不同占用狀態(tài)下輻流潔凈室潔凈度的研究

周玉巖 施麟 宋建立

摘 要：本文探討了輻流潔凈室潔凈度檢測的具體參數(shù)與方法，并在國內(nèi)首次對輻流潔凈室內(nèi)粒子濃度進行了空態(tài)、靜態(tài)、動態(tài)下的實地測試，對其自凈時間、懸浮粒子分布情況進行了分析，首次通過實測闡明了輻流潔凈室粒子濃度在不同占用狀態(tài)下的變化規(guī)律，為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：輻流潔凈室；實測；占用狀態(tài)；潔凈度；自凈時間

Abstract：This paper discusses the specific parameters of radial flow clean room cleanliness testing and the method， and for the first time in domestic to the radial flow clean indoor particle concentration in the empty state， under the static and dynamic field tests， the self-purification time， suspended particle distribution was analyzed， and the first time by the measured illuminates the radial flow clean room particles concentration in different occupancy state change rule， lay the foundation for follow-up study.

Key words：Vector-flow lean room； Actual measurement； Occupancy state；Cleanliness； Recovery time

輻流潔凈室（區(qū)）是指以建立潔凈空間為目的，以潔凈氣流通過潔凈空間頂部中央處或一側(cè)頂角處安裝的半圓柱形、半球形或扇形送風(fēng)末端，并在空間區(qū)域內(nèi)呈輻射狀斜向推動污染物至對側(cè)下方回風(fēng)端口排出室外為方式，建立的潔凈室（區(qū)），如圖1所示。

因其不采用亂流的稀釋原理，又不類似單向流的活塞方式[1]，而是通過低穩(wěn)速的置換氣流，構(gòu)成由中心向四周輻射發(fā)散的氣流形態(tài)，以較低的能源消耗便可以達到一定潔凈度的要求。本實驗區(qū)域創(chuàng)造性的把傳統(tǒng)的回風(fēng)管道與彩鋼板建筑空隙結(jié)合，搭建成新型低穩(wěn)速置換氣流潔凈室。通過檢測本區(qū)域，六十次每小時的換氣頻次下，整體內(nèi)部空間可以維持在ISO 5潔凈級水平，這對于醫(yī)院、藥品生產(chǎn)、航天科技等需要潔凈空氣的凈化領(lǐng)域，其節(jié)能減排優(yōu)勢將展現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 區(qū)域設(shè)計

本區(qū)域設(shè)計級別為《中國藥典》規(guī)定的A級水平。區(qū)域長度6.6m，寬度3.6m，高度2.4m，空間體積為57m.3。潔凈空調(diào)功率為5000m.3/h，采用西門子變頻設(shè)計，新風(fēng)功率為潔凈空調(diào)功率的十分之一。該區(qū)域總體構(gòu)造為圖1中的a型模式，潔凈風(fēng)路與輻流罩共同構(gòu)建成送風(fēng)部件（如圖2所示），具體方案為送風(fēng)孔道采用1.5mm厚度的鋁合金板制成0.4m直徑的輻流罩，并在其上開4mm直徑的孔洞，讓潔凈空氣輸入?yún)^(qū)域內(nèi)，而污染物則是由墻面下部7個0.4m×0.6m雙下側(cè)回風(fēng)空氣流場模式[2]排放到室外。

2 檢測方法

2.1 方法提要

檢測采用國際通用的塵埃粒子濃度來衡量潔凈區(qū)域的空氣潔凈級別，即根據(jù)實驗要求收集適宜空間體積內(nèi)的氣體，篩選出其中特定粒徑的塵埃粒子數(shù)量。

2.2 儀器設(shè)備

塵埃粒子濃度儀器型號為APC Smart Touch，該儀器計量號HXBC14-JZ01361。本次實驗設(shè)定采集直徑0.5μm、5.0μm以上的塵埃粒子總數(shù)。

2.3 檢測程序

2.3.1 位點布局

水平位點布局為：在該區(qū)域由東向西每1.1m設(shè)一點位，由南至北寬每0.9m為一點位如圖2-a所示；垂直位點按照圖2-b布局：由底部0.4m開始，每0.4m為一格，共6格，即全室分6層斷面，每層斷面35個水平點，在57m.3的空間中分布210個空間采集點，實現(xiàn)全區(qū)域網(wǎng)格化覆蓋。

2.3.2 采樣程序

塵埃粒子計數(shù)器在設(shè)定完成等待1min后，自動凈化20s，而后啟動采集樣本，每次采集樣本9.4L，70s內(nèi)連續(xù)收集3次樣本，每次采樣間隔3s，采樣過程中盡力避免因外在干擾造成數(shù)據(jù)波動。

2.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2.4 不同占用狀態(tài)下平面布局

潔凈室的三種占用狀態(tài)：①空態(tài)系指雖然凈化空調(diào)系統(tǒng)能夠正常運行，卻無安放工藝設(shè)備或進入人員的狀態(tài)；②靜態(tài)系指凈化空調(diào)系統(tǒng)安裝好并已正常運行，工藝設(shè)備已安裝完畢而未運行的狀態(tài)，且無人員存在的狀態(tài)。③動態(tài)系指，凈化空調(diào)運行正常，生產(chǎn)設(shè)備在商定狀況下工作的狀態(tài)正常運行，人員按規(guī)定在場或隨機在場[3]。根據(jù)上述狀態(tài)要求，我們在潔凈室內(nèi)放置了3臺ACB-4A1型垂直超凈工作臺，其外形尺寸1340×630×1700（長×寬×高），工作臺面距離地面0.8m，最大功率180W，具體位置如圖5中所示。按照上述采樣程序的設(shè)置，對除超凈臺所占空間外的采樣點檢測，并對0.5μm，5.0μm粒徑粒子結(jié)果進行分析。

