潔凈室設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)分析..docx

1、潔凈室設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)分析中國建筑科學(xué)研究院空調(diào)所劉華 王清勤提要 : 本文簡單地分析了高效空氣過濾器流量 阻力特性，并用實(shí)例闡述了作者對(duì)高效空氣過濾器選型中的一些經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)對(duì)潔凈室系統(tǒng)送風(fēng)量的計(jì)算提出了自己的經(jīng)驗(yàn)算法。作者觀點(diǎn)僅供參考。關(guān)鍵詞 : 潔凈室、高效過濾器、送風(fēng)量Several Analysis In Cleanroom DesignABSTRACT This articlesimply analyses flux-resistance character of HEPA filter, and discusses some experience of HEPA filter choi

2、ce through existing example. At the same time it puts forward experiential arithmetic about air supply volume in a cleanroom system. Keep author opinion only for reference.KEYWORDClean room 、HEPA filter 、 Air supply volume1 引言：潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范GB50073 2001 中指出“空氣過濾器的處理風(fēng)量應(yīng)小于或等于額定風(fēng)量。設(shè)置在同一潔凈區(qū)內(nèi)的高效（亞高效、超高效）空氣過濾器的

3、阻力、效率宜接近”。并同時(shí)指出“潔凈室的送風(fēng)量，應(yīng)取下列三項(xiàng)中的最大值：1.1 為保證空氣潔凈度等級(jí)的送風(fēng)量。 1.2根據(jù)熱、濕負(fù)荷計(jì)算確定的送風(fēng)量。1.3 向潔凈室內(nèi)供給的新鮮空氣量。”由此可見，在空調(diào)系統(tǒng)中過濾器的選擇和送風(fēng)量（換氣次數(shù)）的計(jì)算具有重要意義。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，過濾器的選擇一般都要考慮到過濾器的投資和使用壽命的問題，設(shè)計(jì)人員選擇過濾器的實(shí)際風(fēng)量均小于它本身的額定風(fēng)量，具體方法是按照某一過濾器額定風(fēng)量比例（如 60%）來選擇某一型號(hào)的過濾器，認(rèn)為只要是小于額定風(fēng)量，它們之間的阻力不平衡可以通過安裝調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)，因此未能校核過濾器的阻力，從而未能使同一潔凈區(qū)內(nèi)的高效空氣過濾器的

4、阻力達(dá)到接近，給風(fēng)量調(diào)節(jié)帶來麻煩，并且對(duì)過濾器的使用壽命造成影響。而一般情況下認(rèn)為潔凈室的等級(jí)換氣次數(shù)均大于熱、濕負(fù)荷計(jì)算來確定的送風(fēng)量（普通空調(diào)露點(diǎn)送風(fēng)換氣次數(shù)為810 次 /h ），潔凈室送風(fēng)量的選擇一般是按照潔凈度的級(jí)別，根據(jù)潔凈室保證不同級(jí)別選用不同的換氣次數(shù)，而不校核熱、 濕負(fù)荷計(jì)算來確定的送風(fēng)量，這樣的計(jì)算存在的問題在于，一個(gè)凈化空調(diào)系統(tǒng)只能有一個(gè)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，當(dāng)不同級(jí)別潔凈室（如萬級(jí)和十萬級(jí)甚至千級(jí)潔凈室在一個(gè)系統(tǒng)時(shí)）或室內(nèi)負(fù)荷相差較大的房間在一個(gè)系統(tǒng)（如更衣間和主要的操作間之間的房間冷負(fù)荷相差幾倍甚至十幾倍）時(shí)，無法確定一個(gè)正確的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，造成有的房間冷，而有的房間熱。2 高效

