潔凈室設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)

潔凈室設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)分析中國建筑科學(xué)研研究院空調(diào)所所劉華☆王清勤提要:本文簡單單地分析了高高效空氣過濾濾器流量—阻力特性，并并用實(shí)例闡述述了作者對高高效空氣過濾濾器選型中的的一些經(jīng)驗(yàn)。同同時(shí)對潔凈室室系統(tǒng)送風(fēng)量量的計(jì)算提出出了自己的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)算法。作作者觀點(diǎn)僅供供參考。關(guān)鍵詞:潔凈室室、高效過濾濾器、送風(fēng)量量SeverallAnallysisInClleanrooomDeesignABSTRACCTThissartiiclessimplyyanallysesflux--resisstancee′charaacterofHEEPAfiilter,,andddiscusssesssomeeexperiienceofHEEPAfiilter′′choiccethrroughexisttingeexamplle.Attthesaametiimeittputssforwwardeexperiientiaalariithmetticabboutaairsuupplyvolummeinacleeanrooomsysstem.Keepauthoor′opiniiononnlyfoorrefferencce.KEYWORDDCleaanroomm、HEPAfilteer、Airssupplyyvoluume1引言：《潔凈廠廠房設(shè)計(jì)規(guī)范范》GB500073—2001中指出“空氣過濾器器的處理風(fēng)量量應(yīng)小于或等等于額定風(fēng)量量。設(shè)置在同同一潔凈區(qū)內(nèi)內(nèi)的高效（亞亞高效、超高高效）空氣過過濾器的阻力力、效率宜接接近”。并同時(shí)指指出“潔凈室的送送風(fēng)量，應(yīng)取取下列三項(xiàng)中中的最大值：：1.1為保證空氣氣潔凈度等級(jí)級(jí)的送風(fēng)量。1.2根據(jù)熱、濕濕負(fù)荷計(jì)算確確定的送風(fēng)量量。1.3向潔凈室內(nèi)內(nèi)供給的新鮮鮮空氣量。”由此可見，在在空調(diào)系統(tǒng)中中過濾器的選選擇和送風(fēng)量量（換氣次數(shù)數(shù)）的計(jì)算具具有重要意義義。在實(shí)際際的設(shè)計(jì)過程程中，過濾器器的選擇一般般都要考慮到到過濾器的投投資和使用壽壽命的問題，設(shè)設(shè)計(jì)人員選擇擇過濾器的實(shí)實(shí)際風(fēng)量均小小于它本身的的額定風(fēng)量，具具體方法是按按照某一過濾濾器額定風(fēng)量量比例（如60%）來選擇某某一型號(hào)的過過濾器，認(rèn)為為只要是小于于額定風(fēng)量，它它們之間的阻阻力不平衡可可以通過安裝裝調(diào)節(jié)閥來實(shí)實(shí)現(xiàn)，因此未未能校核過濾濾器的阻力，從從而未能使同同一潔凈區(qū)內(nèi)內(nèi)的高效空氣氣過濾器的阻阻力達(dá)到接近近，給風(fēng)量調(diào)調(diào)節(jié)帶來麻煩煩，并且對過過濾器的使用用壽命造成影影響。而一般般情況下認(rèn)為為潔凈室的等等級(jí)換氣次數(shù)數(shù)均大于熱、濕濕負(fù)荷計(jì)算來來確定的送風(fēng)風(fēng)量（普通空空調(diào)露點(diǎn)送風(fēng)風(fēng)換氣次數(shù)為為8~10次/h），潔凈室室送風(fēng)量的選選擇一般是按按照潔凈度的的級(jí)別，根據(jù)據(jù)潔凈室保證證不同級(jí)別選選用不同的換換氣次數(shù)，而而不校核熱、濕濕負(fù)荷計(jì)算來來確定的送風(fēng)風(fēng)量，這樣的的計(jì)算存在的的問題在于，一一個(gè)凈化空調(diào)調(diào)系統(tǒng)只能有有一個(gè)送風(fēng)狀狀態(tài)點(diǎn)，當(dāng)不不同級(jí)別潔凈凈室（如萬級(jí)級(jí)和十萬級(jí)甚甚至千級(jí)潔凈凈室在一個(gè)系系統(tǒng)時(shí)）或室室內(nèi)負(fù)荷相差差較大的房間間在一個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)（如更衣間間和主要的操操作間之間的的房間冷負(fù)荷荷相差幾倍甚甚至十幾倍）時(shí)時(shí)，無法確定定一個(gè)正確的的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)點(diǎn)，造成有的的房間冷，而而有的房間熱熱。