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洁净室非单向流气流组织形式及设计

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2012年08月06日  点击数:7781

洁净室非单向流气流组织形式及设计

如前所述,非单向流洁净室是靠送风洁净气流不断稀释室内空气,把室内污染物逐渐排出。要想达到理想的污染控制效果,送风洁净气流的扩散要快且均匀,这样才能实现很好的稀释作用。在实际应用中,建筑空间特性,生产工艺要求等因素各不相同。因此,非单向流气流组织的形式也各不相同,目前常见的气流组织形式如顶送双侧下回风的经典做法,高效过滤器送风口处安装扩散孑L板,使洁净送风气流作用范围增大,扩散效果增强。双侧下回风,气流流线顺畅,涡流区减少,室内气流得到了很好的稀释。大家可以想象一下,若送风量不变,没有扩散孔板,气流流线的形态如何?图5-7所示的就是这种气流组织形式。

洁净送风气流的扩散效果减弱(只靠气流的引带作用来扩散),涡流区增大,气流流线不畅,稀释效果变差。很显然,洁净度也会降低。看来气流组织设计,并非是只计算送风量,布置送回风口这么简单,小小扩散孔板,竟有如此大的作用。这需要结合洁净室原量进行思考。然而,扩散孔板也有缺点,当洁净室停用时,其板面内侧易积尘,所以,当洁净室停用一段时间重新启用时,应仔细擦洗扩散板。

 

图5-8所示为带扩散孔板的高效过滤器顶送,单侧下回风的气流组织形态。与双侧下风比较,未设置回风口的一侧靠墙处涡流区增大,由此看来,双侧下回风要比单侧下回风;化效果好,为什么不全设计成双侧下回风呢?双侧下回风净化效果固然好,但系统的复杂程度筹考虑多方面的因素。例如:洁净度级别、洁净室平面尺寸、送风口的数量、建筑围护结构的性质、生产工艺的性质等。如果是1000级的洁净室,洁净室的平面尺寸再小,即使是改造工程(砖混土建结构),也应设计成双侧下回风。否则,洁净度很难达标;如果是10000级的洁净室,若洁净室宽度不大于3m,可采用 单侧下回风,回风口应布置在长边墙面的下侧,否则,应双侧下回风;如果是10万级及以下级别的洁净室, 原则上可做成单侧下回风,若洁净室宽度大于5m,或 生产工艺中散发污染物(应将污染物就地捕获或及时排走),应设计成双侧下回风;这些熬据是作者多年在工程实践中针对特定的送风口布置形式经统计得到的,在工程设计中应灵活运用。

 

如在同样的送风量下,增加送风口的数量,上述尺寸可酌情增大。如遇到宽度很大的洁净室,即使洁净度较低,如30万级或更低,不仅需双侧下回风,而且应根据生产工艺的特点,想法在宽度方向的中间增设回风口。看来,书籍中的各种气流组织图式并不是对各种级别的洁净室都适用,还应结合工艺特点、送风口的数量、洁净度级别、洁净室的大小等因素灵活运用。如实验动物房( SPF),一般做法是采用图5-6所示的气流组织形式。但这种形式笼架下层的实验动物会受到其上层的污染,也就是说位于上层动物的污染会随气流穿过下层笼具污染下层的动物,若能在侧墙的中部适当高度(结合笼架高度)再增设回风口的话,可减轻实验动物相互间的污染。即让送风洁净气流扩散稀释上层动物周围的空气后,及时从中间的回风口排走。下层动物周围的稀释气流从下部回风口排走,系统虽稍显复杂,但控制污染的效果非常好。

 

散流器顶送双侧下回风,进入散流器的空气是经过高效过滤器处理过的,不要与一般空调的散流器送风相混淆这种形式的气流组织适用于层高较高的的洁净室,特别是在冬天送热风时.比扩散孔板的效果要好。

 

