潔凈室非單向流氣流組織形式及設(shè)計

如今、非單向流潔凈室是靠送風(fēng)潔凈氣流不斷稀釋室內(nèi)空氣，把室內(nèi)污染物逐漸排出。要想達到理想的污染控制效果，送風(fēng)潔凈氣流的擴散要快且均勻，這樣才能實現(xiàn)很好的稀釋作用。在實際應(yīng)用中，建筑空間特性，生產(chǎn)工藝要求等因素各不相同。

因此，非單向流氣流組織的形式也各不相同，目前常見的氣流組織形式如頂送雙側(cè)下回風(fēng)的經(jīng)典做法，高效過濾器送風(fēng)口處安裝擴散孑L板，使?jié)崈羲惋L(fēng)氣流作用范圍增大，擴散效果增強。雙側(cè)下回風(fēng)，氣流流線順暢，渦流區(qū)減少，室內(nèi)氣流得到了很好的稀釋。大家可以想象一下，若送風(fēng)量不變，沒有擴散孔板，氣流流線的形態(tài)如何？圖5-7所示的就是這種氣流組織形式。
潔凈送風(fēng)氣流的擴散效果減弱（只靠氣流的引帶作用來擴散），渦流區(qū)增大，氣流流線不暢，稀釋效果變差。很顯然，潔凈度也會降低?？磥須饬鹘M織設(shè)計，并非是只計算送風(fēng)量，布置送回風(fēng)口這么簡單，小小擴散孔板，竟有如此大的作用。這需要結(jié)合潔凈室原量進行思考。然而，擴散孔板也有缺點，當(dāng)潔凈室停用時，其板面內(nèi)側(cè)易積塵，所以，當(dāng)潔凈室停用一段時間重新用時，應(yīng)仔細擦洗擴散板。

圖5-8所示為帶擴散孔板的高效過濾器頂送，單側(cè)下回風(fēng)的氣流組織形態(tài)。與雙側(cè)下風(fēng)比較，未設(shè)置回風(fēng)口的一側(cè)靠墻處渦流區(qū)增大，由此看來，雙側(cè)下回風(fēng)要比單側(cè)下回風(fēng)；化效果好，為什么不全設(shè)計成雙側(cè)下回風(fēng)呢？雙側(cè)下回風(fēng)凈化效果固然好，但系統(tǒng)的復(fù)雜程度籌考慮多方面的因素。

例如：潔凈度級別、潔凈室平面尺寸、送風(fēng)口的數(shù)量、建筑圍護結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、生產(chǎn)工藝的性質(zhì)等。如果是1000級的潔凈室，潔凈室的平面尺寸再小，即使是改造工程（磚混土建結(jié)構(gòu)），也應(yīng)設(shè)計成雙側(cè)下回風(fēng)。

否則，潔凈度很難達標(biāo)；如果是10000級的潔凈室，若潔凈室寬度不大于3m，可采用 單側(cè)下回風(fēng)，回風(fēng)口應(yīng)布置在長邊墻面的下側(cè)，否則，應(yīng)雙側(cè)下回風(fēng)；如果是10萬級及以下級別的潔凈室， 原則上可做成單側(cè)下回風(fēng)，若潔凈室寬度大于5m，或 生產(chǎn)工藝中散發(fā)污染物（應(yīng)將污染物就地捕獲或及時排走），應(yīng)設(shè)計成雙側(cè)下回風(fēng)；這些熬據(jù)是作者多年在工程實踐中針對特定的送風(fēng)口布置形式經(jīng)統(tǒng)計得到的，在工程設(shè)計中應(yīng)靈活運用。

如在同樣的送風(fēng)量下，增加送風(fēng)口的數(shù)量，上述尺寸可酌情增大。如遇到寬度很大的潔凈室，即使?jié)崈舳容^低，如30萬級或更低，不僅需雙側(cè)下回風(fēng)，而且應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝的特點，想法在寬度方向的中間增設(shè)回風(fēng)口。看來，書籍中的各種氣流組織圖式并不是對各種級別的潔凈室都適用，還應(yīng)結(jié)合工藝特點、送風(fēng)口的數(shù)量、潔凈度級別、潔凈室的大小等因素靈活運用。如實驗動物房( SPF)，一般做法是采用圖5-6所示的氣流組織形式。

