潔凈空調系統與普通空調系統的主要差別,在于潔凈度有不同的要求,潔凈度受各種因素的影響,良好的潔凈效果,不但要有合理的設計,而且要有嚴格的施工及維護管理。筆者曾參與了多項潔凈空調的設計工作,本文結合工程實例通過對凈化空調系統的設計進行了介紹,并分析和探討了凈化空調系統在設計、施工及維護管理等方面應注意的問題。
1 工程概況
該潔凈區為醫療潔凈室,整個潔凈區包括2個100級(015μm)、(面積35m2、310m高)、3個1000級(面積40m2、310m高)潔凈室,及其它輔助用房等。根據潔凈室的要求,在建筑布置時把其設在人員流動較少的建筑頂部,布置成中間走廊連接各潔凈室的形式,并考慮了潔凈室人、物的凈化流程,潔凈室內溫濕度參數為t=23～25℃,φ=40～60%。
2 潔凈室的計算
2.1 冷負荷計算
潔凈室冷負荷計算與常規空調冷負荷計算一樣,也要計算圍護結構,設備、人體、照明及新風負荷等,在此不再詳述。
2.2 送風量確定根據《空氣潔凈技術措施》的要求,從滿足潔凈度的要求出發,本著節約的原則,本工程在100級(015μm)潔凈室送風量按40次/h換氣次數計算,1000級潔凈室送風量按30次/h換氣次數計算,10000級潔凈室送風量按25次/h換氣次數計算。
2.3 新風量確定
潔凈室新風量按下述3項中的更大值取值。(1)按總送風量的10%～30%。
(2)補償室內排風和保持正壓所需新風量。(3)保證室內每人的新風量不少于40m3/h。
3 潔凈區空調系統劃分和末端設備選擇
3.1 系統劃分
根據用戶要求,本工程各潔凈室使用時間各不相同,而且其凈化級別也不盡相同,為降低初投資及以后的運行費用,根據潔凈室特點,潔凈區內5個潔凈室分別獨立設置空調系統以滿足用戶要求,為保持潔凈區空氣潔凈度,內走廊單獨設置一套10000級凈化空調系統。
3.2 末端設備選擇為滿足潔凈室潔凈度要求,空調設備的選擇應選用內表光滑、易清洗、不易積塵的設備、部件。本工程由于屬于醫療建筑,6個凈化空調系統全部采用了不銹鋼內壁帶二次回風的組合式空調器,其主要功能段包括:混合段、初效過濾段、表冷段、電加濕段、電加熱段、風機段、中效過濾段、紫外線殺菌段、出風段等。
4 空調系統型式與氣流組織設計
4.1 空調系統型式
本工程均采用組合式空調器配低速通風管網系統,由于潔凈室內溫度要求均勻,而且風量較大,送風溫差小,為降低初投資及運行費用,設計中采用了二次回風方式,同時空調器集中放置,便于控制及維護管理,此舉達到了預期的效果。
4.2 氣流組織設計潔凈室氣流組織設計與一般空調房間不同,它對潔凈度的影響十分大,氣流組織的形式根據潔凈度等級的不同,分別采用不同的方式,根據本工程的具體情況,按凈化級別的高低分別介紹如下:
4.2.1 100級潔凈室氣流組織在選擇100級潔凈室氣流組織形式時,根據工藝及潔凈度的要求,參考有關資料,氣流流型采用了亂流流型,氣流經空調器處理后,由送風管送至潔凈室頂部,經風管式高效過濾器、靜壓箱及層流罩后送到室內,為使空氣中的灰塵能有效地帶走,回風采用相對兩側均布無紡布阻尼回風口的形式,如圖1所示。
4.2.2 1000級潔凈室氣流組織
1000級潔凈室氣流流型采用亂流流型,其送風形式與100級潔凈室相同,回風采用四個墻角布置無紡布阻尼回風口的形式。
4.2.3 內走廊10000級空調系統氣流組織
走廊氣流流型采用亂流流型,氣流經空調器處理后,由送風管送至走廊頂部,經亞高效過濾器風口送至空調區,回風采用單側走廊下部均布無紡布阻尼回風口的形式解決。
5 系統控制
5.1 溫濕度控制
本工程對潔凈室的溫濕度進行了監控和控制。在潔凈室內可根據需要調節溫濕度,在機房內也可實現遠程控制,實現室內溫濕度的恒定。夏季工況:新風一次回風混合后,由組合式空調器冷卻除濕后將空氣由混合點C處理至機器露點L,然后與二次回風混合至送風狀態點O,后送至室內,如圖2所示,由于潔凈室要求送風溫差小,采用二次回風系統后節省了抵消再熱量所需冷量,節約了初投資及運行費用。
冬季工況:冬季通過控制電加濕器、電加熱器來實現室內溫濕度的恒定,如圖3所示。新風一次回風混合后至C1,混合空氣C1等溫加濕至S點,后與室內二次回風混合至S1,經電加熱器加熱至O′點送入室內,達到控制室內溫濕度目的。
5.2 正壓控制
潔凈室必須保持正壓,以保證不受外界環境污染,本潔凈區100級潔凈室正壓控制在15Pa左右,走廊正壓值控制在5Pa左右。
考慮到余壓閥在長期使用后,關閉會不嚴密,影響正壓值的控制,本工程采用控制排風機的運行來達到控制室內正壓的目的,達到了較好的效果。
5.3 噪聲控制
本工程在設計時,把空調機房集中設置在潔凈區外,同時送風管、回風管均裝設了消聲器,從運行情況看,達到了要求的噪聲標準。
