潔凈廠房電氣設計的探析與實踐

張 濤

(福州市建筑設計院有限責任公司 福建福州 350011)

0 引言

隨著科學技術的不斷進步，技術工藝推陳出新，高端制造業對生產環境的潔凈度要求也不斷提高，潔凈廠房開始受到越來越多的人關注。潔凈廠房在光電子元器件、制藥、精密設備制造及科研等對生產環境有較高要求的行業中，有著相當廣泛應用。在潔凈廠房的設計中，電氣設計是一個重要的環節。因此，必須重視潔凈廠房電氣設計工作，確保設計方案的合理和可靠。本文結合實例，對潔凈廠房電氣設計中的關鍵事項進行分析探討，并總結有關設計經驗，以供同行參考。

1 工程概況

該工程地上建筑分別為1#樓為高層丙類廠房建筑，2#樓為5層丙類廠房建筑，廠房主要從事光學元器件和光電模塊生產。通訊機房、有線電視機房、消控兼安控中心均設置在1#樓一層，1#樓四層設置一個服務器機房，2#一層設置環網室和高低壓變配電房，一～三層都設有空調機房。其中2#樓一層、二層部分區域設有潔凈廠區。環網室、高低壓變配電房和空調機房設置在非潔凈區。2#樓一層潔凈區域布置如圖1所示。

圖1 潔凈廠房區域示意圖

2 配電系統設計

該工程采用樹干式與放射式相結合的配電方式。廠房內的普通生產動力用電，配電通過設置動力層箱及就地配電箱，根據工藝需要預留單相或三相插座。鍍膜設備，工藝水系統、空壓機系統是此潔凈廠房內的主要工藝生產的設備，應保證這些大型動力設備的可靠供電，故采用配電房專用的供電回路供電。

潔凈廠房的空氣潔凈度對產品質量影響巨大，如若出現停電或供電系統運行故障，整個潔凈區域內空氣會被污染。因此，按規范要求，凈化空調系統由變電所專線直接供電。在實際工程設計時，凈化空調系統的電源可按二級負荷要求供電，接引至市政用電和柴油發電機組互投后應急母線段，這種供電方式通常不會增加發電機容量和投資，卻能大大提高凈化空調供電的可靠性，確保潔凈廠房凈化空調系統持續、穩定運行。

潔凈區里需要打開箱門操作的配電箱箱體，應選用不易堆積灰塵、方便擦拭、不易生銹的的雙層面板結構。配電箱安裝位置需要提前與建筑專業做好配合，滿足暗裝的要求，同時做好孔洞預留工作。線槽、橋架在潔凈區外的吊頂內敷設，潔凈區內的電氣裝置和線管應采取暗裝，電氣管線的管口以及電氣設備與墻體接縫處，均需可靠密封，以免微粒物通過管路間隙滲到潔凈區。

3 照明系統

潔凈廠房通常是封閉環境，采光窗多被遮擋或面積小，無法自然采光，絕大程度上需要依靠人工照明。此外，潔凈廠房內通常從事精細加工工作，需要良好穩定的照明環境。為了避免動力用電頻繁啟動引起電壓波動，應保證照明電源的可靠性和穩定性，因此要求照明負荷與動力負荷分開回路，由變配電房專線供電。

潔凈區內需選用滿足相應潔凈等級的照明燈具，燈具采用一體化整燈設計，吸頂安裝或嵌入安裝時燈具與頂面貼合。對于水平單向流基礎型潔凈室，可以采用如圖2(a)超薄平滑流線形及隱藏式卡扣設計的LED潔凈支架，或如圖2(b)或超薄結構設計的LED潔凈燈盤，可以有效防止空氣紊流和灰塵堆積。對于垂直單向流專業型潔凈室，可采用淚滴型流線外形設計的LED潔凈支架，如圖2(c)所示。

(a)(b)(c)

潔凈廠房內一般照明的照度標準值如表1所示。其他輔助用房、凈化室、走廊等非關鍵作業區域的照度標準值，一般為150lx～300lx[1]。

表1 部分工業建筑一般照明標準值及功率密度限值[2]

潔凈廠房內需要設置備用照明，備用照明照度需要高于正常照明照度標準的10%，一旦正常照明因故障熄滅時，工作人員仍可以進行必要的操作或采取應急處理。工程中，可以將正常照明的一部分作為備用照明，作為備用照明的燈具自帶蓄電池，連續供電時間大于30 min。

4 消防自動報警系統

潔凈廠房內空間密閉，走道迂回曲折，人員疏散逃生和火情撲滅都存在困難，引發火災后，若不能及時發現火情，煙火會沿著風管風道迅速蔓延擴散。潔凈廠房內設備貴重，一旦發生火災，損失嚴重，企業停產導致的損失和后期恢復生產需要極大的投入。火災自動報警系統的設置，有利于盡早發現火情，防止火災的進一步擴大，避免人身和財產的損失。該工程將消防控制室設置在潔凈區外1#樓一層。

4.1 消防電話

除規范要求的變配電房、發電機房、消控室、空調機房、風機房及各類控制室需要設置消防專用電話，潔凈區的入口處也需設置消防專用電話。當潔凈區探測器報警后，消防控制室可通過電話及時了解現場的火災情況，進行核實確認后，由消防控制室對消防風機、消防水泵等設備進行聯動控制，有關部位的非消防電源也應由消控室手動切斷。進行人工核實確認后再手動控制，是為了防止探測器誤報而造成損失。

