潔凈室通風(fēng)設(shè)計(jì)分析

張 愛 國(guó)

(中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450000)

1 工程背景

某單位化學(xué)實(shí)驗(yàn)室為二層建筑，二層部分房間為潔凈室，已經(jīng)使用了15年，原設(shè)計(jì)為7級(jí)潔凈實(shí)驗(yàn)室，部分空調(diào)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)儀器均老化，需要根據(jù)目前最新單位需求，拆除原有潔凈室所有舊部，重新進(jìn)行改造。改造后為空氣潔凈度7級(jí)(局部5級(jí))潔凈實(shí)驗(yàn)室，改造房間見圖1。

2 潔凈室改造設(shè)計(jì)

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造

根據(jù)潔凈室的設(shè)計(jì)規(guī)范要求，為了保證潔凈室內(nèi)的空間的潔凈度，潔凈室的圍護(hù)結(jié)構(gòu)做了重新設(shè)計(jì)。原實(shí)驗(yàn)樓的圍護(hù)結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，墻體為加氣混凝土磚，窗戶為雙層中空玻璃。本次改造不改變?cè)型鈬o(hù)結(jié)構(gòu)和外窗戶，主要對(duì)建筑內(nèi)部裝修和內(nèi)墻體進(jìn)行改造、增加部分門窗、頂棚和地面。

2.2 潔凈室內(nèi)環(huán)境要求

1)潔凈度要求：

潔凈房間:空氣潔凈度5級(jí);

層流罩：空氣潔凈度5級(jí)。

2)房間的壓差順序?yàn)椋?/p>

房間1>房間2>房間3>走廊。

3)人員的新風(fēng)量：為保證潔凈區(qū)的正壓并根據(jù)室內(nèi)人員的新風(fēng)量，按照總循環(huán)風(fēng)量的約10%(可調(diào))設(shè)計(jì)新風(fēng)并配初效過(guò)濾器。

新風(fēng)量滿足以下要求：

1)潔凈室內(nèi)每人每小時(shí)的新鮮空氣量不小于40 m3。

2)補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)量+保持室內(nèi)正壓所需的新鮮空氣量。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)選擇

根據(jù)潔凈室內(nèi)的環(huán)境要求，初步選擇兩種設(shè)計(jì)方案?jìng)溥x：

第一種方案：每個(gè)潔凈室安裝吊頂式風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)器和帶中效過(guò)濾器風(fēng)機(jī)箱，氣流組織采用頂送風(fēng)側(cè)下回風(fēng)方式。即：室內(nèi)污染空氣自側(cè)下回風(fēng)口，利用回風(fēng)管道與新風(fēng)混合(均經(jīng)初效過(guò)濾器)再經(jīng)風(fēng)管式冷暖空調(diào)處理回到吊頂里的帶中效過(guò)濾器風(fēng)機(jī)箱。然后經(jīng)過(guò)吊頂上的高效過(guò)濾器送風(fēng)口，將潔凈空氣送到潔凈室進(jìn)行循環(huán)，見圖2。風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)器室外機(jī)置于地面或者掛于外墻。共需4套設(shè)備完成。

第二種方案：整個(gè)潔凈室使用1臺(tái)風(fēng)冷組合式空調(diào)機(jī)組，采用頂送風(fēng)側(cè)下回風(fēng)方式。潔凈區(qū)空氣經(jīng)過(guò)初、中、高效過(guò)濾后送入室內(nèi)；污染空氣自彩鋼壁板側(cè)下回風(fēng)口，回風(fēng)在空調(diào)混合段與新風(fēng)混合(均經(jīng)初效過(guò)濾器)進(jìn)行循環(huán)，以溫濕度達(dá)到舒適性要求，冷熱量由機(jī)組控制柜控制。風(fēng)冷組合式空調(diào)機(jī)組設(shè)于室外地面或者屋面，通過(guò)風(fēng)管連接到潔凈室。