但這種形式籠架下層的實驗動物會受到其上層的污染，也就是說位于上層動物的污染會隨氣流穿過下層籠具污染下層的動物，若能在側(cè)墻的中部適當(dāng)高度（結(jié)合籠架高度）再增設(shè)回風(fēng)口的話，可減輕實驗動物相互間的污染。即讓送風(fēng)潔凈氣流擴散稀釋上層動物周圍的空氣后，及時從中間的回風(fēng)口排走。下層動物周圍的稀釋氣流從下部回風(fēng)口排走，系統(tǒng)雖稍顯復(fù)雜，但控制污染的效果非常好。

散流器頂送雙側(cè)下回風(fēng)，進入散流器的空氣是經(jīng)過高效過濾器處理過的，不要與一般空調(diào)的散流器送風(fēng)相混淆這種形式的氣流組織適用于層高較高的的潔凈室，特別是在冬天送熱風(fēng)時．比擴散孔板的效果要好。

其特點是把潔凈的空氣通過散流器很順暢地送入工作區(qū)，但這種系統(tǒng)形式，高效過濾器需在吊頂夾層中更換，很不方便。對于高大空間的潔凈車間，其實工作面也很低，主要是工藝設(shè)備較高。對這種潔凈室如果全室凈化，其送風(fēng)量很大，浪費很嚴重。作者主張，根據(jù)工藝特點，進行局部凈化。例如，乳制品車間工藝設(shè)備很高，但乳制品是在密閉的不銹鋼設(shè)備及管道內(nèi)流動，只有開口部位是需要重點保護的。在不影響工藝操作的前提下，可用實體材料或潔凈氣幕包圍開口的操作部位，在所包圍的空間內(nèi)做凈化，花錢不多，效果要好得多。高效送風(fēng)口側(cè)送，同側(cè)下回風(fēng)的氣流組織形式。適用于磚混結(jié)構(gòu)的改造工程及建筑層高較低的潔凈室工程。

對于混結(jié)構(gòu)的改造工程，由于其內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)大多屬承重墻，所以，墻上部開大洞將受到限制。這時可把送回風(fēng)總管布置于走廊的吊頂夾層內(nèi)，可利用走廊回風(fēng)（如果允許的話）或內(nèi)夾道回風(fēng)；對于建筑層高較低的建筑需要改造成潔凈室，由于吊頂夾層空間太小，不能安裝送風(fēng)口和管道，采用該形式的氣流組織，可利用走廊回風(fēng)，系統(tǒng)簡單，投資小，這種形式特別適合于地下建筑的改造‘引。上側(cè)送風(fēng)異側(cè)下回風(fēng)的氣流組織形式，這種形式適合于層高較低的建筑。

吊頂夾層空間較小，不滿足安裝送風(fēng)口及管道的條件，對于這種建筑，把送風(fēng)總管沿房間外墻布置，在房間內(nèi)墻下部安裝回風(fēng)口，利用走廊回風(fēng)。從氣流流線就可以看出凈化效果要比所示的氣流組織形式好，因為渦流區(qū)小。

也有人把這種氣流組織叫貫流式。作者曾把地下建筑改造成萬級的制劑室，在同樣的換氣次數(shù)條件下，該系統(tǒng)的凈化效果比上送下側(cè)回的凈化效果還好。若把送風(fēng)口的擴散孔板做成1/4的圓弧狀，就變成準(zhǔn)輻流（矢流）氣流組織形式這種形式可應(yīng)用于醫(yī)院潔凈手術(shù)室，青霉素分裝工藝，大輸液的灌裝工藝等場所。

所不同的是，送風(fēng)口不設(shè)擴散板，而設(shè)置阻尼孔板。希望送風(fēng)氣流不擴散或少擴散。有些工藝還采用垂簾或潔凈氣幕來限制送風(fēng)氣流的擴散。在潔凈手術(shù)室。這種大的送風(fēng)口叫送風(fēng)天花，在其下部就是手術(shù)床，也即手術(shù)區(qū)（主流區(qū)）。

周邊區(qū)的潔凈度低于手術(shù)區(qū)一個級別(I、Ⅱ、Ⅲ級手術(shù)室)，它是靠主流區(qū)的潔凈氣流的擴散來保證周邊區(qū)的潔凈度。在送風(fēng)天花周邊不再布置高效送風(fēng)口。

而在大輸液灌裝車間，局部百級的送風(fēng)面積占其所在潔凈室的面積的比例較小，所以，周圍通常需要布置高效送風(fēng)口來保證局部百級的背景潔凈度，而且局部百級送風(fēng)口一般都設(shè)置透明垂簾（有長有短），其目的是保證灌裝部位100級的潔凈度。

