潔凈空調系統的應用及其技術分析

高蕊笑，溫志梅，常澤楠

（1.山東華宇工學院，山東德州 253034；2.湖南石油化工職業技術學院，湖南岳陽 414011）

0 引言

2020 年，大部分行業的發展受到新冠肺炎疫情的影響，暖空空調行業也不例外。面對挑戰的同時，也有新的發展機遇。新冠肺炎病毒主要是在空氣中的傳播[1]，醫院室內環境不僅要求有良好的舒適程度，還要具有嚴格控制空氣品質的要求，潔凈空調無疑是首選的空氣調節方式。2020 年初修建的火神山、雷神山都有配套的潔凈空調系統，這是打好疫情攻堅戰的后勤保障[2]。常見的空調系統是對室內的“四度”（即溫度、濕度、潔凈度和氣流速度）進行調節，隨著對生產生活環境要求的提升，對空氣中含塵粒數、細菌濃度等都有嚴格的規定，為此相應的技術稱為空氣潔凈技術[3]。空調的潔凈技術在工業生產、制藥以及家庭生活都有廣泛應用[4]。相比于常規空調，潔凈空調系統在設計、施工上有許多需要注意的地方，特別是潔凈空調系統的高能耗問題也是近年來研究的重點[5]。

1 潔凈空調簡述

1.1 潔凈空調系統的特點

潔凈空調技術是在一般空調系統中發展優化而來的，除了常規空調控制“四度”以外，還要求空氣的含塵量、風速、換氣次數等。總體上潔凈空調的特點可分為以下5 個。

（1）對空氣的潔凈度有更高的要求，常規空調只有粗效過濾和一級過濾，而潔凈空調有粗、中、高效三級過濾，并且在特殊的潔凈室中設有濾毒吸附過濾裝置。

（2）普通空調對室內空氣壓力無額外要求，而潔凈空調為避免外界污染空氣的滲入或不同生產車間不同物質的相互影響，把不同潔凈區按需要分為正壓區和負壓區。

（3）為保障外界污染對潔凈空間的最小化，潔凈空調系統材料和設備的選擇、加工工藝、安裝環境以及設備部件的貯存環境都要特別關注，這也在一定程度上增加了潔凈空調系統的成本。

（4）潔凈空調對氣密性和滲氣量的要求更加嚴格，其檢測手段以及各個工序都有嚴格的標準。

（5）安裝潔凈空調系統需要對所在建筑物進行質量評價，包括對防塵、防起塵、防滲漏的檢測。

1.2 潔凈空調系統的分類

一般可以將潔凈空調系統分為3 種，分別是集中式、分散式及半集中式潔凈空調系統[6]。這3 種潔凈空調形式的比較見表1。

表1 潔凈空調的分類及各自特點

2 潔凈空調技術的應用領域

隨著人們對生活品質追求的提升以及企業對生產效率的提高，空調的潔凈技術在很多領域得到應用：一些高科技生產中，對微粒的控制特別嚴格，良好的空氣品質可以提高產品的質量；在家庭生活中，裝修殘留的甲醛嚴重影響人體健康，潔凈空調技術是緩解室內空氣污染的有效途徑；潔凈空調技術在醫院的應用最為常見，合理運用潔凈空調有利于患者的治療和康復，2020 年新冠肺炎疫情爆發，更是把潔凈空調的應用推到一個新的高度。

2.1 在食品、制藥領域的應用

在食品生產過程中，廠房的潔凈度是食品質量的前提保障。傳統的食品生產企業中，潔凈廠房的空氣通過“分級過濾、氣流組織、氣壓控制”三大措施，使廠內空氣達到規定的潔凈度，但在實際生產過程中，廠房內的微粒和微生物仍然會在設備、工具、工作人員和某些環境聚集，某些微生物的存在會降低食品的保質期，甚至滋生細菌影響人體健康，這對潔凈空調系統提出了更高的要求。

