凈化暖通系統常見問題與處理方案應用研究

蔣三寶

上海天跡潔凈工程科技有限公司，中國·上海 200000

1 引言

目前中國正處于產業升級換代的關鍵階段，中國已經在生物醫藥、食品衛生、新型材料應用以及電子半導體等行業取得了舉世矚目的成績。這些行業的生產廠房對室內環境有著嚴格的要求，包括溫度、濕度、潔凈度以及細菌濃度等。為了給廠房提供良好的生產環境，就必須確保凈化暖通系統正常運行。凈化暖通系統主要由空調風系統以及空調水系統組成，下面主要從這兩種系統常見問題的處理方案措施進行簡單介紹。

2 空調風系統主要問題與處理方案

2.1 空調系統送風量計算方法

潔凈室空調送風量不足將影響房間潔凈度、換氣次數、房間壓差等，空調機組送風量必須符合規范以及設計要求。空調送風量計算包括兩種方式：第一種根據房間冷熱負荷計算送風量；第二種根據房間換氣次數計算送風量。

2.1.1 根據房間負荷計算送風量

潔凈室房間負荷包括：新風負荷（Q1）、人員負荷（Q2）、電氣照明負荷（Q3）、維護結構負荷（Q4）及設備負荷（Q5）。

根據熱量公式：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=C×M×△T

式中，Q為熱量（J）；C為比熱容 （ J/kg℃）；M為質量（kg）。

新風負荷：

Q1=G1×ρ× △I1

式中，G1為新風量（m3/h）；ρ為空氣密度（kg/m3），取1.2kg/m3；△I1為室內外新風狀態點焓差（kJ/kg）。

由以上公式可得出組合式空調機組送風風量：

G=3600×Q/ρ× △I

式中，G為空調送風量（m3/h）；Q為空調制冷量（kW）；△I為空調箱送風與室內要求環境狀態點要求焓差值（kJ/kg）；

2.1.2 根據換氣次數計算送風量

潔凈室暖通風量設計常見采用根據換氣次數要求計算送風量大小，根據ISPE 指南經驗法則要求：FDA 和ISPE的CNC（D 級動態標準）潔凈室，6～20 次/h 換氣次數；ISO8 級（C 級動態標準）潔凈室，20～40 次；ISO7 級（B級動態標準）潔凈室，40～60 次/h 換氣次數；ISO5 級（A 級）潔凈室要求單向流，則不再按照換氣次數核算風量，通過氣流速度進行計算送風量。最后通過以上兩種方案計算出組合式空調機組送風量，取兩者中最大值。

2.2 基諾厚普項目空調送風量不足問題

2.2.1 項目基本信息介紹

福建省基諾厚普生物科技有限公司由新希望集團與臺灣霖揚生技制藥股份公司共同投資建成，為莆田市重點引進外資項目，主要進行仿制藥研發與生產，建設有11 條藥品生產線。潔凈車間共計約4000m2，組合式凈化空調機組34臺，采用螺桿機+冷卻塔+蒸汽鍋爐方式提供空調冷熱源，下面對此項目調試期間出現的暖通風系統有關問題處理進行闡述[1]。

2.2.2 送風量不足原因判斷

空調系統安裝完工后，在AHU322A 空調系統調試階段出現此空調機組在50Hz 滿頻工作狀態下送風量明顯不足情況，無法滿足設計對房間換氣次數的要求。出現此情況后，首先安排人員對空調系統施工安裝質量方面進行如下檢查：空調機組正反轉檢查；所有送風管路上手動閥及電動閥檢查；空調送風風管漏風情況檢查；送回風管沿程阻力核算檢查等。

通過仔細排查發現空調系統施工安裝質量均符合設計要求，空調自控等相關系統運行均正常，因此初步斷定可能由于機組自身送風量偏小導致房間換氣次數無法滿足要求。首先考慮可能由于設計原因導致送風量偏小，因此按照風量的計算公式對空調系統設計風量進行再次校核，通過計算空調機組銘牌上所標示機組風量以及機外余壓均滿足設計要求，因此排除設計原因的可能。最后推斷應該是空調機組自身問題導致送風量不足的情況，設備廠家堅稱設備完全按照設計參數生產不存在任何問題。