4.2 火災報警探測器及消防報警設備

潔凈廠房的生產層、風機房、空調機房等，均要設置火災報警探測器。通常潔凈廠房的吊頂高度都超過800 mm且有可燃物，在技術夾層內需增設報警探測器[3]。火災報警探測器種類繁多，常用的有光電感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器。因此，在選擇探測器時，應充分考慮潔凈區的功能及房間的高度、面積、氣流等情況，并應結合考慮火災探測器自身特點，選擇最適用該場所的火災探測器[4]。

此外，點型激光感煙探測器是傳統光電感煙火災探測器的升級產品。空氣通過采樣孔進入激光腔，信號經處理后轉換為煙霧濃度值，可以克服空氣流動、環境干擾等外界影響，靈敏度是傳統光電感煙火災探測器10～50倍，能更早發出報警信號，安裝調試方便。

對于潔凈度要求高潔凈廠房，可以使用吸氣式感煙火災探測器。吸氣式感煙火災探測器探測原理和點型激光感煙探測器相似，通過將被保護區域內的空氣樣本通過采樣孔送入探測器，由探測器內部的激光探測裝置對空氣樣本中的煙霧顆粒尺寸及濃度進行識別、測量和計算，探測到微量的煙霧，再根據煙霧濃度和預設的報警閾值，產生相應報警等級。吸氣式感煙火災探測器具有靈敏度高、探測范圍廣、發現火情早等特點。

潔凈廠房布局復雜，可以在廠房內的樓梯口、走廊拐角處、應急逃生口等區域，適當增加火災報警按鈕和聲光警報器的布置。消防應急廣播的采用吸頂式安裝，可以避免積塵。消火栓按鈕的設置需與給排水專業配合，設置在消火栓箱內，盡量減少外露消防報警設備的數量。設備外表面應光滑平整、易清潔，與墻體、頂棚的接縫處，均需采取高性能橡膠墊進行密封處理。

4.3 預作用自動噴水滅火系統

潔凈廠房內往往配備貴重儀器設備，通常采用預作用自動噴水滅火系統。濕式系統管網中平時充滿水，若管網漏水，或噴頭損壞，產生漏水和誤噴，可能損壞潔凈廠房內的設備儀器，且不便日常管理維護。干式噴水滅火系統控滅火速度慢，滅火效率低。預作用系統具備了前兩種系統的優點，平時管網中充滿低壓氣體，由氣體管道壓力開關、控制柜和空壓機組成的自動充氣裝置維持充氣氣壓值。當火災發生時，探測器報警后，消防聯動控制器控制閥門排氣，在噴頭動作前在管網中充滿水，系統由干式轉變為濕式噴水系統。

預作用自動噴水滅火系統應要火災自動報警系統密切配合。有壓氣體管道壓力開關應通過信號線連接至消防聯動控制器。若噴頭損壞火管道泄露，管內壓力下降，當低于最小壓力設定值時，壓力開關將故障報警信號發至聯動控制器，同時開啟空壓機進行補氣。此時預作用裝置電磁閥沒有開啟動作，所以管網中沒有水。火災發生時，感煙探測器探測到火情，消防聯動控制器即打開管道末端排氣閥前的電動閥和預作用閥組上的電磁閥，管網開始排氣充水。一路水流推動水力警鈴發出聲報警信號，同時預作用閥組的壓力開關動作直接啟動消防水泵，壓力開關給出信號關閉空壓機；現場溫度繼續上升，噴頭破裂開始動作噴水。預作用噴水系統控制原理圖如圖3所示。

圖3 預作用系統控制原理圖(充氣單連鎖)

5 靜電防護與接地系統

該工程接地采用TN-S系統，系統接地、靜電防護接地、建筑防雷接地采用聯合接地方式，并采用等電位聯結措施。潔凈廠房的許多設備和儀器對靜電敏感，靜電將導致部分微小金屬制品發生磁化現象，影響設備正常工作。此外，靜電會引起塵埃吸附，污染室內無塵環境，嚴重影響產品質量。因此，防靜電是一個非常重要的工作，接地可以有效消除靜電，消除靜電造成危害。實際工程中通常有綜合接地和分散接地兩種接地方式。當設備的功能接地要求分開設置時，應設作防止雷電反擊處理，分開設置的防靜電接地系統的接地體，應與防雷接地系統的接地體保持20 m以上的間距。防靜電接地體單獨設置，往往會增加造價投資，并增加施工難度。

該工程中接地設備保護接地和靜電接地采用單獨的接地線將其接引至共用的基礎接地極，達到共用接地裝置的目的，接地電阻值應小于1Ω[5]。潔凈廠房內所有可能產生靜電的生產設備和管道，均應保證其可靠接地。當雷擊發生時，高壓大電流從引下線上流過，產生強磁場，進而形成感應電流，為了防止雷電泄放電流對靜電接地系統產生不利影響，防靜電接地線應獨立設置，不與防雷引下地線共用。豎井內離地0.3 m處設靜電接地端子箱，生產區內設置車間靜電接地端子箱，吊頂內安裝，靜電防護接地系統的干線采用WDZB-BYJ-450/750-120，由基礎接地穿PC32管引出。并根據二裝要求預留防靜電地板接地點和設備靜電接地端子盒，接地支線采用WDZB-BYJ-450/750-16，穿PC16管沿吊頂敷設。

6 結語

“十四五”期間，隨著工業技術的轉型升級，必將會建設大量潔凈廠房。因此，潔凈廠房的電氣設計應得到足夠的重視。此外，后期工藝設計會使潔凈廠房設計更加綜合和復雜，在條件允許情況下，應該為工藝設計預留設計條件，避免各項資源重復投入。本次研究重點圍繞潔凈廠房的配電、照明、火災自動報警，以及靜電防護接地等系統，對關鍵設計要點進行分析探討，提出合理設計方案，希望能為以后的設計工作提供借鑒。