3 懸浮粒子濃度檢測結(jié)果與分析

3.1 三態(tài)下0.5μm粒子濃度變化

通過檢測，不同占用狀態(tài)下同一水平層面，0.5μm粒子濃度在顯著性差異。在本輻流潔凈室的具體參數(shù)下，與空態(tài)相比，靜態(tài)和動態(tài)下0.8m、1.2m、2.4m這三個層面受到的影響較大，如圖6所示。

顯而易見，輻流潔凈室內(nèi)0.5μm粒子在室內(nèi)變化是不均勻的，當(dāng)然這種不均勻分布也不是指每一點的不均勻分布，而是指區(qū)域不均勻分布，存在區(qū)域濃度差。這里我們重點探究0.8m、1.2m水平層面變化成因。由前期工作已知，輻流潔凈室空態(tài)下距離地面0.8m～1.2m層面空間內(nèi)，風(fēng)速值相對較高，隨著超凈工作臺的放置，輻流潔凈室顯著特征輻射狀斜向推進的氣流被工作臺阻擋，改變了氣流流場，故在0.8m～1.2m層面空間內(nèi)，0.5μm粒子迅速升高。

動態(tài)下工作臺開啟后，由于是上置式吸風(fēng)風(fēng)機，風(fēng)機的動能以及其產(chǎn)生的熱效應(yīng)，對工作臺上部區(qū)域氣流影響甚大，造成1.2m水平面上0.5μm粒子濃度飆升，但仍在可接受范圍內(nèi)。而在距離地面0.8m處的工作臺出風(fēng)口處，百級潔凈出風(fēng)稀釋而降低了其周圍0.5μm粒子濃度，故動態(tài)下0.8m水平面處0.5μm粒子濃度較靜態(tài)下不升反降。

3.2 三態(tài)下5.0μm粒子濃度變化

在高效過濾器運行正常的前提下，潔凈室內(nèi)5.0μm粒子濃度的高低，與室內(nèi)衛(wèi)生狀況的好壞密切相關(guān)。潔凈室在經(jīng)過正常自凈后，室內(nèi)5.0μm粒子總量趨于穩(wěn)定，在圖7中可見，空態(tài)下5.0μm粒子隨著采樣高度的升高而逐漸降低。靜態(tài)下當(dāng)工作臺放置后，相當(dāng)于室內(nèi)5.0μm粒子污染源增加了，并且由于超凈工作臺頂部風(fēng)機不易清潔，故在2.0m水平面以上區(qū)域5.0μm粒子顯著升高。

動態(tài)下工作臺正常運行，人員正常操作，這樣就增加并攪動了室內(nèi)5.0μm粒子的擴散，但同時由于凝并和沉降作用，使得5.0μm粒子在1.6m水平面上濃度最低。

3.3 空態(tài)下自凈時間的測定

按照國內(nèi)行業(yè)標準《潔凈室施工與驗收規(guī)范》規(guī)定的自凈時間測試方法中人工塵為基準，采用點燃巴蘭香產(chǎn)塵代替氣溶膠，在C4點位離地面1.8m處的室中心點發(fā)煙使發(fā)塵濃度超過潔凈室潔凈等級1000倍，即停止，待1min后，在工作區(qū)平面中心點測定含塵濃度，然后開機測得輻流潔凈室實際自凈時間與0.5μm粒子濃度對數(shù)值線性圖[4]。結(jié)果顯示，輻流潔凈室自凈效果明顯，僅用5min左右時間就將粒子濃度從十萬級將至百級水平，如圖8所示。

4 討論

通過分析，本輻流潔凈室設(shè)計參數(shù)合理，其室內(nèi)中部氣流斜推作用明顯，形成了一種比較合理的氣流流型。通過比較各水平面粒子濃度變化情況，確定0.8m水平面為輻流潔凈室粒子濃度適宜的測試面高度；通過檢測本區(qū)域六十次每小時的換氣頻次下，整體空間內(nèi)部可以維持在ISO 5潔凈級水平；通過分析空態(tài)、靜態(tài)、動態(tài)下不同粒徑粒子濃度變化的成因，為后續(xù)氣流變化的研究提高基礎(chǔ)。也為醫(yī)院、藥品生產(chǎn)、航天科技等需要潔凈空氣的凈化領(lǐng)域，提供一種節(jié)能減排優(yōu)勢明顯的低能耗低穩(wěn)速置換流潔凈室建設(shè)模式。

參考文獻：

[1]許鐘麟.空氣潔凈技術(shù)原理[M].北京：科學(xué)出版社， 2014.292-296.

[2]陳霖新.潔凈廠房設(shè)計規(guī)范[M].北京：中國計劃出版社， 2013.

[3]許鐘麟 ，馮昕，張益昭，等.關(guān)于潔凈室占用狀態(tài)定義的探討—國標《潔凈室施工及驗收規(guī)范》編制組研討系列課題之二[J].暖通空調(diào)，2008，38（2）：14.

[4]任生雄，劉俊杰.自凈時間檢測方法的分析與探討[J].建筑科學(xué)， 2012.10（第28卷增刊-2）.