兩種空調(diào)系統(tǒng)方案的對(duì)比分析：

第一種方案:空調(diào)都布置在房間頂板上面，布置緊湊，僅有冷媒管通出外墻，而且每個(gè)房間都設(shè)有控制開關(guān)，方便獨(dú)立控制。空調(diào)設(shè)備在頂板以下，彩鋼板以上，運(yùn)行會(huì)有些許噪聲傳到室內(nèi)。而且自動(dòng)控制設(shè)備需要多套，室外還需要有一定的空間放置空調(diào)設(shè)備。

第二種方案:空調(diào)都布置在室外，僅有風(fēng)管通出外墻，所有房間一起控制溫、濕度。僅有風(fēng)管在頂板以下，彩鋼板以上，無(wú)運(yùn)行噪聲。僅需1套自動(dòng)控制設(shè)備就行。但是需要風(fēng)管、支架較多，而且風(fēng)管在室外需要做好保溫處理。室外也需要有一定的空間放置空調(diào)設(shè)備。

潔凈室的實(shí)際需求和實(shí)際空間：

所有的潔凈室都同時(shí)使用，而且房間對(duì)噪聲的要求并不高。根據(jù)甲方要求，室外的外墻不能掛空調(diào)室外機(jī)，影響整個(gè)建筑的外觀，地面也沒有空間放置空調(diào)設(shè)備。不過(guò)在本棟樓緊臨有一二層建筑屋面可以放置空調(diào)設(shè)備。

綜合以上方案和實(shí)際需求，第二種空調(diào)方案較優(yōu)，因此選擇第二種方案。

3 潔凈室空調(diào)的設(shè)備選擇

3.1 熱濕負(fù)荷計(jì)算分析

潔凈室的冷熱負(fù)荷主要來(lái)自于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻體、屋面、地面、外窗(本潔凈室無(wú)外門)以及室內(nèi)的用電設(shè)備、照明設(shè)備和人體的熱濕負(fù)荷。通過(guò)負(fù)荷分析軟件計(jì)算出冷熱負(fù)荷。經(jīng)計(jì)算總冷負(fù)荷為52.5 kW，總熱負(fù)荷為39.2 kW，最大加濕量為21.5 kg/h。

空調(diào)系統(tǒng)采用二次回風(fēng)設(shè)計(jì)，空氣處理過(guò)程的焓濕圖如圖3，圖4所示。

3.2 組合式空調(diào)機(jī)組的配置

根據(jù)第二種方案，計(jì)算后，選擇風(fēng)冷組合式空調(diào)機(jī)組，風(fēng)量14 000 m3/h，余壓700 Pa制冷量：60 kW,電加熱量：51 kW,加濕量:26 kg/h，總輸入功率115 kW/380 V。組合式空調(diào)機(jī)置于本棟樓緊臨二層建筑屋面，屋面用彩鋼板做一板房，用于放置空調(diào)及控制設(shè)備。通過(guò)送回風(fēng)管與潔凈室相連。組合式空調(diào)機(jī)組布置圖見圖5。空調(diào)系統(tǒng)流程圖見圖6。

4 潔凈區(qū)域的氣流組織

潔凈室的氣流流型主要分為三類：?jiǎn)蜗蛄鳌⒎菃蜗蛄骱突旌狭鳌榱私档凸こ淘靸r(jià)，減少能量消耗，本工程的氣流采用單向流和非單向流混合的混合流形式。送、回風(fēng)口的口部風(fēng)速控制在0.3 m/s～0.5 m/s之間，考慮到后期由于高效過(guò)濾器使用一段時(shí)間后阻力增加。風(fēng)速一般選擇在0.45 m/s左右。在保證室內(nèi)新鮮空氣量和潔凈區(qū)域一定正壓的前提下，為了節(jié)約能源，盡量利用回風(fēng)。