2.2.3 皮托管測風量解決方案

為盡早將此問題徹底解決，不影響項目的驗收交付時間，因此決定采用皮托管測風量的方式對空調機組出風口送風量進行測試。皮托管測量風量的要點如下：

皮托管測風量首先需正確選擇測量點截面位置，風量測量孔截面位置應選擇在氣流比較穩定，氣體流速比較均勻的直管段上，一般沿著氣流方向選在產生局部阻力如彎頭、三通及變徑管件之后4～5 倍風管長邊管徑，和產生局部阻力管件之前1.5～2 倍風管長邊管徑的風管直管段上。如圖1所示。

圖1 風量測量位置示意圖

在實際工程中如果現場風管直管段無法滿足以上要求，則風量測量孔應選在風管段為直管段上且測量孔距上游局部阻力管件距離為距下游局部阻力管件距離1.5～2 倍位置。風管測量孔數量以及測量點數量的確定需滿足如下要求：

圓形風管測量孔應選在圓形截面的兩個相互垂直的直徑端部的位置，圓形風管直徑小于等于1250mm 時，應設置兩個測量孔，可在兩個互相垂直直徑任一端管壁上設測量孔；圓形風管直徑大于1250mm 時，應設置四個測量孔，即在兩個相互垂直直徑兩端管壁設四個測量孔。圓形截面上的測量點可根據直徑大小將截面直徑分為n 等份（n 取值3～6）。每個圓環上設4 個測點，四個測量點必須位于兩個相互垂直的直徑上。

矩形風管測量孔設在風管高度的側面，風管寬度小于1250mm 時，在風管高度一側設測量孔；風管寬度大于1250mm 小于2500 時，在風管高度兩側設測量孔；每側測量位置以及測量點數量根據矩形風管尺寸確定，測量孔點數量及測點越多，測量結果越精確。

采用畢托管測風量是采用如下公式計算風量：

L=3600×A×（2Pdp/ρ）?

式中，L為風量（m3/h）；A為測量截面面積（m2）；Pdp為平均動壓值（Pa）；ρ為空氣的容重，在20℃條件下取1.2kg/m3。

測量截面在氣流比較均勻穩定的直管上，各測點動壓值算術平均值即為風管平均動壓Pdp。

Pdp=（Pd1+Pd2+Pd3+Pd4…+Pdn）/n

通過以上方法核算出AHU322A 空調機組送風量數值，通過核算最終確定由于空調機組設備原因導致送風量偏小。經與空調廠家再次溝通，廠家確認由于設備原因導致此情況，統一安排人員至現場更換電機，最終空調機組風量偏小問題得以順利解決。

2.3 空調系統加濕量不足問題

2.3.1 潔凈室濕度重要性

潔凈室環境對暖通凈化系統溫濕度有嚴格要求，普通潔凈室濕度正常要求為40%～60%，在此濕度范圍可以有效抑制細菌生長。對于生物醫藥潔凈室而言相對濕度如無法控制，則無法通過GMP 驗證，將嚴重影響廠房的投入使用以及產品質量。

2.3.2 空調加濕量核算

福建基諾厚普項目空調系統在調試過程中出現AHU531 空調系統相關房間濕度冬季白天最高維持在40%，低于設計濕度所要求的50%要求，空調機組加濕量不足的情況。出現此種情況后首先對設計加濕量進行校核。

從圖2 可知狀態點I 至狀態點J 為空調加濕的過程，G為回風狀態點，H 為回風與新風混合狀態點，K 為空調送風狀態點，通過查焓濕圖以及混合狀態點空氣參數的計算方式得出各空調功能段空氣狀態點具體參數如表1所示。