在制藥領域，無論是生產無菌藥品、口服液還是固體制劑，都應該對制藥環境的微生物數量控制在較小范圍內，以保證藥品不受生產環境的污染，最有效的辦法就是安裝潔凈空調系統。藥品生產對潔凈室等級有明確要求[7]（表2）。其中，CFU 是英文Colony-Forming Unit 的縮寫，即菌落形成單位。

表2 不同潔凈等級潔凈區微生物的檢測標準

2.2 在工業生產中的應用

現代化生活的一些高新產品，如半導體、芯片、集成電路的生產過程對環境空氣的潔凈度要求更高，生產環境的潔凈程度可以保證生產工藝產品的質量，達到較高的成品率[8]。使用潔凈空調系統把已處理過的空氣輸入各工藝生產區域，排出相應區域內的空氣微塵粒子、有害氣體、氣態污染物等物質，使工作區域內的各項參數在要求的范圍內。一些化工產品生產過程往往產生有害物質，會危害人體健康，影響工作環境品質。將有害物質回收處理、讓生產環境的空氣具有好品質，是企業科學運行的關鍵，潔凈空調技術可以解決這個問題。

2.3 在醫療場所的應用

醫院具有人員流動性大、病毒細菌更易滋生的特點。受疫情影響，國家對醫療環境的要求越來越嚴格，出臺一些政策支持潔凈空調在醫療場所的應用，這也促進了潔凈空調技術的發展。潔凈空調可以有效清除醫院中的懸浮微生物，甚至某些場所可以達到近似無菌的狀態，還可以讓手術順利進行，避免醫護人員、病人家屬與患者之間的交叉感染，并為患者及時康復提供良好的衛生條件。常見的醫院潔凈空調系統的工作過程：在空調設備的混合段，低效空氣過濾器將室外新風初次過濾，而后與室內回風回合，經熱濕處理后在送到中效空氣過濾器進行二次過濾，最后經過高效空氣過濾器送入室內（圖1）。如此循環，就可以在一定時間內將潔凈空間的污染控制在一個相對穩定的水平[9]。

圖1 醫院建筑常用的潔凈空調系統

3 潔凈空調系統相關技術分析

潔凈空調系統因其服務空間對潔凈程度的要求嚴格，所以在系統設計、選型、安裝施工和運行維護與常規空調相比仍有較大的差異。分析其中的技術要點對于整個潔凈空調系統的運行非常必要。

3.1 設計技術要點

潔凈空調系統的換氣次數每小時至少10 次，某些場合甚至高達數百次，這對新風系統的選用有了更大的挑戰。為了方便對潔凈室內壓差的控制，避免凈化系統搶風的情況出現，采用新風單獨預處理方案。此外，新風單獨預處理方案分擔部分濕負荷的處理，解決了集中新風處理所帶來的困難。值得注意的是，為保障新風壓頭和循環風壓頭與過濾器阻力保持一致，新風集中預處理后不可以直接送進靜壓箱和循環機組內在進行設計時；空氣處理要堅持濕度優先原則，這是避免系統因高濕環境產生霉變問題的重要手段[10]。此外，還要注意不同季節潔凈空調的運行特點，為確保高溫環境下機組也能做到優先除濕而實現空氣過冷，就要求冬天有足夠有效的冷凍水、夏天有熱水。

3.2 施工技術要點

首先，要確保空調安裝的施工質量，保證施工材料品質，所選用產品或半成品表面清潔，無銹蝕無灰塵并且有較強的耐腐蝕性和耐久性。風管可以選用優質的鍍鋅鋼管、復合鋼板和冷軋鋼板，特別注意不可以選用熱軋鋼板，因為其耐腐蝕性不強表面易生銹從而影響潔凈空調系統的潔凈等級及正常運行[11]。

其次，安裝風管時不僅安裝人員要做好清潔工作，還要用酒精擦拭安裝部件、工具及其他材料，并用無塵紙進行檢測，整個安裝過程要嚴防污染物入侵。此外還要使用彈性和耐久性較好的材料作為法蘭墊片，確保安裝后端部封閉嚴實。