其特点是把洁净的空气通过散流器很顺畅地送入工作区,但这种系统形式,高效过滤器需在吊顶夹层中更换,很不方便。对于高大空间的洁净车间,其实工作面也很低,主要是工艺设备较高。对这种洁净室如果全室净化,其送风量很大,浪费很严重。作者主张,根据工艺特点,进行局部净化。例如,乳制品车间工艺设备很高,但乳制品是在密闭的不锈钢设备及管道内流动,只有开口部位是需要重点保护的。在不影响工艺操作的前提下,可用实体材料或洁净气幕包围开口的操作部位,在所包围的空间内做净化,花钱不多,效果要好得多。高效送风口侧送,同侧下回风的气流组织形式。适用于砖混结构的改造工程及建筑层高较低的洁净室工程。

 

对于混结构的改造工程,由于其内围护结构大多属承重墙,所以,墙上部开大洞将受到限制。这时可把送回风总管布置于走廊的吊顶夹层内,可利用走廊回风(如果允许的话)或内夹道回风;对于建筑层高较低的建筑需要改造成洁净室,由于吊顶夹层空间太小,不能安装送风口和管道,采用该形式的气流组织,可利用走廊回风,系统简单,投资小,这种形式特别适合于地下建筑的改造‘引。上侧送风异侧下回风的气流组织形式,这种形式适合于层高较低的建筑。

 

吊顶夹层空间较小,不满足安装送风口及管道的条件,对于这种建筑,把送风总管沿房间外墙布置,在房间内墙下部安装回风口,利用走廊回风。从气流流线就可以看出净化效果要比所示的气流组织形式好,因为涡流区小。也有人把这种气流组织叫贯流式。作者曾把地下建筑改造成万级的制剂室,在同样的换气次数条件下,该系统的净化效果比上送下侧回的净化效果还好。若把送风口的扩散孔板做成1/4的圆弧状,就变成准辐流(矢流)气流组织形式这种形式可应用于医院洁净手术室,青霉素分装工艺,大输液的灌装工艺等场所。所不同的是,送风口不设扩散板,而设置阻尼孔板。希望送风气流不扩散或少扩散。有些工艺还采用垂帘或洁净气幕来限制送风气流的扩散。在洁净手术室。这种大的送风口叫送风天花,在其下部就是手术床,也即手术区(主流区)。

 

周边区的洁净度低于手术区一个级别(I、Ⅱ、Ⅲ级手术室),它是靠主流区的洁净气流的扩散来保证周边区的洁净度。在送风天花周边不再布置高效送风口。而在大输液灌装车间,局部百级的送风面积占其所在洁净室的面积的比例较小,所以,周围通常需要布置高效送风口来保证局部百级的背景洁净度,而且局部百级送风口一般都设置透明垂帘(有长有短),其目的是保证灌装部位100级的洁净度。这件气流组织形式回风口的设置很有讲究,不同的工艺有不同的方法。如I级洁净手术室,要求双侧连续布置;Ⅱ、Ⅲ、lV级洁净手术室应双侧均匀布置。这里所说的均匀布置,是相只于主流区而言的,布置的回风口使主流区内的气流少向平行于回风口墙面的方向弯曲。


对大输液局部百级回风口位置的设置参见“层流罩的应用”。对于非单向流气流组织,在相关书籍中还可看到许多形式(有些在实际工程中很少爿用)。作者一贯提倡学习要举一反三,真正理解了气流组织的内涵,懂得气流组织的影响隧素、怎样影响,就可以在工程设计中以不变应万变。单向流气流组织形式及设计单向流就是气流以均匀的截面速度,沿着平行线以单一方向在整个截面上通过。单向滴洁净室就是靠洁净送风气流的这种“活塞”般的平推作用,迅速把室内污染排出。根据这个原理,很显然,高效过滤器必须满布,但由于过滤器有边框以及吊顶安装工艺的要求,真正地满布是不现实的。只要能达到我国《空气洁净技术措施》的规定,垂直单向流洁净室满布比不应小于60%,水平单向流洁净室http://www.iwuchen.com/不应小于40%就认为满足满布的要求了。否则,就是局部单向流了。


单向流气流组织的设计重点应考虑:送风高效过滤器的满布比和回风口形式,前者容易满足,后者对单向流洁净室的效果影响较大,在设计中应引起足够的重视。满布高效过滤器送风,整个地面格栅回风的垂直单向流形式,是典型的垂直单向流,比对单向流洁净室的原理,它符合度最高。对流线平行度和乱流度等指标,满足度最好。这种单向流洁净室可以适用于任何生产工艺,即使生产工艺不断改变,它也能很{好地满足。但它的最大的缺点是造价高、格栅回风地板结构复杂。