圖2 空調機組運行示意圖

表1 空調狀態點參數表

加濕量計算公式如下：

M=G×ρ×△AH×K

式中，M為加濕器量（kg）；G為風量（m3/h）；ρ為空氣的容重，在20℃條件下取1.2kg/m3；△AH：空調加濕器前后兩個狀態點絕對含濕量差值（g/kg）；K為加濕器加濕量調整系數，取值1.1～1.2。

通過以上公式可以計算出加濕器加濕量：

M=3000×1.2×（0.0082-0.0041）×1.2=17.7kg/h

通過以上方法核算，空調機組AHU531 加濕量參數完全滿足濕度要求從而排除空調機組加濕量設計不足問題。

2.3.3 空調加濕量不足問題解決方案

排除加濕量設計偏小問題后，對空調系統安裝及調試過程進行重新檢查。經檢查發現此組合式空調機組吊裝于房間吊頂內，吊頂空間狹小，夾層風管及相關管道眾多，空調箱上原回風口由于空間受限，無法接回風管道，因此將空調回風管道接至空調新風管道上，空調新風閥門與回風總閥在壓差調試過程中全部調整為全開狀態。考慮新風管主管尺寸大于回風管尺寸，因此，考慮此空調新風量可能大于設計風量。通過對空調箱新風口風速測量，計算出空調新風量比設計新風量大。因此通過調整新風回風閥門開度，將空調機組新風量減少約1/3 后房間濕度上升至設計值，系統運行正常[2]。

2.4 房間溫度過低問題

2.4.1 項目基本信息介紹

凈化空調系統溫度對工藝生產以及生產人員舒適性存在很大影響，在空調系統調試過程中房間溫度過高、溫度過低也是非常常見問題。上海賽增醫療科技有限公司研發中心項目為長春金賽藥業在上海新建研發中心總部項目，項目裝修面積1500m2，施工范圍包括潔凈室以及普通裝修兩部分。

2.4.2 空調盤管制冷量核算

此項目空調AHU301 在滿負荷運行情況下，出現冬季實驗室溫度偏低情況，房間溫度始終維持在19℃以下。為解決此問題，首先對機組冷熱源運行情況、自控系統以及風閥、過濾器等安裝情況進行檢查，通過檢查均未發現異常，因此考慮對空調機組設計參數進行檢查。通過計算空調機組送風量以及空調機組出風口與室內狀態點的焓差，根據空調負荷計算公式：

Q=G×ρ× △I

計算出此臺空調機組盤管制冷量為23kW，現場核對空調機組銘牌上空調盤管制制冷量為19kW，因此得出房間溫度偏低是空調機組熱量計算偏小所引起。

2.4.3 房間溫度過低問題解決方案

將現場檢查情況反饋于設計師，設計師重新對空調參數進行計算，最終確認此問題。隨即組織設計師與設備廠家針對設備加熱功率不足問題召開專題會議，討論處理方案。由于更換空調機組加熱盤管費用及貨期較長，經各方討論決議，解決處理方案為在空調機組內新風口位置增加電加熱及電氣控制配件，新增電加熱功率為6kW，最終房間溫度過低問題得以解決。

3 空調水系統問題與處理方案

3.1 空調水系統介紹

空調水系統作用主要為空調末端設備提供冷熱源，將空調主機冷熱源通過水系統管道輸送至空調末端設備，再將空調末端設備熱量通過水系統管道輸送回空調主機，從而實現對室內環境的溫度控制。空調水系統由兩部分組成，包括冷凍水系統和冷卻水系統。

3.1.1 冷凍水系統組成及原理

冷凍水系統主要包括冷凍水管道、機組蒸發器、空調末端設備。低溫冷凍水從熱泵機組蒸發器流出，通過冷凍水泵輸送進冷凍水管道內，通過冷凍水流動將冷量帶入室內，從而降低房間溫度，最后將熱量帶回到空調主機蒸發器。