這件氣流組織形式回風(fēng)口的設(shè)置很有講究，不同的工藝有不同的方法。如I級潔凈手術(shù)室，要求雙側(cè)連續(xù)布置；Ⅱ、Ⅲ、lV級潔凈手術(shù)室應(yīng)雙側(cè)均勻布置。這里所說的均勻布置，是相只于主流區(qū)而言的，布置的回風(fēng)口使主流區(qū)內(nèi)的氣流少向平行于回風(fēng)口墻面的方向彎曲。

對大輸液局部百級回風(fēng)口位置的設(shè)置參見“層流罩的應(yīng)用”。對于非單向流氣流組織，在相關(guān)書籍中還可看到許多形式（有些在實際工程中很少用）。

作者一貫提倡學(xué)習(xí)要舉一反三，真正理解了氣流組織的內(nèi)涵，懂得氣流組織的影響隧素、怎樣影響，就可以在工程設(shè)計中以不變應(yīng)萬變。單向流氣流組織形式及設(shè)計單向流就是氣流以均勻的截面速度，沿著平行線以單一方向在整個截面上通過。

單向滴潔凈室就是靠潔凈送風(fēng)氣流的這種“活塞”般的平推作用，迅速把室內(nèi)污染排出。根據(jù)這個原理，很顯然，高效過濾器必須滿布，但由于過濾器有邊框以及吊頂安裝工藝的要求，真正地滿布是不現(xiàn)實的。

只要能達到我國《空氣潔凈技術(shù)措施》的規(guī)定，垂直單向流潔凈室滿布比不應(yīng)小于60%，水平單向流潔凈室不應(yīng)小于40%就認為滿足滿布的要求了。否則，就是局部單向流了。

單向流氣流組織的設(shè)計重點應(yīng)考慮：送風(fēng)高效過濾器的滿布比和回風(fēng)口形式，前者容易滿足，后者對單向流潔凈室的效果影響較大，在設(shè)計中應(yīng)引起足夠的重視。滿布高效過濾器送風(fēng)，整個地面格柵回風(fēng)的垂直單向流形式，是典型的垂直單向流，比對單向流潔凈室的原理，它符合度最高。對流線平行度和亂流度等指標(biāo)，滿足度最好。這種單向流潔凈室可以適用于任何生產(chǎn)工藝，即使生產(chǎn)工藝不斷改變，它也能很{好地滿足。但它的最大的缺點是造價高、格柵回風(fēng)地板結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

送風(fēng)吊頂?shù)陌惭b工作量很大，若用液槽密封結(jié)構(gòu)，造價較高，i但密封的可靠性高；若用密封墊擠壓式密封結(jié)構(gòu)，造價較低但密封性較差，過濾器安裝的技j術(shù)要求很高，一旦發(fā)生泄露，需拆下過濾器重新安裝，安裝難度較大，工程量也較大。

所以，把這種送風(fēng)吊頂改為所示形式，側(cè)布高效過濾器，頂棚阻尼層送風(fēng)。這種系統(tǒng)通過改變頂棚送風(fēng)結(jié)構(gòu)，降低了裝難度，節(jié)約了初投資。過濾器安裝在吊頂夾層靜壓箱的兩側(cè)，使安裝難度降低，更換也方便，采用阻尼層吊頂，使氣流均勻平行向下流動，這種阻尼層可采用不銹鋼孑L板制作，孔板的開孔率應(yīng)大于60%，若能在靜壓箱內(nèi)裝設(shè)阻尼孔板和導(dǎo)板，其均流效果更好。這是一種凈化效果很好而造價較低的氣流組織形式，其適用范圍同圖5-15所示的系統(tǒng)相同。
這種送風(fēng)頂棚的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在也應(yīng)于潔凈手術(shù)部的送風(fēng)天花中，無影燈吊桿處的密封變得很簡單。所示形式，格柵回風(fēng)地板結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，而且還給人的視覺以不適之感-，行走和放物尋三件都有不穩(wěn)之感，微小的零件又容易掉落到地板的下面。對這種回風(fēng)方式的改進，可采用全頂棚高效過濾器送風(fēng)，兩側(cè)下回風(fēng)。