5、過濾器的選擇計(jì)算：由于潔凈室的特性不同，高效過濾器的選擇首先要按照潔凈室的級(jí)別、無菌程度、溫濕度、耐火程度、防腐等不同要求來確定。如100 級(jí)以下選擇A 類或 B 類， 100 級(jí)以上則需要選擇C類過濾器；高溫高濕條件下宜選用金屬分隔板和金屬框架的過濾器；有防腐要求的宜選用塑料分隔板和塑料框架的過濾器； 有防火要求的， 過濾器所有材料應(yīng)為不燃性等等。 本文不考慮這些問題，僅僅考慮影響常規(guī)高效過濾器（以過濾 0.5 m為主）的選擇中風(fēng)量和阻力問題。實(shí)踐中常規(guī)過濾器就是指高效空氣過濾器標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的A 類和 B 類，它們是潔凈廠房設(shè)計(jì)中最常用的高效過濾器，一般低于或等于10 萬級(jí)可以選A 類； 1

6、萬 100 級(jí)可以選B 類。凡是常規(guī)高效過濾器，對(duì)于0.5 m微粒的效率可按照5 個(gè)“ 9”即 0.9999 計(jì)算。首先要明確一下高效過濾器通過的風(fēng)量與其阻力的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)證明高效過濾器的阻力與流量是非直線關(guān)系， 但在一般比額定風(fēng)量大得不多時(shí)，阻力和通過風(fēng)量的關(guān)系如近似看成直線關(guān)系， 誤差也不大。 表 1 是北京同創(chuàng)過濾器廠生產(chǎn)的高效過濾器規(guī)格表，圖 1 是該廠生產(chǎn)的高效過濾器阻力特性曲線,由圖 1 可以看出不同特征尺寸的過濾器其阻力的特性曲線是不同的，我們可以根據(jù)所選的過濾器的型號(hào)查它的相應(yīng)阻力特性曲線得到它的阻力,為了方便選擇我們把圖 1 中的曲線處理一下， 用每一個(gè)型號(hào)的曲線的橫坐標(biāo)風(fēng)量去

7、除以高效過濾器的特征尺寸（即高效過濾器的體積V=H × W × D），然后重新進(jìn)行擬和成圖2 中的曲線，從圖中可以看出兩條曲線有重合的趨勢(shì)，只要特征尺寸選擇得當(dāng) （可以考慮一下不同型號(hào)過濾器結(jié)構(gòu)阻力， 因?yàn)檫^濾器的真正過濾面積要小于過濾器的截面積，存在一個(gè)有效面積比，而且小型號(hào)的過濾器有效面積比較大，而大型號(hào)的小），兩條曲線將更加逼近，兩個(gè)擬和方程的相對(duì)應(yīng)系數(shù)也相差不大。而且我們所需要的是額定風(fēng)量附近的曲線（圖2 中 20000 附近的曲線，即相當(dāng)于額定風(fēng)量以下的風(fēng)量），對(duì)于我們工程選擇來講，這樣的差距是可以忽略不計(jì)的。從表 1 中也可以看出，在相同初阻力下，每種型號(hào)過濾器

8、的Q/（ H× W×D ）值也均大致相等， 即在圖 2 中有一個(gè)相同的狀態(tài)點(diǎn)。 因此我們可以得出這樣的結(jié)論：在不大于額定風(fēng)量的前提下， 常規(guī)高效空氣過濾器的阻力流量特性曲線可以用一條曲線來描述，并且成線形分布 。也就是說只要知道一種型號(hào)的過濾器的阻力流量特性曲線就可以知道其它型號(hào)的過濾器大致的特性曲線，又因?yàn)槌删€形的分布，只要知道曲線上的兩點(diǎn)便可以確定該直線（因?yàn)槲覀冎涝撝本€過坐標(biāo)原點(diǎn)，因此只要知道一點(diǎn)即可方便的確定該直線，這一點(diǎn)可以用高效過濾器額定風(fēng)量下的初阻力確定），從而給過濾器的選擇帶來很大的方便。表 1、高效過濾器規(guī)格：特征尺寸額定風(fēng)量 QQ/（H×W&