 

送风吊顶的安装工作量很大,若用液槽密封结构,造价较高,i但密封的可靠性高;若用密封垫挤压式密封结构,造价较低但密封性较差,过滤器安装的技j术要求很高,一旦发生泄露,需拆下过滤器重新安装,安装难度较大,工程量也较大。所以,把这种送风吊顶改为所示形式,侧布高效过滤器,顶棚阻尼层送风。这种系统通过改变顶棚送风结构,降低了装难度,节约了初投资。过滤器安装在吊顶夹层静压箱的两侧,使安装难度降低,更换也方便,采用阻尼层吊顶,使气流均匀平行向下流动,这种阻尼层可采用不锈钢孑L板制作,孔板的开孔率应大于60%,若能在静压箱内装设阻尼孔板和导板,其均流效果更好。这是一种净化效果很好而造价较低的气流组织形式,其适用范围同图5-15所示的系统相同。

 

这种送风顶棚的结构现在也应于洁净手术部的送风天花中,无影灯吊杆处的密封变得很简单。所示形式,格栅回风地板结构复杂、造价高,而且还给人的视觉以不适之感-,行走和放物寻三件都有不稳之感,微小的零件又容易掉落到地板的下面。对这种回风方式的改进,可采用全顶棚高效过滤器送风,两侧下回风。 i这种回风方式,使送风气流在洁净室的下部发生了弯曲,故称之为准单向流洁净室。它可以达到100级的洁净度,但洁净室的宽度应不大于6m。设计.气流组织时,双侧的回风口应连续布置且回风口边高度应尽量低,使送风气流在较低标高处弯曲。若弯曲处低于工作面,效果最好。选择这种气流组织形 送风,两侧下回风式的回风口时,宽度以不大于200mm为佳。回风口下边的最小标高可做到100mm,故回风口的上边标高以不大于300mm为好。若回风面积除以回风口的总长度大于200mm,这时按200mm的宽度校核回风速度,若回风速度未超过允许的上限值,回风口宽度取为200mm。否则,应按回风速度允许的上限值计算其宽度。这种形式的气流组织,也可采用侧布高效过滤器,顶棚阻尼层送风的结构,其节约效果更加明显。

 

水平单向流气流组织,这种形式是典型的水平单向流。侧墙满布高效过滤器水平送风,相对的墙面满布粗效过滤器或孔板风。沿气流方向,洁净度逐渐降低,利用这个特点,把洁净度要求高的工艺布置于送风口附近,要求低的工艺顺气流流向排列。这种气流组织形式适合于手术室。水平单向流所要求的建筑层高较垂直单向流要求的低,施工技术难度较低,造价比垂直单向流的洁净室低。在工程应用中,根据工艺特点,可灵活应用,所示,回风口设在侧墙,气流流线发生弯曲,拐角处出现涡流区,净化效果不如图的好,可用于房间尺寸较小的情况下。也有在两侧墙设回风口的气流组织形式,单侧墙设回风口的气流要均匀点,但其净化效果远不及所示的好。作者不主张采用侧墙开设回风口的形式,因为水平单向流的回风墙,大多采用孔板或粗(中)效过滤器,其价格要比垂直单向流的格栅地板低得多,做法也简单得多,没有必要造垂直单向流两侧墙下回风的气流形式。即使房间长度尺寸较小,也不必采用侧墙回风,还是采用对面的墙回风效果好,回风夹道可做得窄一点为无回风墙的水平单向流,高效过滤器送风墙送出洁净空气后,水平气流流向所在环境,经过滤后再被风机吸入。类似于水平流洁净工作台的空气循环,它是靠空气速度来防止污染的侵入(不是靠静压)。

 