6 注意問題探討
6.1 潔凈空調系統設計注意問題
潔凈室除要求土建裝修配合外,其潔凈空調系統的設計對潔凈房間的投資及運行費用的大小、房間的潔凈度、溫濕度等室內參數的影響非常大,合理的設計是確保潔凈空調系統正常使用的重要前提,下面分別從以下幾個方面分述潔凈空調系統的設計:
(1)潔凈度等級及系統劃分的確定。
潔凈度等級對空調系統方案及投資均影響很大,所以在滿足工藝生產要求的前提下,一般采用低潔凈度級別的空調系統,而且在潔凈室內,不同潔凈級別的空調系統應分別設置;平行流潔凈室與亂流潔凈室,空氣凈化級別高與低及使用時間不同
的凈化空調系統應分開設置,以降低初投資及運行費用。
(2)潔凈室內的溫濕度及新風量確定:潔凈室的計算溫、濕度,首先要滿足工藝使用要求,如無特殊要求,一般為t=20～26℃,φ=40%～60%。
潔凈室新風量應取下列3項計算風量中的更大值:
a1亂流潔凈室總送風量的10%～30%;層流
潔凈室總送風量的2%～4%。
b1補償室內排風和保持正壓所需要的新風量。c1保證室內每人的新風量不少于40m3/h。
(3)潔凈室正壓的控制
潔凈室必須保持一定的正壓值,以保證不受外界環境污染,它是通過使凈化系統的送風量大于回風量和排風量之和的方法來達到的,其送風量的大小受圍護結構密封性能的好壞影響,不同等級的潔凈室之間以及潔凈區與非潔凈區之間的靜壓差不應小于5Pa,與室外的靜壓差不應小于10Pa;《空氣潔凈技術措施》中推薦維持此正壓一般所需風量為2～6次/h換氣次數。
為達到潔凈室的正壓值,除送、回風干管及新風管上設風量調節閥外,還應設正壓控制裝置,如回風口裝空氣阻尼層、余壓閥,壓差式電動風量調節器等。為保證潔凈室正壓值,送、回、排風機一定要聯鎖,其程序為啟動時先開送風機,再開回風機和排風機;關閉時相反。
對潔凈度要求高的潔凈室,為維持室內正壓,防止空氣倒灌,設計時應在排風管上設止回閥或設值班風機。
(4)氣流組織潔凈室氣流組織與一般空調房間不同,它對潔凈度的影響十分大,所以要從生產工藝對潔凈度的要求出發,本著節約原則配合建筑的特點來確定,當工藝要求潔凈度為100級時,選用亂流流型;當潔凈度為1000～100000級時,選用亂流流型。同時應盡量減少渦流,避免將工作區以外的污染物帶入工作區;盡量防止灰塵的二次飛揚,以減少灰塵對工作區的污染機會;工作區的氣流要盡量均勻,風速必須滿足工藝和衛生要求,當氣流向回風口流動時,要使空氣中的灰塵能有效地帶走;為防止灰塵的二次飛揚,氣流速度不能過大,亂流潔凈室的回風口不應設在工作區的上部。
(5)消聲減振
由于潔凈室一般為精密工作間,對噪聲要求較高,而凈化空調系統的風壓較高,可能產生的噪聲及振動較大,因此應積極采取有效的消聲減振措施,同時所設置的消聲器要注意其產塵及積塵問題,防止振動噪聲從風管及水管傳遞出來,滿足潔凈室的要求。
6.2 風管附件及安裝注意問題
凈化空調系統在材料的選用上應注意選用那些自身不發塵或不易積塵和便于清掃擦拭的光滑表面的材料制作。
風管的材質一般選用無明顯氧化、針孔、麻點和鍍鋅層脫落的優質鍍鋅鋼板,在制作中有損壞鍍鋅層處如咬口、折邊、鉚接處,應涂保護漆二道,用冷軋鋼板制作的風管、閥門及附件,應除銹后,涂油漆二道,制作完畢后用無腐蝕性清洗液將內表面油膜和污物清洗干凈,干燥后經檢查達到要求,即用塑料薄膜及膠帶封口,防止灰塵進入。經清洗干凈的風管和零配件安裝前不得拆封,安裝時拆開一個端口封膜,隨即連接好一個接頭,如中間停頓需將端口重新封好。總之,潔凈室風管的制安是一個十分重要的工序,在安裝過程中不能嫌麻煩而忽視口部的封閉,致使管中積塵而又不易清洗或擦拭,詳細安裝細節可參見《潔凈廠房施工及驗收規范》。
中效過濾前的送風管、回風管、閥門及附件,一般用冷軋鋼板或鍍鋅鋼板制作,中效過濾器到高效過濾器之間的送風管、閥門及附件,一般用鍍鋅鋼板或塑料復合鋼板制作,高效過濾器之后的送風管、閥門及附件,一般用鋁合金板、硬塑料板、塑料復合鋼板或鍍鋅鋼板制作或用鋼板制作后鍍鉻。潔凈室送風口裝飾面應用經陽極氧化處理的鋁合金板或塑料板制作。
高效過濾器安裝時應嚴密、平整,防止漏風而影響潔凈度。按潔凈度級別要求,設有風淋室、氣閘室的潔凈室,應嚴格按產品的安裝要求進行。
6.3 凈化空調系統的維護管理注意問題
潔凈室空調系統在運行過程中應經常檢查溫濕度、正壓值及初、中、高效過濾器,以防止達不到潔凈室的要求,同時要定期吸塵清掃等,還要嚴格進行人、物的凈化。
7 結語
總之,潔凈空調系統與普通空調系統有很大區別,它是一項綜合技術的反映。要達到良好潔凈效果,不但要合理的設計,而且要有精心的施工和嚴格的維護管理。本工程通過運行實測,室內溫濕度、潔凈度均滿足潔凈度等級標準要求,達到了預期效果。