CDRA實驗室凈化空調系統(tǒng)設計及分析

王洪衛(wèi) 杜 丹

CDRA實驗室凈化空調系統(tǒng)設計及分析

王洪衛(wèi) 杜 丹

（河南省建筑設計研究院有限公司 鄭州 450000）

結合某礦物CDRA實驗室凈化空調系統(tǒng)設計，分析了在設計中應考慮實驗室的空調系統(tǒng)、送排風系統(tǒng)及壓力控制等相關內容，筆者還結合文獻和工作實際給出了相關的意見和建議。

實驗室；凈化空調系統(tǒng)；壓差；氣流組織

0 引言

隨著我國礦業(yè)行業(yè)生產及科研的需要，原有的一些老舊實驗室無法滿足實驗的要求，新的礦物質實驗室不斷建立并投入運行，實驗室凈化空調系統(tǒng)的設計也必須滿足實驗條件的需要。礦物實驗室空調凈化系統(tǒng)的設計需根據實驗室的凈化等級、平面的布置、工藝的危害程度來確定，應采取有效措施滿足實驗工藝需要并避免污染和交叉污染。實驗室要做到技術先進、安全可靠、經濟合理并確保質量、節(jié)省能源和符合環(huán)境保護的要求[1]，本文以一工程項目為例來探討礦物質實驗室（不涉及有毒、有害、揮發(fā)性溶媒和化學致癌劑）的凈化空調系統(tǒng)設計。

1 工程概況

該工程為某礦產綜合利用研究所實驗室改造項目，該建筑共3層，總建筑面積為2645.18m2，地上一層、二層為檢測中心化學實驗室，三層為航天分子篩實驗室及CDRA實驗室。其中CDRA實驗室在三層西側，實驗室建筑面積為143m2，實驗室建筑平面布置如圖1所示。

圖1 實驗室平面布置圖

人員經過更衣室、清洗室、風淋室及氣閘室進入潔凈走道，潔凈走道兩側為兩個凈化實驗區(qū)，兩個凈化實驗區(qū)均設有超凈儀器實驗室和控制室。室內空調設計參數如下表1所示。

表1 潔凈室室內設計參數

2 系統(tǒng)設計

本工程由于建設方沒有專業(yè)人員進行運行維護管理，且一個實驗的實驗周期較長，在實驗過程中空調系統(tǒng)不能出現故障，從造價、安裝調試、系統(tǒng)運行維護、節(jié)能及穩(wěn)定性等多方面綜合比較分析，本工程空調系統(tǒng)采用多聯機系統(tǒng)。為了減少振動對實驗室的影響，空調室外機布置在非本實驗室的屋面，組合式空調機組布置在三層實驗室旁的空調機房內。在系統(tǒng)設計時根據實驗內容的需要將實驗區(qū)分為兩個相互獨立的部分，但是兩個實驗區(qū)共用一套有回風的凈化空調系統(tǒng)，潔凈級別均為3級。

2.1 凈化空調系統(tǒng)

圖2 凈化空調系統(tǒng)流程圖

本工程凈化空調系統(tǒng)設置粗、中、高三級空氣過濾。在空調機組的新風入口處設置第一級是粗效過濾器，它對粒徑大于5μm大氣塵的計數效率不低于50%；在空調機組新風與回風混合后設置第二級是中效過濾器，它對于粒徑大于1μm大氣塵的計數效率不低于70％；在系統(tǒng)末端高效送風口內設置第三級是高效過濾器，它對粒徑大于0.3μm大氣塵的計數效率不低于99.99％。高效過濾送風口前安裝一個定風量調節(jié)閥，主要是考慮高效過濾器初阻力較小，隨著系統(tǒng)運行后塵粒越積越多，阻力逐漸增大，造成各高效過濾送風口送風量不均勻，且造成凈化區(qū)整體送風量可能變小，不穩(wěn)定的風量會使室內壓力不易控制。安裝定風量調節(jié)閥可保持各送風口送風量均勻，最大程度地保持室內壓力恒定。實驗室室內空氣處理方式如圖2所示。

為了減少實驗室內人員對實驗過程中的擾動，實驗室設置控制室和超凈儀器實驗室，在實驗過程中超凈儀器實驗室內沒有人員，采用自動化實驗裝置。實驗過程中最佳情況是實驗進行時室內沒有人員[2]。

2.2 送排風系統(tǒng)

每個凈化區(qū)域在其兩側設置兩個排風機，每個排風機的排風口處設有壓力表，根據設定的壓力值，送風、回風和排風系統(tǒng)進行啟閉聯鎖，正壓潔凈室聯鎖程序為先啟動送風機，再啟動回風機和排風機，關閉時聯鎖程序相反[3]。