這種回風(fēng)方式，使送風(fēng)氣流在潔凈室的下部發(fā)生了彎曲，故稱之為準(zhǔn)單向流潔凈室。它可以達到100級的潔凈度，但潔凈室的寬度應(yīng)不大于6m。設(shè)計．氣流組織時，雙側(cè)的回風(fēng)口應(yīng)連續(xù)布置且回風(fēng)口邊高度應(yīng)盡量低，使送風(fēng)氣流在較低標(biāo)高處彎曲。若彎曲處低于工作面，效果最好。選擇這種氣流組織形 送風(fēng)，兩側(cè)下回風(fēng)式的回風(fēng)口時，寬度以不大于200mm為好。

回風(fēng)口下邊的小標(biāo)高可做到100mm，故回風(fēng)口的上邊標(biāo)高以不大于300mm為好。若回風(fēng)面積除以回風(fēng)口的總長度大于200mm，這時按200mm的寬度校核回風(fēng)速度，若回風(fēng)速度未超過允許的上限值，回風(fēng)口寬度取為200mm。否則，應(yīng)按回風(fēng)速度允許的上限值計算其寬度。這種形式的氣流組織，也可采用側(cè)布高效過濾器，頂棚阻尼層送風(fēng)的結(jié)構(gòu)，其節(jié)約效果更加明顯。

水平單向流氣流組織，這種形式是典型的水平單向流。側(cè)墻滿布高效過濾器水平送風(fēng)，相對的墻面滿布粗效過濾器或孔板風(fēng)。沿氣流方向，潔凈度逐漸降低，利用這個特點，把潔凈度要求高的工藝布置于送風(fēng)口附近，要求低的工藝順氣流流向排列。

這種氣流組織形式適合于手術(shù)室。水平單向流所要求的建筑層高較垂直單向流要求的低，施工技術(shù)難度較低，造價比垂直單向流的潔凈室低。在工程應(yīng)用中，根據(jù)工藝特點，可靈活應(yīng)用，所示，回風(fēng)口設(shè)在側(cè)墻，氣流流線發(fā)生彎曲，拐角處出現(xiàn)渦流區(qū)，凈化效果不如圖的好，可用于房間尺寸較小的情況下。

也有在兩側(cè)墻設(shè)回風(fēng)口的氣流組織形式，單側(cè)墻設(shè)回風(fēng)口的氣流要均勻點，但其凈化效果遠不及所示的好。

作者不主張采用側(cè)墻開設(shè)回風(fēng)口的形式，因為水平單向流的回風(fēng)墻，大多采用孔板或粗（中）效過濾器，其價格要比垂直單向流的格柵地板低得多，做法也簡單得多，沒有必要造垂直單向流兩側(cè)墻下回風(fēng)的氣流形式。

即使房間長度尺寸較小，也不必采用側(cè)墻回風(fēng)，還是采用對面的墻回風(fēng)效果好，回風(fēng)夾道可做得窄一點為無回風(fēng)墻的水平單向流，高效過濾器送風(fēng)墻送出潔凈空氣后，水平氣流流向所在環(huán)境，經(jīng)過濾后再被風(fēng)機吸入。類似于水平流潔凈工作臺的空氣循環(huán)，它是靠空氣速度來防止污染的侵入（不是靠靜壓）。

這種潔凈室更便宜，也可做成移動式，適合于車間內(nèi)需潔凈環(huán)境裝配的工藝。潔凈環(huán)境和所在的周圍環(huán)境的溫濕度相同，這種系統(tǒng)大多采用兩級過濾，過濾器的使用時間將縮短。

以上介紹了非單向流和單向流常用的幾種氣流組織形式。在潔凈室工程設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)建筑形式、工藝特點等具體情況，靈活應(yīng)用上述氣流組織形式，若能派生出適宜的氣流組織形式，可謂已做到了舉一反三。

5.4潔凈室的設(shè)計計算潔凈室的設(shè)計計算包括空調(diào)負荷計算，風(fēng)量計算，潔凈度校核計算等內(nèi)容。5. 4.1 空調(diào)負荷計算潔凈室的空調(diào)負荷包括夏季冷負荷與冬季熱負荷。有人認為計算方法與一般空調(diào)負荷的計算方法相同。

其實，潔凈室的負荷計算與一般空調(diào)的負荷計算有許多區(qū)別。對于許多材料中推薦的負荷估算指標(biāo)，作者不知道這些估算指標(biāo)的詳細來源，在工程實踐中發(fā)現(xiàn)這些估算指標(biāo)比實負荷大很多。
對于一些沒有經(jīng)驗的設(shè)計人員，也許會受到估算指標(biāo)的影響而不相信自己的計算數(shù)據(jù)，進而加大安裕量，或者干脆套用估算指標(biāo)，這是非常有害的。在前幾年GMP認證后，許多制藥企業(yè)感嘆凈化空調(diào)系統(tǒng)能耗太大而用不起。