2高效過濾器器的選擇計(jì)算算：由于潔凈室室的特性不同同，高效過濾濾器的選擇首首先要按照潔潔凈室的級(jí)別別、無菌程度度、溫濕度、耐耐火程度、防防腐等不同要要求來確定。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≥0.5μm為主）的選擇中風(fēng)量和阻力問題。實(shí)踐中常規(guī)規(guī)過濾器就是是指高效空氣氣過濾器標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中規(guī)定的A類和B類，它們是是潔凈廠房設(shè)設(shè)計(jì)中最常用用的高效過濾濾器，一般低低于或等于10萬級(jí)可以選A類；1萬~100級(jí)可以選B類。凡是常常規(guī)高效過濾濾器，對于≥0.5μm微粒的效率率可按照5個(gè)“9”即0.99999計(jì)算。首先要明確一下下高效過濾器器通過的風(fēng)量量與其阻力的的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證明高效過過濾器的阻力力與流量是非非直線關(guān)系，但但在‘一般比額定定風(fēng)量大得不不多時(shí)，阻力力和通過風(fēng)量量的關(guān)系如近近似看成直線線關(guān)系，誤差差也不大’。表1是北京同創(chuàng)創(chuàng)過濾器廠生生產(chǎn)的高效過過濾器規(guī)格表表，圖1是該廠生產(chǎn)產(chǎn)的高效過濾濾器阻力特性性曲線,由圖1可以看出不不同特征尺寸寸的過濾器其其阻力的特性性曲線是不同同的，我們可可以根據(jù)所選選的過濾器的的型號(hào)查它的的相應(yīng)阻力特特性曲線得到到它的阻力,,為了方便選選擇我們把圖圖1中的曲線處處理一下，用用每一個(gè)型號(hào)號(hào)的曲線的橫橫坐標(biāo)風(fēng)量去去除以高效過過濾器的特征征尺寸（即高高效過濾器的的體積V=H×WW×D），然后重重新進(jìn)行擬和和成圖2中的曲線，從從圖中可以看看出兩條曲線線有重合的趨趨勢，只要特特征尺寸選擇擇得當(dāng)（可以以考慮一下不不同型號(hào)過濾濾器結(jié)構(gòu)阻力力，因?yàn)檫^濾濾器的真正過過濾面積要小小于過濾器的的截面積，存存在一個(gè)有效效面積比，而而且小型號(hào)的的過濾器有效效面積比較大大，而大型號(hào)號(hào)的?。瑑蓛蓷l曲線將更更加逼近，兩兩個(gè)擬和方程程的相對應(yīng)系系數(shù)也相差不不大。而且我我們所需要的的是額定風(fēng)量量附近的曲線線（圖2中＜200000附近的曲線線，即相當(dāng)于于額定風(fēng)量以以下的風(fēng)量），對對于我們工程程選擇來講，這這樣的差距是是可以忽略不不計(jì)的。從表表1中也可以看看出，在相同同初阻力下，每每種型號(hào)過濾濾器的Q/（H×W×D）值也均大大致相等，即即在圖2中有一個(gè)相相同的狀態(tài)點(diǎn)點(diǎn)。因此我們們可以得出這這樣的結(jié)論：：在不大于額額定風(fēng)量的前前提下，常規(guī)規(guī)高效空氣過過濾器的阻力力—流量特性曲曲線可以用一一條曲線來描描述，并且成成線形分布。也也就是說只要要知道一種型型號(hào)的過濾器器的阻力—流量特性曲曲線就可以知知道其它型號(hào)號(hào)的過濾器大大致的特性曲曲線，又因?yàn)闉槌删€形的分分布，只要知知道曲線上的的兩點(diǎn)便可以以確定該直線線（因?yàn)槲覀儌冎涝撝本€線過坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)，因此只要要知道一點(diǎn)即即可方便的確確定該直線，這這一點(diǎn)可以用用高效過濾器器額定風(fēng)量下下的初阻力確確定），從而而給過濾器的的選擇帶來很很大的方便。