生物(wù)洁净室洁净空调系统设计

摘要：本文(wén)结合具體(tǐ)工程实例，阐述了生物(wù)洁净室洁净空调设计基本理(lǐ)念与方法，着重总结了设计计算的方法和其中一些经验数据的选取，并结合实例图纸分(fēn)析了系统风管管路与机组平面布置的方法。本文(wén)采用(yòng)的工程案例是具有(yǒu)代表性的集中式单风机洁净空调系统。

关键字：洁净空调  集中式单风机系统  计算方法

0 引言

随着科(kē)學(xué)技术的发展，医疗水平和人民(mín)生活质量的提高，人们对药品生产环境的要求越来越高，所以在设计洁净厂房的空调系统时，应严格遵守國(guó)家统一的标准、规范，以防止在生产过程中因不洁微粒和微生物(wù)而引起药品污染、交叉污染。目前已有(yǒu)的相关规范，除了已在世界各國(guó)制药企业中得到广泛推广的《药品生产质量管理(lǐ)规范》（又(yòu)称GMP），还有(yǒu)我國(guó)的《洁净厂房设计规范》（GB50073-2001） 和國(guó)家医药管理(lǐ)局1997 年1 月颁布实施的《医药工业洁净厂房设计规范》

空气净化一方面是送入洁净空气对室内污染空气进行稀释，另一方面是迅速排出室内浓度高的污染空气。為(wèi)保证生产环境或其他(tā)用(yòng)途的洁净室所要求的空气洁净度，需要采取控制污染源，减少污染发生量，阻止室外的污染物(wù)侵入室内等多(duō)方面的综合措施才能(néng)达到目标[1]。

本文(wén)将结合武汉某制药厂房的洁净空调设计，总结洁净室空调系统的设计方法，并对设计计算中经验数据的选取进行总结和分(fēn)析。

1 工程概况

本工程制药厂房总建筑面积6750 m2，洁净空调區(qū)域面积1710 m²。本工程洁净空调系统采用(yòng)集中式单风机系统，一层車(chē)间洁净等级為(wèi)100000 级，二层車(chē)间洁净等级為(wèi)300000 级。

2 生产車(chē)间净化空调系统的设计

洁净厂房要求空调系统能(néng)控制各等级生产車(chē)间及辅助用(yòng)房的室内温度、湿度、洁净度、细菌与有(yǒu)害气體(tǐ)浓度、气流分(fēn)布，保证室内人员所需新(xīn)风量，维持室内合理(lǐ)的气流流向和各房间合理(lǐ)、有(yǒu)序的压力梯度^[2]。

2.1 洁净空调设计计算步骤

洁净室对于室内环境的要求比一般房间要高，所以洁净空调系统的设计计算是整个设计中极其重要的一个环节，设计计算一般步骤如下^[1]：

①根据工艺要求确定洁净室的洁净度等级，选择气流流型，并且决定采用(yòng)全室空气净化还是局部空气净化。

②计算新(xīn)风量。取下列两项中的大者：

a.补偿室内排风量和保持室内正压值所需新(xīn)鲜空气量之和。

b.保证供给室内的新(xīn)鲜空气量≥40 m³/(h·人)。

③计算洁净室的冷、热负荷。

④计算送风量。取下列三项中的最大值：

a.為(wèi)保证空气洁净度等级的送风量。

b.根据热、湿负荷计算确定的送风量。

c.向洁净室内供给的新(xīn)风量。

⑤根据送风量、冷热负荷和选择的气流组织形式，计算气流组织各参数。

⑥选择空气处理(lǐ)器。

⑦校核洁净室内的微粒浓度和细菌浓度。

2.2 室内设计参数的选取

本工程中一层厂房洁净度等级為(wèi)100000 级，二层厂房為(wèi)300000 级，采用(yòng)非单向流全室空气净化。一般洁净室内的温湿度要求為(wèi)：生产工艺对温度、湿度无特殊要求时，以穿着洁净工作服不产生不舒服感為(wèi)宜^[3]。本工程洁净厂房室内设计温度取冬季21℃，夏季26℃，室内湿度50%～65%。

2.3 冷、热负荷计算

洁净室空调负荷包括夏季的空调冷负荷和冬季的空调热负荷，冷、热负荷的计算与一般空调相同，但洁净空调的冷负荷又(yòu)有(yǒu)其特殊性，一般情况下洁净室处于建筑的内區(qū)，所以围护结构引起的冷负荷可(kě)按稳定传热计算^[4]。另外，对于洁净空调系统，负荷还应包括新(xīn)风负荷和二次加热负荷。本工程经负荷计算后得一层总冷负荷為(wèi)161 kW，总热负荷為(wèi)91 kW，二层总冷负荷為(wèi)203 kW，总热负荷為(wèi)167 kW。