9、#215;D）初阻力型號(hào)（m3/h）H× W×D（ mm）（ h-1）（Pa）GB-01484X484X220100018182GB-02484X484B-03630X630X220150017179GB-04630X630X180120016797GB-05630X726X220150014907執(zhí)行 1993 年GB-06484X968X220200019404頒布的國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)GB-07630X945X220225017179GB-08630X1260X220300017179A 類 190GB-09610X610X150100017916B 類

10、 220GB-10610X915X150150017916GB-11610X1220X150200017916GB-12320X320X26050018780GB-13600X820X220185017092由于高效過濾器的壽命T0是按照額定風(fēng)量Q0下終阻力增加到等于初阻力的既定倍數(shù)（一般為2 倍）時(shí)所使用的時(shí)間，此時(shí)高效空氣過濾器的容塵量也達(dá)到了最大（也稱標(biāo)準(zhǔn)容塵量P0），因此也可以認(rèn)為高效過濾器的壽命T0是高效空氣過濾器的容塵量達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)容塵量P0 的時(shí)間 。當(dāng)過濾器在低風(fēng)量Q1 下運(yùn)行時(shí)，此時(shí)Q1 Q0,所以過濾器的壽命可以延長至T1，此時(shí)T1T0。 T1 和T0 的關(guān)系可以用如下的關(guān)系

11、式（1）計(jì)算：在一般條件下，對(duì)于高效過濾器系統(tǒng)在額定風(fēng)量條件下，如果一天工作12 小時(shí)， To為 3.5 年以上，具體計(jì)算方法這里就不計(jì)算了，請(qǐng)參考文獻(xiàn)。過濾器的阻力增值和積塵量的關(guān)系可以近似看成直線關(guān)系，在標(biāo)準(zhǔn)容塵量之下時(shí)或者阻力增值不超過初阻力值1 倍時(shí)，產(chǎn)生的誤差不大；如果濾速超過常規(guī)，或容塵量已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)容塵量，阻力將隨著積塵量的增加而更快地增加。而且高效空氣過濾器的積塵量P 是與過濾器的通風(fēng)量Q1 成正比的，我們可以得出如下的結(jié)論：如果空調(diào)系統(tǒng)中過濾器的設(shè)計(jì)阻力不相近，即偏差比較大，則阻力大的將導(dǎo)致其過濾風(fēng)量相對(duì)該型號(hào)過濾器額定風(fēng)量偏大，因此積塵量也相應(yīng)的加快，導(dǎo)致其阻力的增值也加快

12、，從而過濾器的壽命也將減小，而阻力小的過濾風(fēng)量相對(duì)較小，則壽命相對(duì)較長，造成一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中壽命不相同，給將來過濾器的更換帶來麻煩， 并隨著積塵量的增加會(huì)產(chǎn)生新的系統(tǒng)不平衡。同樣地而作為空調(diào)系統(tǒng)主要阻力的高效空氣過濾器（高效過濾器的初阻力至少也有100Pa，相當(dāng)于含局部阻力的普通空調(diào)風(fēng)管的100m 以上長度的阻力），選擇阻力相近，對(duì)于運(yùn)行調(diào)節(jié)并滿足風(fēng)量平衡同樣具有重要意義。 因此正如設(shè)計(jì)規(guī)范中所要求的那樣，設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置在同一潔凈區(qū)內(nèi)的高效（亞高效、超高效）空氣過濾器的阻力、效率宜接近是非常有必要的。下面具體地說明以下過濾器的選擇方法，首先要根據(jù)高效過濾器的設(shè)計(jì)使用壽命T1 來選擇，可以根據(jù)上面公式