表1、高效過濾濾器規(guī)格：型號(hào)特征尺寸H×W×D（mmm）額定風(fēng)量Q（mm3/h）Q/（H×W××D）（h-1）初阻力（Pa）GB-01484X4844X220100018182執(zhí)行1993年年頒布的國標(biāo)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)A類≤190B類≤220GB-02484X4844B-03630X6300X220150017179GB-04630X6300X180120016797GB-05630X7266X220150014907GB-06484X9688X220200019404GB-07630X9455X220225017179GB-08630X12660X2200300017179GB-09610X6100X150100017916GB-10610X9155X150150017916GB-11610X12220X1500200017916GB-12320X3200X26050018780GB-13600X8200X220185017092由于高效過濾器器的壽命T0是按照額定定風(fēng)量Q0下終阻力增增加到等于初初阻力的既定定倍數(shù)（一般般為2倍）時(shí)所使使用的時(shí)間，此此時(shí)高效空氣氣過濾器的容容塵量也達(dá)到到了最大（也也稱標(biāo)準(zhǔn)容塵塵量P0），因此也也可以認(rèn)為高高效過濾器的的壽命T0是高效空氣氣過濾器的容容塵量達(dá)到了了標(biāo)準(zhǔn)容塵量量P0的時(shí)間。當(dāng)當(dāng)過濾器在低低風(fēng)量Q1下運(yùn)行時(shí)，此此時(shí)Q1＜Q0,所以過濾器器的壽命可以以延長至T1，此時(shí)T1＞T0。T1和T0的關(guān)系可以以用如下的關(guān)關(guān)系式（1）計(jì)算：在一般條件下，對于高效過濾器系統(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，請參考文獻(xiàn)。過濾器的阻力增增值和積塵量量的關(guān)系可以以近似看成直直線關(guān)系，在在‘標(biāo)準(zhǔn)容塵量量之下時(shí)或者者阻力增值不不超過初阻力力值1倍時(shí)，產(chǎn)生生的誤差不大大；如果濾速速超過常規(guī)，或或容塵量已經(jīng)經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)容容塵量，阻力力將隨著積塵塵量的增加而而更快地增加加?！腋咝Э湛諝膺^濾器的的積塵量P是與過濾器器的通風(fēng)量Q1成正比的，我我們可以得出出如下的結(jié)論論：如果空調(diào)調(diào)系統(tǒng)中過濾濾器的設(shè)計(jì)阻阻力不相近，即即偏差比較大大，則阻力大大的將導(dǎo)致其其過濾風(fēng)量相相對該型號(hào)過過濾器額定風(fēng)風(fēng)量偏大，因因此積塵量也也相應(yīng)的加快快，導(dǎo)致其阻阻力的增值也也加快，從而而過濾器的壽壽命也將減小小，而阻力小小的過濾風(fēng)量量相對較小，則則壽命相對較較長，造成一一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)中壽命不相相同，給將來來過濾器的更更換帶來麻煩煩，并隨著積積塵量的增加加會(huì)產(chǎn)生新的的系統(tǒng)不平衡衡。同樣地而而作為空調(diào)系系統(tǒng)主要阻力力的高效空氣氣過濾器（高高效過濾器的的初阻力至少少也有100Pa，相當(dāng)于含含局部阻力的的普通空調(diào)風(fēng)風(fēng)管的100m以上長度的的阻力），選選擇阻力相近近，對于運(yùn)行行調(diào)節(jié)并滿足足風(fēng)量平衡同同樣具有重要要意義。因此此正如設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范中所要求求的那樣，設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)‘設(shè)置在同一一潔凈區(qū)內(nèi)的的高效（亞高高效、超高效效）空氣過濾濾器的阻力、效效率宜接近’是非常有必必要的。在一般條件下，對于高效過濾器系統(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，請參考文獻(xiàn)。下面具體體地說明以下下過濾器的選選擇方法，首首先要根據(jù)高高效過濾器的的設(shè)計(jì)使用壽壽命T1來選擇，可可以根據(jù)上面面公式（1），可以很很方便的計(jì)算算出在設(shè)計(jì)使使用壽命下過過濾器的設(shè)計(jì)計(jì)風(fēng)量Q1。根據(jù)公式式可以得到以以下表格2：表2高效過濾器器不同風(fēng)量下下的壽命Q150%Q055%Q060%Q065%Q070%Q075%Q0Q0T13.5T03.1T02.7T02.4T02.2T01.9T0T0T1（年）12.310.98.18.47.76.73.5我們可以以按照設(shè)計(jì)使使用壽命10年，查表2選擇55%額定風(fēng)量作作為設(shè)計(jì)風(fēng)量量來選擇過濾濾器型號(hào)，由由上面的分析析可以知道按按照高效過濾濾器的額定風(fēng)風(fēng)量的百分比比所選對應(yīng)的的過濾器的阻阻力必定相等等。