2.4 风量计算

洁净空调系统的风量计算是设计计算中最重要的环节之一，但在设计中一直存在着如何选取经验数据的难题。这些数值的选取是否合理(lǐ)直接影响设计结果，所以应结合工程实际情况进行合理(lǐ)分(fēn)析后选取适宜的参数，使计算结果处于相关规范和手册中所规定的范围之内。本工程的风量汇总如表1。

2.4.1 满足洁净室卫生标准的新(xīn)风量计算

计算满足洁净室卫生标准的新(xīn)风量要分(fēn)两种情况，一是保证供给室内的新(xīn)风量不小(xiǎo)于40 m³/(h·人)[2]；二是保证室内新(xīn)风量可(kě)以将室内的污染物(wù)稀释到卫生标准以下。比较两种情况下计算所得新(xīn)风量，取其中大者為(wèi)房间新(xīn)风量。空调系统的新(xīn)风量约占总风量的10%~30%，因洁净空调系统新(xīn)风要求较高，所以新(xīn)风量允许比总风量的30%略大一些。

本工程中一层新(xīn)风量為(wèi)6700 m³/h，新(xīn)风比0.27，二层新(xīn)风量為(wèi)12767 m³/h，新(xīn)风比0.31。

2.4.2 送风量计算

在实际洁净空调工程设计中的送风量计算一般均采用(yòng)经验换气次数进行计算，不同级别非单向流洁净室的经验换气次数，可(kě)根据房间的不同用(yòng)途参照《洁净厂房设计规范》和《医药洁净厂房设计规范》进行选取。在本工程中，由于厂房内人员密度很(hěn)小(xiǎo)，洁净等级為(wèi)100000 级的一层洁净區(qū)域换气次数取15 次/h，二层洁净等级為(wèi)300000 级，换气次数取13 次/h，经计算一层总送风量為(wèi)25124 m³/h，二层為(wèi)41493 m³/h。

2.4.3 回风量、排风量与排烟风量的计算

在洁净空调系统的运行过程中，洁净室内会形成进风量与出风量的基本平衡，即满足卫生标准的新(xīn)风量与回风量之和等于回风量与排风量之和。而為(wèi)保持房间正压，进风量与出风量应存在一个压差风量，所以总送风量应為(wèi)满足卫生标准的新(xīn)风量、回风量与压差风量之和。在送风过程中，压差风量算入新(xīn)风量中送入室内。则通过风量之间的平衡关系就可(kě)算得回风量与排风量：回风量= 送风量- 满足卫生标准的新(xīn)风量-压差风量；排风量= 满足卫生标准的新(xīn)风量。按要求本工程二层中心十字走廊做防排烟通风，排烟风量按每平米60m3/h 计算。计算结果见表1。

2.5 静压差

為(wèi)了避免外界污染空气的渗入或不同洁净室（區(qū)）不同物(wù)质的相互影响，工业洁净室和一般生物(wù)洁净室采用(yòng)正压措施，只允许室内洁净空气往外漏，而避免室外空气往里渗，即防止室外或邻室的空气携带污染物(wù)质通过门窗或其他(tā)缝隙、孔洞侵入造成污染。

洁净室与周围的空间必须维持一定的压差，并应该按生产工艺要求决定维持正压差或负压差[1]。不同等级的洁净室以及洁净區(qū)之间的压差应不小(xiǎo)于5 Pa，洁净區(qū)与室外的压差应不小(xiǎo)于10 Pa。根据各洁净室功能(néng)用(yòng)途和污染物(wù)数量种类等因素设计房间压差阶梯顺序，按生产或灌装用(yòng)房且污染物(wù)较少的房间到污染物(wù)较多(duō)的走廊、更鞋室的顺序，房间压差由高至低。根据工程设计经验设计本工程房间压力和各房间之间的压差，使房间压力按照用(yòng)途呈一个压力梯度。

國(guó)内外洁净室压差风量的确定，多(duō)数是采用(yòng)房间换气次数计算的，当洁净室的压差值為(wèi)5 Pa 时，压差风量相应的换气次数為(wèi)1~2 次/h；当压差值為(wèi)10 Pa时，相应的换气次数為(wèi)2~4 次/h[2]。因為(wèi)洁净室压差风量的大小(xiǎo)是与洁净室围护结构的气密性及维持的压差值相关，所以在选取换气次数时，对于气密性差的房间可(kě)以取上限，气密性好的房间可(kě)以取下限。