5 自動(dòng)控制

5.1 正壓控制

在保證不受外界環(huán)境影響下，潔凈室內(nèi)必須保持正壓狀態(tài)，潔凈室和室外以及潔凈室之間的正壓控制是保證室外以及潔凈級(jí)別低的空氣不進(jìn)入潔凈室的關(guān)鍵因素，否則，會(huì)導(dǎo)致潔凈室的含塵量加重，由于氣流的擾動(dòng)，導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)潔凈室內(nèi)的潔凈度。壓差大小選擇應(yīng)適當(dāng)，如果壓差過(guò)小，潔凈室的壓差很容易被破壞，進(jìn)而影響潔凈室的潔凈度，如果壓差過(guò)大，空調(diào)凈化系統(tǒng)的新風(fēng)量就會(huì)增大，導(dǎo)致空調(diào)負(fù)荷增加。

按照《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，潔凈區(qū)與走廊的正壓值控制在10 Pa以內(nèi)，但不小于5 Pa。壓差不宜過(guò)大，否則會(huì)導(dǎo)致門的開啟困難和空調(diào)能耗的增加。本潔凈室的正壓控制由以下來(lái)完成：

1)空調(diào)凈化系統(tǒng)的送風(fēng)量和回風(fēng)及新風(fēng)量之間的差值。

通過(guò)室內(nèi)外壓差傳感器來(lái)調(diào)節(jié)新風(fēng)閥門的開度來(lái)控制送入的新風(fēng)量，同時(shí)，為了維持風(fēng)量的恒定不變，就要調(diào)節(jié)回風(fēng)閥門的開度來(lái)控制回風(fēng)量。當(dāng)壓差低于設(shè)定值時(shí)，增加新風(fēng)量，減少回風(fēng)量，相反，當(dāng)高于設(shè)定值時(shí)，減少新風(fēng)量，增加回風(fēng)量。

2)潔凈房間和房間外之間的余壓閥。

余壓閥設(shè)于潔凈室外墻，位于潔凈氣流的下風(fēng)側(cè)，當(dāng)房間的壓差過(guò)大時(shí)，余壓閥自動(dòng)開啟，調(diào)節(jié)壓差。

5.2 空調(diào)系統(tǒng)控制

潔凈區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)自帶配電控制柜，新風(fēng)、送風(fēng)和回風(fēng)進(jìn)行連鎖控制，室內(nèi)設(shè)有控制面板，安裝于方便操作處，控制由設(shè)備集成。操作人員只要在室內(nèi)控制面板就能啟停和調(diào)節(jié)室內(nèi)溫、濕度。

6 末端空氣過(guò)濾設(shè)備的選擇

末端空氣過(guò)濾設(shè)備是凈化空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，是凈化空調(diào)系統(tǒng)的終端和凈化設(shè)備的核心。末端空氣過(guò)濾設(shè)備分為超低穿透率空氣過(guò)濾器和高效過(guò)濾器兩種，本潔凈室采用的為高效過(guò)濾器，在送風(fēng)口部和回風(fēng)口部均設(shè)置高效過(guò)濾器裝置。

7 結(jié)語(yǔ)

潔凈室對(duì)室內(nèi)的溫濕度和新風(fēng)都有較高的要求，要滿足室內(nèi)環(huán)境的要求，需要一個(gè)合理的設(shè)計(jì)方案，保證氣流從潔凈區(qū)流向非潔凈區(qū)，維持潔凈區(qū)有序的梯度壓力分布不變；一套高效節(jié)能可靠的空調(diào)設(shè)備，合理配置新風(fēng)、回風(fēng)和送風(fēng)，以及高效過(guò)濾器；一套有效可行的控制系統(tǒng)，控制好末端閥門、溫濕度探測(cè)器以及風(fēng)機(jī)、加濕加熱等設(shè)備，才能真正有效的控制潔凈區(qū)域的潔凈度。本工程已經(jīng)投入使用2年以上，運(yùn)行狀態(tài)良好。

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