这种洁净室最便宜,也可做成移动式,适合于车间内需洁净环境装配的工艺。洁净环境和所在的周围环境的温湿度相同,这种系统大多采用两级过滤,过滤器的使用时间将缩短。以上介绍了非单向流和单向流最常用的几种气流组织形式。在洁净室工程设计中,应根据建筑形式、工艺特点等具体情况,灵活应用上述气流组织形式,若能派生出适宜的气流组织形式,可谓已做到了举一反三。5.4洁净室的设计计算洁净室的设计计算包括空调负荷计算,风量计算,洁净度校核计算等内容。5. 4.1 空调负荷计算洁净室的空调负荷包括夏季冷负荷与冬季热负荷。有人认为计算方法与一般空调负荷的计算方法相同。其实,洁净室的负荷计算与一般空调的负荷计算有许多区别。对于许多材料中推荐的负荷估算指标,作者不知道这些估算指标的详细来源,在工程实践中发现这些估算指标比实负荷大很多。对于一些没有经验的设计人员,也许会受到估算指标的影响而不相信自己的计算数据,进而加大安裕量,或者干脆套用估算指标,这是非常有害的。在前几年GMP认证后,许多制药企业感叹净化空调系统能耗太大而用不起。

 

难道是净化空调系统的错误吗?

作者发现,无论是冷负荷还是送风量都是层层加码,导致机组、水泵、风机等容量偏大很多。净化空调比一般空调的能耗大是肯定的,但应大的有依据。当前,对净化空调的节能设计迫在眉睫。,作者在调研中发现,有不少空调用户在最热月,实际用冷量是设计冷量的1/2~3/5。若把这样的设计作为估算冷负荷指标的统计源,其数据必然大很多。所以,设计人员应相信自己的计算,回访自己的用户,获得真实的冷负荷指标。对于各种书籍中相互复制的冷负荷估算指标应科学对待,只有在工程设计初期估算造价时,有一点参考价值。在施工图阶段,应采用计算出的冷负荷选择设备。空调负荷计算方法很多,目前有许多负荷计算的软件,使负荷计算变得非常容易。在应用软件或手工计算负荷时,应了解净化空调与一般空调负荷计算的不同点。计算软件大多是针对一般空调而编制的,在计算洁净室负荷时应把围护结构的参数做一调整。

 

洁净室的围护结构与一般空调的不同,它是在房子中套房子。外层房子就是土建结构,可以是框架结构加空心砖砌块,也可以是砖混结构,外墙、屋面的相关参数可在相关手册中查得。套人内层的房子是用符合洁净室装修要求的装修材料建造的,这种装修材料有快立墙板、轻钢加人造板、轻钢加经喷涂的电解钢板、还有彩钢夹心复合板等。而彩钢夹心复合板的夹芯,可采用阻燃自熄聚苯乙烯板(现行规范禁用)、岩棉板、聚氨酯板、纸蜂窝板、铝蜂窝板等材质。可见,这种两层围护结构建造成的洁净室,其建筑负荷很小。当内层材料的保温性能好时(如彩钢夹芯板),不透明围护结构引起的冷负荷可按稳态传热计算(特别适合于手算),在一些特殊情况下甚至可以忽略不计(有一定经验后方可这么做)。不管是正压洁净室,还是负压洁净室,都不考虑冷风渗透引起的负荷。
冷负荷系数法的计算步骤(这种方法非常适合手工计算):
1.外墙、屋顶瞬变传热引起的冷负荷外墙、屋顶属不透明围护结构,在日射和室外气温的共同作用下,由外墙、屋顶瞬变传热引起的逐时冷负荷均可按下式计算。CL= FK( ti。-t。) (5-1)式中CL-瞬变传热引起的逐时冷负荷(W);F-外墙、屋面面积( 1112);t。——室内设计温度(℃);tln-外墙、屋面的冷负荷计算温度的逐时值(℃);计算时刻的选取和一般空调相同,通常可在8时至18时中,每隔th取一个计算时刻。有经验者可根据具体情况,减少计算的时刻点,如可从12时算至17时;K-外墙、屋面的传热系数[ W/( rri2.℃)];如果洁净室在内区(无外墙),外墙引起的冷负荷为零;如果洁净室靠近外墙,如图5-1所示,传热系数的计算应考虑内、外围护结构之间空气间隙的热阻。

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