下面的主主要任務(wù)變成成了選擇風(fēng)量量所對應(yīng)的過過濾器型號(hào)。下下表3是作者經(jīng)常常使用的高效效過濾器不同同厚度、不同同額定風(fēng)量百百分比下的風(fēng)風(fēng)量（m3/h）。表3高效過濾器器不同額定風(fēng)風(fēng)量百分比下下的風(fēng)量（鐵鐵框）型號(hào)特征尺寸H×W×D（mmm）額定風(fēng)量Q0（m3/h）Q1=55%QQ0Q1/（H×WW×D）（h-1）初阻力（Pa）01型484X4844X220100055010672執(zhí)行1993年年頒布的國標(biāo)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)A類≤190B類≤220484X4844X18080044010435484X4844X15065035810174484X4844X120500275978302型320X3200X22043023710498320X3200X18034418910265320X3200X15028015410026320X3200X120215118962303型630X6300X220170093510708630X6300X180136074810470630X6300X150110560810208630X6300X1208504689816表4實(shí)際工程中中的風(fēng)量計(jì)算算表序號(hào)名稱面積㎡級(jí)別換氣次數(shù)（h--1）送風(fēng)量Q（m33/h）過濾器型號(hào)（H×W×D）臺(tái)數(shù)T校核值Q1/（H×W×D）/T1換鞋3.110萬15.0120.9320×3200×120198392洗手3.010萬15.0117.0320×3200×120195213套衣4.3萬20.0223.6320×3200×220199254物入5.2萬20.0270.4484×4844×120196195實(shí)驗(yàn)室11.6萬20.0603.2630×6300×1501101326培養(yǎng)室14.9萬20.0774.8630×6300×1801108457種子室8.7萬20.0452.4484×4844×1801107298反應(yīng)27.0萬40.04320.0630×6300×220598959緩沖4.010萬15.0156.0320×3200×150110156我們以表表4為例，該風(fēng)風(fēng)量計(jì)算表是是實(shí)際工程中中的一例，我我們按照實(shí)際際送風(fēng)量查表表3中55%Q0風(fēng)量所對應(yīng)應(yīng)過濾器型號(hào)號(hào)，該選擇過過程是一個(gè)試試算的過程，如如果現(xiàn)有的過過濾器型號(hào)在在55%風(fēng)量下均能能滿足所有房房間的送風(fēng)量量的要求，則則停止試算；；如果僅有少少數(shù)房間不能能滿足，則可可以選擇比設(shè)設(shè)計(jì)值大的型型號(hào)中風(fēng)量最最小的那一檔檔；如果大多多數(shù)不能滿足足，則需要重重新選擇過濾濾器的壽命并并重新計(jì)算所所選過濾器額額定風(fēng)量的百百分比，如可可以選擇50%QQ0或60%QQ0，繼續(xù)試算算直到滿足前前兩條要求。最最后可以通過過設(shè)計(jì)風(fēng)量除除以其相應(yīng)的的過濾器特征征尺寸（H×W×D），看是否否相近，不平平衡率相差10%以內(nèi)即可認(rèn)認(rèn)為所選過濾濾器基本阻力力平衡。表4中經(jīng)過試算算和校核，不不平衡率在10%以內(nèi)，達(dá)到到設(shè)計(jì)要求。為了便于清楚理理解，特編制制了圖3流程圖以供供參考。