13、（ 1），可以很方便的計(jì)算出在設(shè)計(jì)使用壽命下過濾器的設(shè)計(jì)風(fēng)量Q1。根據(jù)公式可以得到以下表格2：表 2 高效過濾器不同風(fēng)量下的壽命Q150%Q055% Q060% Q065% Q070% Q075% Q0Q0T13.5 T03.1 T02.7T02.4 T02.2 T01.9T0T0T1（年）12.310.98.18.47.76.73.5我們可以按照設(shè)計(jì)使用壽命 10 年，查表 2 選擇 55%額定風(fēng)量作為設(shè)計(jì)風(fēng)量來選擇過濾器型號(hào)，由上面的分析可以知道按照高效過濾器的額定風(fēng)量的百分比所選對(duì)應(yīng)的過濾器的阻力必定相等。 下面的主要任務(wù)變成了選擇風(fēng)量所對(duì)應(yīng)的過濾器型號(hào)。下表 3 是作者經(jīng)常使用的高效過

14、濾器不同厚度、不同額定風(fēng)量百分比下的風(fēng)量（m3/h ）。表 3 高效過濾器不同額定風(fēng)量百分比下的風(fēng)量（鐵框）特征尺寸Q1/初阻力額定風(fēng)量（H×W×D）型號(hào)Q1=55%Q0Q0（m3/h）H×W×D（Pa）（ mm）（h-1）484X484X220100055010672執(zhí)行01 型1993 年484X484X18080044010435484X484X15065035810174頒布的國484X484X1205002759783標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)320X320X22043023710498A 類320X320X18034418910265 19002 型B 類320

15、X320X15028015410026320X320X1202151189623 220630X630X220170093510708630X630X18013607481047003 型630X630X150110560810208630X630X1208504689816表 4 實(shí)際工程中的風(fēng)量計(jì)算表序名稱號(hào)1 換鞋2 洗手3 套衣4 物入實(shí)驗(yàn)5室培養(yǎng)6室種子7室面過濾器型號(hào)臺(tái)校核值 Q1/積級(jí)換氣次送風(fēng)量Q數(shù) （H×W×D）別數(shù)（h-1）（ m3/h）（H×W×D）T/T3.11015.0120.9320×320×1201983

16、9萬3.01015.0117.0320×320×12019521萬4.3萬20.0223.6320×320×220199255.2萬20.0270.4484×484×1201961911.6萬20.0603.2630×630࡯萬20.0774.8630×630×1801108458.7萬20.0452.4484×484×1801107298反應(yīng)27.0 萬40.04320.0630×630×220598959緩沖1015.0156

17、.0320×320×1501101564.0萬我們以表4 為例，該風(fēng)量計(jì)算表是實(shí)際工程中的一例，我們按照實(shí)際送風(fēng)量查表3 中55%Q0 風(fēng)量所對(duì)應(yīng)過濾器型號(hào)，該選擇過程是一個(gè)試算的過程，如果現(xiàn)有的過濾器型號(hào)在55%風(fēng)量下均能滿足所有房間的送風(fēng)量的要求，則停止試算；如果僅有少數(shù)房間不能滿足，則可以選擇比設(shè)計(jì)值大的型號(hào)中風(fēng)量最小的那一檔；如果大多數(shù)不能滿足，則需要重新選擇過濾器的壽命并重新計(jì)算所選過濾器額定風(fēng)量的百分比，如可以選擇50% Q0 或 60% Q0，繼續(xù)試算直到滿足前兩條要求。最后可以通過設(shè)計(jì)風(fēng)量除以其相應(yīng)的過濾器特征尺寸（ H× W × D），

18、看是否相近，不平衡率相差10%以內(nèi)即可認(rèn)為所選過濾器基本阻力平衡。表 4 中經(jīng)過試算和校核，不平衡率在10%以內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了便于清楚理解，特編制了圖3 流程圖以供參考。3 潔凈室送風(fēng)量的確定：對(duì)于單個(gè)空調(diào)房間， 潔凈室的等級(jí)換氣次數(shù)與熱濕負(fù)荷所確定的換氣次數(shù)進(jìn)行比較，選擇較大的換氣次數(shù)即可； 對(duì)于多個(gè)空調(diào)房間組成凈化空調(diào)系統(tǒng)，每個(gè)房間的冷熱負(fù)荷情況不一樣，導(dǎo)致每個(gè)房間在該房間等級(jí)的換氣次數(shù)下，所要求的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)也不一樣， 而作為一個(gè)凈化空調(diào)系統(tǒng) （凈化空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是經(jīng)常不同級(jí)別的潔凈室在同一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中）設(shè)計(jì)上要求必須有且僅有一個(gè)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，這時(shí)如果按滿足主要操作間溫濕度為前提，