難道是凈化空調(diào)系統(tǒng)的錯誤嗎?
作者發(fā)現(xiàn)，無論是冷負荷還是送風(fēng)量都是層層加碼，導(dǎo)致機組、水泵、風(fēng)機等容量偏大很多。凈化空調(diào)比一般空調(diào)的能耗大是肯定的，但應(yīng)大的有依據(jù)。

當(dāng)前，對凈化空調(diào)的節(jié)能設(shè)計迫在眉睫。作者在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，有不少空調(diào)用戶在最熱月，實際用冷量是設(shè)計冷量的1/2~3/5。若把這樣的設(shè)計作為估算冷負荷指標(biāo)的統(tǒng)計源，其數(shù)據(jù)必然大很多。

所以，設(shè)計人員應(yīng)相信自己的計算，回訪自己的用戶，獲得真實的冷負荷指標(biāo)。

對于各種書籍中相互復(fù)制的冷負荷估算指標(biāo)應(yīng)科學(xué)對待，只有在工程設(shè)計初期估算造價時，有一點參考價值。在施工圖階段，應(yīng)采用計算出的冷負荷選擇設(shè)備。

空調(diào)負荷計算方法很多，目前有許多負荷計算的軟件，使負荷計算變得非常容易。在應(yīng)用軟件或手工計算負荷時，應(yīng)了解凈化空調(diào)與一般空調(diào)負荷計算的不同點。

計算軟件大多是針對一般空調(diào)而編制的，在計算潔凈室負荷時應(yīng)把圍護結(jié)構(gòu)的參數(shù)做一調(diào)整。

潔凈室的圍護結(jié)構(gòu)與一般空調(diào)的不同，它是在房子中套房子。外層房子就是土建結(jié)構(gòu)，可以是框架結(jié)構(gòu)加空心磚砌塊，也可以是磚混結(jié)構(gòu)，外墻、屋面的相關(guān)參數(shù)可在相關(guān)手冊中查得。套人內(nèi)層的房子是用符合潔凈室裝修要求的裝修材料建造的，這種裝修材料有快立墻板、輕鋼加人造板、輕鋼加經(jīng)噴涂的電解鋼板、還有彩鋼夾心復(fù)合板等。

而彩鋼夾心復(fù)合板的夾芯，可采用阻燃自熄聚苯乙烯板（現(xiàn)行規(guī)范禁用）、巖棉板、聚氨酯板、紙蜂窩板、鋁蜂窩板等材質(zhì)。

可見，這種兩層圍護結(jié)構(gòu)建造成的潔凈室，其建筑負荷很小。當(dāng)內(nèi)層材料的保溫性能好時（如彩鋼夾芯板），不透明圍護結(jié)構(gòu)引起的冷負荷可按穩(wěn)態(tài)傳熱計算（特別適合于手算），在一些特殊情況下甚至可以忽略不計（有一定經(jīng)驗后方可這么做）。不管是正壓潔凈室，還是負壓潔凈室，都不考慮冷風(fēng)滲透引起的負荷。

冷負荷系數(shù)法的計算步驟（這種方法非常適合手工計算）：
1．外墻、屋頂瞬變傳熱引起的冷負荷外墻、屋頂屬不透明圍護結(jié)構(gòu)，在日射和室外氣溫的共同作用下，由外墻、屋頂瞬變傳熱引起的逐時冷負荷均可按下式計算。CL= FK( ti。-t。) (5-1)式中CL-瞬變傳熱引起的逐時冷負荷(W)；F-外墻、屋面面積( 1112)；t?！覂?nèi)設(shè)計溫度(℃)；tln-外墻、屋面的冷負荷計算溫度的逐時值(℃)；計算時刻的選取和一般空調(diào)相同，通?？稍?時至18時中，每隔th取一個計算時刻。

有經(jīng)驗者可根據(jù)具體情況，減少計算的時刻點，如可從12時算至17時；K-外墻、屋面的傳熱系數(shù)[ W/( rri2．℃)]；如果潔凈室在內(nèi)區(qū)（無外墻），外墻引起的冷負荷為零；如果潔凈室靠近外墻，如圖5-1所示，傳熱系數(shù)的計算應(yīng)考慮內(nèi)、外圍護結(jié)構(gòu)之間空氣間隙的熱阻。