潔凈室通風設計分析

張 愛 國

(中國核電工程有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450000)

1 工程背景

某單位化學實驗室為二層建筑，二層部分房間為潔凈室，已經使用了15年，原設計為7級潔凈實驗室，部分空調設備、實驗儀器均老化，需要根據目前最新單位需求，拆除原有潔凈室所有舊部，重新進行改造。改造后為空氣潔凈度7級(局部5級)潔凈實驗室，改造房間見圖1。

2 潔凈室改造設計

2.1 圍護結構改造

根據潔凈室的設計規范要求，為了保證潔凈室內的空間的潔凈度，潔凈室的圍護結構做了重新設計。原實驗樓的圍護結構為框架結構，墻體為加氣混凝土磚，窗戶為雙層中空玻璃。本次改造不改變原有外圍護結構和外窗戶，主要對建筑內部裝修和內墻體進行改造、增加部分門窗、頂棚和地面。

2.2 潔凈室內環境要求

1)潔凈度要求：

潔凈房間:空氣潔凈度5級;

層流罩：空氣潔凈度5級。

2)房間的壓差順序為：

房間1>房間2>房間3>走廊。

3)人員的新風量：為保證潔凈區的正壓并根據室內人員的新風量，按照總循環風量的約10%(可調)設計新風并配初效過濾器。

新風量滿足以下要求：

1)潔凈室內每人每小時的新鮮空氣量不小于40 m3。

2)補償室內排風量+保持室內正壓所需的新鮮空氣量。

2.3 空調系統選擇

根據潔凈室內的環境要求，初步選擇兩種設計方案備選：

第一種方案：每個潔凈室安裝吊頂式風冷恒溫恒濕空調器和帶中效過濾器風機箱，氣流組織采用頂送風側下回風方式。即：室內污染空氣自側下回風口，利用回風管道與新風混合(均經初效過濾器)再經風管式冷暖空調處理回到吊頂里的帶中效過濾器風機箱。然后經過吊頂上的高效過濾器送風口，將潔凈空氣送到潔凈室進行循環，見圖2。風冷恒溫恒濕空調器室外機置于地面或者掛于外墻。共需4套設備完成。

第二種方案：整個潔凈室使用1臺風冷組合式空調機組，采用頂送風側下回風方式。潔凈區空氣經過初、中、高效過濾后送入室內；污染空氣自彩鋼壁板側下回風口，回風在空調混合段與新風混合(均經初效過濾器)進行循環，以溫濕度達到舒適性要求，冷熱量由機組控制柜控制。風冷組合式空調機組設于室外地面或者屋面，通過風管連接到潔凈室。

兩種空調系統方案的對比分析：

第一種方案:空調都布置在房間頂板上面，布置緊湊，僅有冷媒管通出外墻，而且每個房間都設有控制開關，方便獨立控制。空調設備在頂板以下，彩鋼板以上，運行會有些許噪聲傳到室內。而且自動控制設備需要多套，室外還需要有一定的空間放置空調設備。

第二種方案:空調都布置在室外，僅有風管通出外墻，所有房間一起控制溫、濕度。僅有風管在頂板以下，彩鋼板以上，無運行噪聲。僅需1套自動控制設備就行。但是需要風管、支架較多，而且風管在室外需要做好保溫處理。室外也需要有一定的空間放置空調設備。

潔凈室的實際需求和實際空間：

所有的潔凈室都同時使用，而且房間對噪聲的要求并不高。根據甲方要求，室外的外墻不能掛空調室外機，影響整個建筑的外觀，地面也沒有空間放置空調設備。不過在本棟樓緊臨有一二層建筑屋面可以放置空調設備。

綜合以上方案和實際需求，第二種空調方案較優，因此選擇第二種方案。

3 潔凈室空調的設備選擇

3.1 熱濕負荷計算分析

潔凈室的冷熱負荷主要來自于外圍護結構的墻體、屋面、地面、外窗(本潔凈室無外門)以及室內的用電設備、照明設備和人體的熱濕負荷。通過負荷分析軟件計算出冷熱負荷。經計算總冷負荷為52.5 kW，總熱負荷為39.2 kW，最大加濕量為21.5 kg/h。

