不同占用狀態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與方法，并在國內首次對輻流潔凈室內粒子濃度進行了空態、靜態、動態下的實地測試，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下的變化規律，為后續研究打下基礎。

關鍵詞：輻流潔凈室；實測；占用狀態；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）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頂角處安裝的半圓柱形、半球形或扇形送風末端，并在空間區域內呈輻射狀斜向推動污染物至對側下方回風端口排出室外為方式，建立的潔凈室（區），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]，而是通過低穩速的置換氣流，構成由中心向四周輻射發散的氣流形態，以較低的能源消耗便可以達到一定潔凈度的要求。本實驗區域創造性的把傳統的回風管道與彩鋼板建筑空隙結合，搭建成新型低穩速置換氣流潔凈室。通過檢測本區域，六十次每小時的換氣頻次下，整體內部空間可以維持在ISO 5潔凈級水平，這對于醫院、藥品生產、航天科技等需要潔凈空氣的凈化領域，其節能減排優勢將展現出巨大的經濟效益和社會效益。

1 區域設計

本區域設計級別為《中國藥典》規定的A級水平。區域長度6.6m，寬度3.6m，高度2.4m，空間體積為57m.3。潔凈空調功率為5000m.3/h，采用西門子變頻設計，新風功率為潔凈空調功率的十分之一。該區域總體構造為圖1中的a型模式，潔凈風路與輻流罩共同構建成送風部件（如圖2所示），具體方案為送風孔道采用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，讓潔凈空氣輸入區域內，而污染物則是由墻面下部7個0.4m×0.6m雙下側回風空氣流場模式[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域的空氣潔凈級別，即根據實驗要求收集適宜空間體積內的氣體，篩選出其中特定粒徑的塵埃粒子數量。

2.2 儀器設備

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

2.3 檢測程序

2.3.1 位點布局

水平位點布局為：在該區域由東向西每1.1m設一點位，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，實現全區域網格化覆蓋。

2.3.2 采樣程序

塵埃粒子計數器在設定完成等待1min后，自動凈化20s，而后啟動采集樣本，每次采集樣本9.4L，70s內連續收集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據波動。

2.3.3 數據統計

2.4 不同占用狀態下平面布局

潔凈室的三種占用狀態：①空態系指雖然凈化空調系統能夠正常運行，卻無安放工藝設備或進入人員的狀態；②靜態系指凈化空調系統安裝好并已正常運行，工藝設備已安裝完畢而未運行的狀態，且無人員存在的狀態。③動態系指，凈化空調運行正常，生產設備在商定狀況下工作的狀態正常運行，人員按規定在場或隨機在場[3]。根據上述狀態要求，我們在潔凈室內放置了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粒徑粒子結果進行分析。

3 懸浮粒子濃度檢測結果與分析

3.1 三態下0.5μm粒子濃度變化

通過檢測，不同占用狀態下同一水平層面，0.5μm粒子濃度在顯著性差異。在本輻流潔凈室的具體參數下，與空態相比，靜態和動態下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0.5μm粒子在室內變化是不均勻的，當然這種不均勻分布也不是指每一點的不均勻分布，而是指區域不均勻分布，存在區域濃度差。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，輻流潔凈室空態下距離地面0.8m～1.2m層面空間內，風速值相對較高，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，0.5μm粒子迅速升高。

動態下工作臺開啟后，由于是上置式吸風風機，風機的動能以及其產生的熱效應，對工作臺上部區域氣流影響甚大，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。而在距離地面0.8m處的工作臺出風口處，百級潔凈出風稀釋而降低了其周圍0.5μm粒子濃度，故動態下0.8m水平面處0.5μm粒子濃度較靜態下不升反降。

3.2 三態下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5.0μm粒子濃度的高低，與室內衛生狀況的好壞密切相關。潔凈室在經過正常自凈后，室內5.0μm粒子總量趨于穩定，在圖7中可見，空態下5.0μm粒子隨著采樣高度的升高而逐漸降低。靜態下當工作臺放置后，相當于室內5.0μm粒子污染源增加了，并且由于超凈工作臺頂部風機不易清潔，故在2.0m水平面以上區域5.0μm粒子顯著升高。

動態下工作臺正常運行，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 空態下自凈時間的測定

按照國內行業標準《潔凈室施工與驗收規范》規定的自凈時間測試方法中人工塵為基準，采用點燃巴蘭香產塵代替氣溶膠，在C4點位離地面1.8m處的室中心點發煙使發塵濃度超過潔凈室潔凈等級1000倍，即停止，待1min后，在工作區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粒子濃度對數值線性圖[4]。結果顯示，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，本輻流潔凈室設計參數合理，其室內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；通過檢測本區域六十次每小時的換氣頻次下，整體空間內部可以維持在ISO 5潔凈級水平；通過分析空態、靜態、動態下不同粒徑粒子濃度變化的成因，為后續氣流變化的研究提高基礎。也為醫院、藥品生產、航天科技等需要潔凈空氣的凈化領域，提供一種節能減排優勢明顯的低能耗低穩速置換流潔凈室建設模式。

參考文獻：

[1]許鐘麟.空氣潔凈技術原理[M].北京：科學出版社， 2014.292-296.

[2]陳霖新.潔凈廠房設計規范[M].北京：中國計劃出版社， 2013.

[3]許鐘麟 ，馮昕，張益昭，等.關于潔凈室占用狀態定義的探討—國標《潔凈室施工及驗收規范》編制組研討系列課題之二[J].暖通空調，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， 2012.10（第28卷增刊-2）.