相應(yīng)點處的壓力；S01為0點到1點管段的阻抗；S21為 2 點到 1 點管段的阻抗。
由式（1-12）可知，當(dāng)系統(tǒng)正常運行時（P2為正），此時△ P21＞△ P01；當(dāng)系統(tǒng)非正常運行時（如，4 層回風(fēng)閥關(guān)閉時，P2為負），此時△P21＜△ P01。由式（1-11）分析，我們可認為系統(tǒng)正常與非正常運行時，其阻抗基本不變。而造成因 4 層回風(fēng)閥關(guān)閉，5 層為負壓（P2為負）的原因是因為新風(fēng)風(fēng)量增大，而系統(tǒng)回風(fēng)風(fēng)量較正常有所減少造成。
同理，5 層送風(fēng)防火閥關(guān)閉，新風(fēng)濾網(wǎng)堵塞形成負壓的原因也可同上分析之。
2 解決措施
將回風(fēng)防火閥與凈化空調(diào)主機聯(lián)動，回風(fēng)防火閥關(guān)閉時，凈化空調(diào)主機自動關(guān)閉。同時，為確保系統(tǒng)更加安全。分別在 4 層、5 層凈化間內(nèi)安裝壓差開關(guān)及報警器，當(dāng)壓差開關(guān)所測壓差達到設(shè)定報警值時，聯(lián)動報警器報警，以使得凈化間內(nèi)人員及時做出按動急停按鈕，停止凈化空調(diào)主機。經(jīng)改造后，系統(tǒng)安全可靠運行。
3 結(jié)語
從上述個案情況，我們可以知道，凈化空調(diào)系統(tǒng)由于管路系統(tǒng)中某一閥件的故障，可能會造成部分凈化區(qū)域產(chǎn)生負壓，而對于相對密閉的凈化區(qū)域而言，這種負壓不僅會對凈化區(qū)域的產(chǎn)品造成嚴重不良后果，甚至還會威脅到凈化區(qū)域人員生命安全。由本個案推而廣之，當(dāng)一套凈化空調(diào)主機同時滿足物理隔斷的不同的凈化區(qū)域使用時，設(shè)計師在設(shè)計時一定要考慮到送、回風(fēng)支路上的閥門關(guān)閉時，對相應(yīng)的凈化區(qū)域產(chǎn)生的負壓影響