空調系統采用二次回風設計，空氣處理過程的焓濕圖如圖3，圖4所示。

3.2 組合式空調機組的配置

根據第二種方案，計算后，選擇風冷組合式空調機組，風量14 000 m3/h，余壓700 Pa制冷量：60 kW,電加熱量：51 kW,加濕量:26 kg/h，總輸入功率115 kW/380 V。組合式空調機置于本棟樓緊臨二層建筑屋面，屋面用彩鋼板做一板房，用于放置空調及控制設備。通過送回風管與潔凈室相連。組合式空調機組布置圖見圖5。空調系統流程圖見圖6。

4 潔凈區域的氣流組織

潔凈室的氣流流型主要分為三類：單向流、非單向流和混合流。為了降低工程造價，減少能量消耗，本工程的氣流采用單向流和非單向流混合的混合流形式。送、回風口的口部風速控制在0.3 m/s～0.5 m/s之間，考慮到后期由于高效過濾器使用一段時間后阻力增加。風速一般選擇在0.45 m/s左右。在保證室內新鮮空氣量和潔凈區域一定正壓的前提下，為了節約能源，盡量利用回風。

5 自動控制

5.1 正壓控制

在保證不受外界環境影響下，潔凈室內必須保持正壓狀態，潔凈室和室外以及潔凈室之間的正壓控制是保證室外以及潔凈級別低的空氣不進入潔凈室的關鍵因素，否則，會導致潔凈室的含塵量加重，由于氣流的擾動，導致很難實現潔凈室內的潔凈度。壓差大小選擇應適當，如果壓差過小，潔凈室的壓差很容易被破壞，進而影響潔凈室的潔凈度，如果壓差過大，空調凈化系統的新風量就會增大，導致空調負荷增加。

按照《潔凈廠房設計規范》要求，潔凈區與走廊的正壓值控制在10 Pa以內，但不小于5 Pa。壓差不宜過大，否則會導致門的開啟困難和空調能耗的增加。本潔凈室的正壓控制由以下來完成：

1)空調凈化系統的送風量和回風及新風量之間的差值。

通過室內外壓差傳感器來調節新風閥門的開度來控制送入的新風量，同時，為了維持風量的恒定不變，就要調節回風閥門的開度來控制回風量。當壓差低于設定值時，增加新風量，減少回風量，相反，當高于設定值時，減少新風量，增加回風量。

2)潔凈房間和房間外之間的余壓閥。

余壓閥設于潔凈室外墻，位于潔凈氣流的下風側，當房間的壓差過大時，余壓閥自動開啟，調節壓差。

5.2 空調系統控制

潔凈區的空調系統自帶配電控制柜，新風、送風和回風進行連鎖控制，室內設有控制面板，安裝于方便操作處，控制由設備集成。操作人員只要在室內控制面板就能啟停和調節室內溫、濕度。

6 末端空氣過濾設備的選擇

末端空氣過濾設備是凈化空調系統的重要組成部分，是凈化空調系統的終端和凈化設備的核心。末端空氣過濾設備分為超低穿透率空氣過濾器和高效過濾器兩種，本潔凈室采用的為高效過濾器，在送風口部和回風口部均設置高效過濾器裝置。

7 結語

潔凈室對室內的溫濕度和新風都有較高的要求，要滿足室內環境的要求，需要一個合理的設計方案，保證氣流從潔凈區流向非潔凈區，維持潔凈區有序的梯度壓力分布不變；一套高效節能可靠的空調設備，合理配置新風、回風和送風，以及高效過濾器；一套有效可行的控制系統，控制好末端閥門、溫濕度探測器以及風機、加濕加熱等設備，才能真正有效的控制潔凈區域的潔凈度。本工程已經投入使用2年以上，運行狀態良好。

參考文獻：

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