最后，潔凈空調系統中的高效過濾器的安裝對于潔凈區域內的潔凈度影響有著決定性作用，安裝前要打掃施工場所確保場地符合潔凈度水平，安裝后要進行系統的試運行，試運行時間為12 h，然后需全面仔細檢查系統內部情況，保障其可以正常工作并具有較高的潔凈度，之后將高效過濾器和框架之間進行密封，施工結束后清理各裝置表面[12]。

3.3 節能技術分析

潔凈空調系統的換氣次數遠大于常規空調的換氣次數，為保障潔凈程度就要求其具有較大送風量和新風量。在系統運行層面，新風量的大小可以用來補充室內排風量以及潔凈室內的正壓滲漏風量；對于工作人員，新風量可以為其提供較好的工作環境，滿足對新風的需求。另外，系統所配備的風機要大，能克服空氣處理過程中的重重阻力，這就使得潔凈空調系統的耗能和運行費用大。因此，潔凈空調系統的節能技術一直是專家學者們研究的熱點。針對問題分析，可以采取的節能措施有以下6 項。

（1）選擇合理的空氣處理方案。在選擇空氣處理方案同時要考慮冷熱空氣抵消的問題，盡量采用一次回風和二次回風相結合的方式進行空氣處理，研究表明這種方式能耗損失僅為一次回風系統能耗損失的1/2[13]。

（2）保證最小新風量。在滿足室內最小新風量的基礎之上，要控制新風量最有效的措施是減少排風量和正壓滲漏風量。具體措施要求系統設備的排風密閉性要好，這樣不僅減少了排風量還提高了排風效果；在潔凈室建造時要強調圍護結構和風管的密閉性，這可以有效減少正壓滲透風量。

（3）減少運動負荷。在潔凈空調系統運行時，常會出現不必要的能量浪費，這就要求技術人員在結合實際需要調整換氣次數，在滿足需求基礎上盡量減少換氣次數，換氣次數過多不僅造成浪費還會影響室內的潔凈程度。

（4）建議使用變頻調速風機。使用定頻風機運行初期阻力小，送風量大，通過風量調節閥調節送風量可能造成能耗損失[14]，運行末期阻力上升，送風量降低可能達不到潔凈空調系統的送風量要求。采用變頻調速風機，可以維護系統風量恒定，不僅可以避免降低潔凈等級還有節能減排的效果[15]。

（5）盡量降低風機溫升負荷。不要忽視空調機組、循環機組以及新風機組的風機溫升帶來的負荷。減少溫升負荷的方式主要是不要無故增加大風機壓頭，盡量選擇高效的風機和電機[16]。

（6）加強系統的日常維護。使用過程中，要使潔凈空調系統功能發揮最佳，需要定期的維護和保養。經常對系統進行檢查，監控易損部件并及時更換，減少因故障而導致的能源浪費，確保系統能正常運行，同時達到較好的節能效果。

4 總結與展望

目前仍然處于疫情防控階段，潔凈空調系統的在醫療建筑中配備相當重要。本文系統的介紹潔凈空調的概念，潔凈空調的運行方式，并進行對比分析；闡述了潔凈空調系統目前的應用場所以及在安裝使用中相關的技術措施。潔凈空調系統比常規空調系統更加復雜且要求高，相關部門應做好監察監督，提高工作人員的素質，施工工人要嚴格按照標準執行，保證管路、建筑空間的密閉性，同時加強對空調系統后期的運行維護。

潔凈空調系統的高能耗是一個不可避免的問題，除了文中指出的6 項措施之外，可以改進的地方還要很多，例如：應大力開發潔凈空調系統的自動化裝置，使其更加智能，可自動檢測新風量的要求并進行精準送風次數的改變；開發新型空氣凈化處理裝置，使其較快達到潔凈度標準并降低處理過程的阻力；提高系統密閉性，減少正壓漏風量；提高潔凈空調系統噪聲控制技術，減少噪聲污染等。還可以根據潔凈空調技術手段提供空調系統的清潔服務，培養相關專業的技術人員，對在用的商用、家用以及醫療建筑的空調進行清潔消殺，確保送風質量提高潔凈度，同時還可以擴大就業面、促進城市經濟發展。