19、選擇主要操作間的送風(fēng)溫差為系統(tǒng)送風(fēng)溫差，則往往主要操作間的冷負(fù)荷較大，因此所需的送風(fēng)溫差也較大， 其它輔助房間的在其潔凈等級(jí)換氣次數(shù)下，會(huì)造成冷量過剩，房間過冷，給人以不舒適感； 相反如果按滿足大多數(shù)輔助房間（因?yàn)榇蠖鄶?shù)輔助房間的冷熱負(fù)荷較均衡）溫濕度為前提，選擇其送風(fēng)溫差（偏?。橄到y(tǒng)送風(fēng)溫差，則往往主要操作間在大冷負(fù)荷的情況下，需要增加比潔凈等級(jí)還要大的換氣次數(shù)來滿足操作間的溫濕度，這樣會(huì)給系統(tǒng)帶來風(fēng)量的增加，初投資也相應(yīng)地加大。兩種方式各有利弊，可以根據(jù)具體情況適當(dāng)選擇，或者可以兩種方式混合使用，即送風(fēng)溫差選擇一個(gè)兩者之間的數(shù)值，以盡量滿足設(shè)計(jì)和投資的要求。表 5 實(shí)際工程中的風(fēng)量計(jì)算表

20、（室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度tn=24± 2）序房間的送風(fēng)溫差送風(fēng)量t= -ts名稱冷負(fù)荷號(hào)Qi（ m3/h）（）Ii （W）冷負(fù)荷冷負(fù)荷 凈化等 送風(fēng)量 室內(nèi)送風(fēng)量 級(jí)送風(fēng) 與送風(fēng) 溫度QLi量 QDi 量相對(duì) 校核偏差1 換鞋120.931.91.949.9120.9-58.8% 22.92洗手117.030.91.948.3117.0-58.7%22.93套衣223.644.21.969.1223.6-69.1%22.74物入270.453.51.983.6270.4-69.1%22.75實(shí)驗(yàn)603.2119.41.9186.7603.2-69.1%22.7室6培養(yǎng)774.8849.71.9

21、1328.3774.871.4%25.4室7種子452.489.51.9139.9452.4-69.1%22.7室8反應(yīng)4320.03247.51.95076.92160.0 17.5%24.39緩沖156.048.81.976.3156.0-51.1%23.007038.34515.41.9（ tm）7059.04878.30.3%24.0具體的計(jì)算步驟如下：1、首先確定室內(nèi)的設(shè)計(jì)溫度tn± （精度）。2、計(jì)算凈化空調(diào)系統(tǒng)中各個(gè)潔凈室的冷負(fù)荷Ii ，并計(jì)算Ii 。3、根據(jù)各潔凈室凈化等級(jí)確定送風(fēng)量QDi ，并計(jì)算QDi 。4、確定每一個(gè)潔凈室內(nèi)的送風(fēng)量Qi，并令Qi的初始值為QDi ， Qi= QDi 。5、根據(jù)Ii和 Qi確定系統(tǒng)平均送風(fēng)溫差=tn-ts，并確定ts。6、用公式判斷 tn± 的范圍內(nèi)嗎？若所有潔凈室均滿足，則結(jié)束計(jì)算，得到了所求的計(jì)算風(fēng)量。否之，則適當(dāng)增加溫度偏高的房間的換氣次數(shù)，并回到