2.6 气流组织设计

气流组织的合理(lǐ)设计是體(tǐ)现洁净室功能(néng)的关键。合理(lǐ)的气流组织，即通过送风口与回风口位置、大小(xiǎo)、形式的精心设计，使室内气流沿一定方向流动，防止死角及造成二次污染[2]。

本工程气流组织采用(yòng)非单向流，顶送风对角回风的形式，设回风柱与排风柱进行回排风。

在做好负荷、风量和气流组织的计算，并根据冷量风量选取空调机组后，接下来的工作是布置风口，而每间房间布置几个送风口、风口间距多(duō)少，不应简单地按经验确定，而应该做风口的空气射流计算，自由射流计算公式如式（1）[5]。

式中：R 為(wèi)空气射流到工作断面的断面半径，m；r0 為(wèi)风口当量半径， ；a 為(wèi)湍流系数，由喷嘴类

型决定；s 為(wèi)风口至工作断面距离。

洁净室工作断面平均风速v1 取值0.3~0.5 m/s，高效过滤器风口风速v0 一般取2~3 m/s[2]，尽管喷嘴的湍流系数一般无法确定，但可(kě)以由断面平均风速公式（2）

算得的大小(xiǎo)，则进而得到R 与r0 的关系，这样选定

风口尺寸就可(kě)以定下R 值，于是就确定了送风口间距

从而得知房间内布置几个风口。也可(kě)以定r0 而得R，只要使两个数值都比较合理(lǐ)即可(kě)。

3 风管与机房的布置

3.1 空调机房布置与送风管布置

在洁净空调设计的计算部分(fēn)做好以后，需要确定机房位置并对洁净空调區(qū)域划分(fēn)系统，如本工程送风系统一负担一层洁净區(qū)，送风系统二和送风系统三分(fēn)别负担二层左半區(qū)与右半區(qū)，每个系统一台组合式净化空调机组。空调机房设置在一层，系统二和系统三送风干管通过机房上方风井至二层為(wèi)空调區(qū)域送风。图1 為(wèi)二层送风管道平面图，以二层送风管布置為(wèi)例，送风管道的布置要遵循管路简洁、送风均匀、管径合理(lǐ)的原则，其中管径的确定要通过水力计算来确定。

3.2 回、排风与防排烟风管布置

靠墙设置回风柱与排风柱进行回排风。回风同送风系统的划分(fēn)一样，分(fēn)為(wèi)三个系统，回风系统二、三的回风干管通过机房上方的风井把回风送入机组。排风共七个系统，分(fēn)别设置七个排风机对附近房间进行排风。另外，只对二层洁净走廊设置一个防排烟系统。如图2 為(wèi)二层回排风与防排烟风管平面图。

4 结语

洁净室对室内环境的要求较高，所以洁净空调系统的风量、负荷与一般空调系统相比都要较大，风压也要比一般空调系统高出400 Pa 以上，因此在设计中不能(néng)套用(yòng)一般空调系统的计算方法，而应该合理(lǐ)选择参数，使用(yòng)洁净空调系统的设计方法去做计算，避免计算误差过大造成能(néng)源的浪费或者无法满足室内的洁净要求。

在设计中需要着重注意的问题有(yǒu)：

1）应根据规范手册，结合洁净室实际情况选取洁净室相关参数和技术指标，為(wèi)后面的计算打好基础。

2）应注意负荷计算和风量计算中与一般空调系统设计的不同之处，避免造成过大误差。风量的平衡关系要明确，正确计算压差风量，保证房间正压。

3）合理(lǐ)计算气流组织。

4）机房布置和风管布置要结合实际情况布置，管路尽量简洁避免风管打架现象出现。

参考文(wén)献

[1] 王海桥, 李锐. 空气洁净技术[M]. 北京: 中國(guó)建筑工业出版社,2006

[2] 中华人民(mín)共和國(guó)建设部. 洁净厂房设计规范(GB50073-2001)[S]. 北京: 中國(guó)建筑工业出版社, 2001

[3] 中华人民(mín)共和國(guó)药品监督管理(lǐ)局. 药品生产质量管理(lǐ)规范[S].北京: 中华人民(mín)共和國(guó)药品监督管理(lǐ)局, 1999

[4] 中國(guó)医药工程设计协会. 医药工业洁净厂房设计规范[S]. 北京: 中國(guó)计划出版社, 2009

[5] 龙天渝, 蔡增基. 流體(tǐ)力學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)建筑工业出版社,2004

[6] 陆亚俊. 暖通空调[M]. 北京: 中國(guó)建筑工业出版社, 2002

[7] 陆耀庆. 采暖通风设计手册[M]. 北京: 中國(guó)建筑工业出版社,1987