合理的氣流組織是保證室內工作區(qū)空氣溫度、濕度和潔凈度滿足實驗工藝要求的重要組成部分。氣流組織的設計涉及到送風口的形式和位置、回風口的形式和位置。本潔凈室采用頂部送風，送風管布置在吊頂內。送風管把處理過的空氣通過風管送到每個送風口的靜壓箱內，然后再通過高效過濾器送風口送入凈化房間。回風采用下側回風，回風風管布置在凈化房間回風道內，回風道在控制室和超凈儀器實驗室內均有布置，回風道沿墻布置（見圖1）。

2.3 壓差設置

凈化實驗室要維持一定的正壓是保證實驗室免受或盡量避免污染、維持實驗室潔凈度的重要措施之一。實驗室正壓是指在房間門窗均處于關閉狀態(tài)下，房間靜壓大于房間外靜壓的數值。正壓值是通過凈化空調系統(tǒng)送風量大于回風量和排風量之和的措施來實現。

本設計壓力控制采用了如圖3的壓力控制方式，從實驗室和控制室至更衣室空氣按壓力梯度逐級遞減。由于風機系統(tǒng)、過濾器系統(tǒng)等性能下降或風閥位置改變等情況下, 系統(tǒng)經常要重新進行風平衡調試, 需要大量的維護[2]。室內正壓設置為了保證潔凈室在正常工作或空氣平衡暫時受到破壞時，氣流都能從空氣潔凈度高的區(qū)域流向空氣潔凈度低的區(qū)域，使?jié)崈羰业臐崈舳炔粫艿轿廴究諝獾母蓴_[4]。

圖3 壓力控制示意圖

壓差采用逐級壓出實驗室，使實驗室與潔凈走道的壓差不小于10Pa，從而避免實驗室外低潔凈度級別的區(qū)域空氣滲入，減小了安全隱患；同時更衣室內空氣也按壓力梯度逐級壓入室外非凈化區(qū)，使更衣室與室外非凈化區(qū)保持相對正壓差，從而避免非凈化區(qū)域空氣滲入實驗區(qū)，保證了實驗區(qū)的潔凈度。更衣室和清潔間的潔凈度通常達到8級就可以了。通過室內壓差傳感器調節(jié)新風管上風閥的開度，維持房間正壓。在空調送風干管處設置靜壓傳感器，通過測量送風干管處的靜壓，變頻調節(jié)空調送風機的轉速，維持新風管的靜壓恒定[5]。

實驗室的正壓值也跟實驗室的密閉性有關，良好的密閉性可以減少送風量與回風量和排風量之和的風量差，保證實驗室的潔凈度要求，還可以起到降到實驗室整個空調系統(tǒng)的能耗。

3 結論

科研實驗室對潔凈室的溫度、濕度及潔凈等級要求極其嚴格。本工程經過近兩年的施工建設，已經通過竣工驗收，檢測結果顯示室內的溫度、濕度、壓差、潔凈度等級均能達到工藝要求。結合本工程空調系統(tǒng)的設計，筆者對該類實驗室凈化空調系統(tǒng)設計總結如下：

（1）對為科研實驗設計潔凈室，建議在設計時請實驗室使用人員進行充分的論證，盡量使實驗室在設計階段具有一定的前瞻性；

（2）由于系統(tǒng)較小，選擇空調形式時應從造價、運行維護、節(jié)能及系統(tǒng)的穩(wěn)定性等多方面綜合比較分析；

（3）凈化實驗室對施工技術要求高，好的施工技術和熟練的施工人員是凈化實驗室達到工藝設計要求的關鍵。

[1] GJG 91-93,科學實驗建筑設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993.

[2] 黃培雷,楊志新,蔣哲敏.高精度實驗室空調系統(tǒng)設計[J].制冷與空調,2013,(4):343-347.

[3] 樊海濤.凈化空調系統(tǒng)的室內壓差控制[J].醫(yī)藥工程設計雜志.2005,(1):28-31.

[4] GB 50073-2001,潔凈廠房設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2011.

[5] 匡江紅,余斌,何法江,等.地鐵活塞風井設置的優(yōu)化研究[J].機電設備,2007,(12):24-28.

Analysis on PurifyingAir-conditioning System Design of Mineral CDRA Laboratory

Wang Hongwei Du Dan

( The Architectural Design and Research Institute Co., Ltd, of Henan Province, Zhengzhou, 450000 )

Based on the purifying air-conditioning system design of normal mineral CDRA laboratory, this paper analyzes the Air-conditioning system type, air supply and exhaust system and pressure control and other related content, The author also gives relevant opinions and suggestions based on literature and work practice

Laboratory; Purifying air conditioning system; Differential pressure; Air flow organization

TU834.8

B

1671-6612（2021）01-115-03

王洪衛(wèi)（1978-），男，碩士，高級工程師，國家注冊公共設備工程師，E-mail：312490039@qq.com

2020-04-29：