3潔凈室送風(fēng)風(fēng)量的確定：：對于單個(gè)空調(diào)房房間，潔凈室室的等級(jí)換氣氣次數(shù)與熱濕濕負(fù)荷所確定定的換氣次數(shù)數(shù)進(jìn)行比較，選選擇較大的換換氣次數(shù)即可可；對于多個(gè)個(gè)空調(diào)房間組組成凈化空調(diào)調(diào)系統(tǒng)，每個(gè)個(gè)房間的冷熱熱負(fù)荷情況不不一樣，導(dǎo)致致每個(gè)房間在在該房間等級(jí)級(jí)的換氣次數(shù)數(shù)下，所要求求的送風(fēng)狀態(tài)態(tài)點(diǎn)也不一樣樣，而作為一一個(gè)凈化空調(diào)調(diào)系統(tǒng)（凈化化空調(diào)系統(tǒng)的的特點(diǎn)之一是是經(jīng)常不同級(jí)級(jí)別的潔凈室室在同一個(gè)空空調(diào)系統(tǒng)中）設(shè)設(shè)計(jì)上要求必必須有且僅有有一個(gè)送風(fēng)狀狀態(tài)點(diǎn)，這時(shí)時(shí)如果按滿足足主要操作間間溫濕度為前前提，選擇主主要操作間的的送風(fēng)溫差為為系統(tǒng)送風(fēng)溫溫差，則往往往主要操作間間的冷負(fù)荷較較大，因此所所需的送風(fēng)溫溫差也較大，其其它輔助房間間的在其潔凈凈等級(jí)換氣次次數(shù)下，會(huì)造造成冷量過剩剩，房間過冷冷，給人以不不舒適感；相相反如果按滿滿足大多數(shù)輔輔助房間（因因?yàn)榇蠖鄶?shù)輔輔助房間的冷冷熱負(fù)荷較均均衡）溫濕度度為前提，選選擇其送風(fēng)溫溫差（偏小）為為系統(tǒng)送風(fēng)溫溫差，則往往往主要操作間間在大冷負(fù)荷荷的情況下，需需要增加比潔潔凈等級(jí)還要要大的換氣次次數(shù)來滿足操操作間的溫濕濕度，這樣會(huì)會(huì)給系統(tǒng)帶來來風(fēng)量的增加加，初投資也也相應(yīng)地加大大。兩種方式式各有利弊，可可以根據(jù)具體體情況適當(dāng)選選擇，或者可可以兩種方式式混合使用，即即送風(fēng)溫差選選擇一個(gè)兩者者之間的數(shù)值值，以盡量滿滿足設(shè)計(jì)和投投資的要求。表5實(shí)際工程中中的風(fēng)量計(jì)算算表（室內(nèi)設(shè)設(shè)計(jì)溫度tn=24±2℃）序號(hào)名稱送風(fēng)量Qi（mm3/h）房間的冷負(fù)荷IIi（W）送風(fēng)溫差△t==-ts（℃）冷負(fù)荷送風(fēng)量QQLi凈化等級(jí)送風(fēng)量量QDi冷負(fù)荷送風(fēng)量與與送風(fēng)量相對對偏差室內(nèi)溫度校核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)室603.2119.41.9186.7603.2-69.1%22.76培養(yǎng)室774.8849.71.91328.3774.871.4%25.47種子室452.489.51.9139.9452.4-69.1%22.78反應(yīng)4320.03247.51.95076.92160.017.5%24.39緩沖156.048.81.976.3156.0-51.1%23.00∑7038.34515.41.9（△tmm）7059.0=SUM(ABOVE)4878.30.3%24.0具體的計(jì)算步驟驟如下：1、首先確定室室內(nèi)的設(shè)計(jì)溫溫度tn±△（精度）。2、計(jì)算凈化空空調(diào)系統(tǒng)中各各個(gè)潔凈室的的冷負(fù)荷Ii，并計(jì)算∑Ii。3、根據(jù)各潔凈凈室凈化等級(jí)級(jí)確定送風(fēng)量量QDi，并計(jì)算算∑QDi。4、確定每一個(gè)個(gè)潔凈室內(nèi)的的送風(fēng)量Qi，并令Qi的初始值為QDi，∑Qi=∑QDi。5、根據(jù)∑Iii和∑Qi確定系統(tǒng)平平均送風(fēng)溫差差=tn-ts，并確定ts。6、用公式判斷斷∈tn±△的范圍內(nèi)嗎嗎？⑴若所有潔凈室室均滿足，則則結(jié)束計(jì)算，得得到了所求的的計(jì)算風(fēng)量。⑵否之，則適當(dāng)當(dāng)增加溫度偏偏高的房間的的換氣次數(shù)，并并回到4。我們同樣以表44的工程數(shù)據(jù)據(jù)來計(jì)算，經(jīng)經(jīng)試算后得到到表5，通過該表表的計(jì)算得到到以下有益結(jié)結(jié)論：1、盡量選用用潔凈等級(jí)送送風(fēng)量QDi作為潔凈凈室的送風(fēng)量量，以減小系系統(tǒng)風(fēng)量。2、在滿足足tn±△的范圍的要要求的情況下下，盡量加大大送風(fēng)溫差，即即是換氣次數(shù)數(shù)最小。3、從表44中可以看出出，各個(gè)冷負(fù)負(fù)荷送風(fēng)量QLi與送風(fēng)量Qi相對偏差在±50%~~60%的情況下，只只要送風(fēng)狀態(tài)態(tài)點(diǎn)選擇的合合適，其潔凈凈室的溫度也也能控制在精精度±△范圍內(nèi)。盡盡管各個(gè)房間間的兩種計(jì)算算方法中存在在偏差（有正正有負(fù)），但但∑Qi和∑QLi應(yīng)該是相相等的，偏差差小于1%。為了便