3.1.2 冷卻水系統組成及原理

冷卻水系統部分包括冷卻水管道、冷卻水泵、冷卻水塔及空調冷凝器等組成。冷凍水系統通過水系統帶走室內大量的熱量，帶回空調主機。此熱量通過熱泵主機換熱器傳給冷卻水系統，因此冷卻水溫度升高。冷卻水泵通過冷卻水管網將升溫后的冷卻水輸送進冷卻水塔，冷卻塔與室外大氣進行熱交換，從而實現降低冷卻水管網水溫效果。

3.2 空調水系統水容量不足問題與解決方案

3.2.1 項目基本信息介紹

和元生物技術（上海）股份有限公司是一家聚焦基因治療領域的生物科技上市公司。基因治療藥物開發實驗室建設項目裝修工程為和元生物新建GMP 實驗室項目，裝修面積1600m2共4 層，全部為潔凈室裝修，潔凈等級C 級。此項目共有四管制風量熱泵機組9 臺，組合式空調機組為8 臺，冷熱水系統水泵共計6 臺。

3.2.2 水容量不足問題原因分析

此項目空調水系統調試過程中出現風冷熱泵主機在末端空調內機一半以上關機情況下，風冷熱泵主機經常出現出水溫度低報警情況，影響空調系統正常運行。經現場檢查發現在所有末端空調內機開啟的情況下，風冷熱泵主機10～15min 啟停一次，啟停較為頻繁，根據經驗此種情況可能與空調水系統水容量不足有關。

3.2.3 空調水系統水容量核算

空調系統水容量大小直接影響主機制熱時間即主機啟停時間的長短，因此對空調機組的水容量進行核算。根據熱量公式：

Q=C×M×△T

可以得出在水系統升溫5℃情況下，水流量L（m3/h）=Q（kW）×0.172，因此1kW 熱量可以將0.172m3水一個小時內升溫5℃。

由于關于空調系統水容量計算目前暫并無準確的計算規則，需結合空調主機設備性能以及設計要求決定。水容量并不是越大越好，空調水系統水容量越大空調主機啟停間隔越長，空調主機啟動對水系統升溫處理的時間。為避免空調外機頻繁啟停，筆者結合理論計算、相關經驗及空調設備廠家技術人員提供意見，得出可按照空調主機1kW 冷量對應15～25L 水經驗值考慮冷凍水系統水容量。

3.2.4 空調水系統水容量不足問題解決方案

根據計算空調冷凍水系統實際所需水容量約4.2m3，但原水系統設計水容量僅為2.8m3，因此確定原水系統水容量偏小。后經與設計院溝通確認，原水系統增加一臺1.5m3儲能水箱，最終水系統運行正常。

3.3 水流不足問題原因分析

空調水系統在運行過程中，水流不足報警也是水系統常見問題，水流不足報警將導致主機無法正常啟動，對房間溫濕度控制造成嚴重影響。引起水流不足的報警原因很多，本處主要闡述常見幾種典型原因：

①水流開關自身問題，如觸頭螺絲的過緊以及水流開關插入管道內彈片的長度過長等。

②主機、水泵及空調末端過濾器堵塞問題。

③管道內空氣未排盡，特別管道系統最高點位置務必設置排氣閥。

④主管壓差旁通閥開度問題。

具體問題需根據現場實際情況進行具體分析，只有找到問題本質，才能采取針對性處理方案[3]。

4 結論與建議

運行正常的凈化暖通系統可以為精密儀器設備制造提供恒溫恒濕系統環境，可以滿足生物醫藥等對高潔凈度、低細菌濃度的要求，對潔凈室正常使用至關重要。凈化暖通系統組成復雜，在施工及運行調試過程中會出現各類問題，只有對暖通系統原理充分了解且具有一定的現場管理經驗才能快速有效地處理問題。論文主要對暖通系統常見問題進行簡單分析與總結，供大家在處理暖通系統調試運行過程出現問題時提供解決思路，并作為參考。同時暖通技術方面新的技術、新的設備材料、新的工藝推陳出新，我們每一個暖通人員只有在工作中不斷學習并總結經驗，才能適應凈化暖通系統對專業技術能力越來越高要求，為祖國暖通技術發展貢獻自己的力量[4]。