潔淨室非單向流氣流組織形式及設計
潔淨室非單向流氣流組織形式及設計
如今、非單向流潔淨室是靠送風潔淨氣流不斷稀釋室內(nei) 空氣，把室內(nei) 汙染物逐漸排出。要想達到理想的汙染控製效果，送風潔淨氣流的擴散要快且均勻，這樣才能實現很好的稀釋作用。在實際應用中，建築空間特性，生產(chan) 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(ce) 下回風的經典做法，高效過濾器送風口處安裝擴散孑L板，使潔淨送風氣流作用範圍增大，擴散效果增強。雙側(ce) 下回風，氣流流線順暢，渦流區減少，室內(nei) 氣流得到了很好的稀釋。大家可以想象一下，若送風量不變，沒有擴散孔板，氣流流線的形態如何？圖5-7所示的就是這種氣流組織形式。
潔淨送風氣流的擴散效果減弱（隻靠氣流的引帶作用來擴散），渦流區增大，氣流流線不暢，稀釋效果變差。很顯然，潔淨度也會(hui) 降低。看來氣流組織設計，並非是隻計算送風量，布置送回風口這麽(me) 簡單，小小擴散孔板，竟有如此大的作用。這需要結合潔淨室原量進行思考。然而，擴散孔板也有缺點，當潔淨室停用時，其板麵內(nei) 側(ce) 易積塵，所以，當潔淨室停用一段時間重新用時，應仔細擦洗擴散板。
圖5-8所示為(wei) 帶擴散孔板的高效過濾器頂送，單側(ce) 下回風的氣流組織形態。與(yu) 雙側(ce) 下風比較，未設置回風口的一側(ce) 靠牆處渦流區增大，由此看來，雙側(ce) 下回風要比單側(ce) 下回風；化效果好，為(wei) 什麽(me) 不全設計成雙側(ce) 下回風呢？雙側(ce) 下回風淨化效果固然好，但係統的複雜程度籌考慮多方麵的因素。
例如：潔淨度級別、潔淨室平麵尺寸、送風口的數量、建築圍護結構的性質、生產(chan) 工藝的性質等。如果是1000級的潔淨室，潔淨室的平麵尺寸再小，即使是改造工程（磚混土建結構），也應設計成雙側(ce) 下回風。
否則，潔淨度很難達標；如果是10000級的潔淨室，若潔淨室寬度不大於(yu) 3m，可采用 單側(ce) 下回風，回風口應布置在長邊牆麵的下側(ce) ，否則，應雙側(ce) 下回風；如果是10萬(wan) 級及以下級別的潔淨室， 原則上可做成單側(ce) 下回風，若潔淨室寬度大於(yu) 5m，或 生產(chan) 工藝中散發汙染物（應將汙染物就地捕獲或及時排走），應設計成雙側(ce) 下回風；這些熬據是作者多年在工程實踐中針對特定的送風口布置形式經統計得到的，在工程設計中應靈活運用。
如在同樣的送風量下，增加送風口的數量，上述尺寸可酌情增大。如遇到寬度很大的潔淨室，即使潔淨度較低，如30萬(wan) 級或更低，不僅(jin) 需雙側(ce) 下回風，而且應根據生產(chan) 工藝的特點，想法在寬度方向的中間增設回風口。看來，書(shu) 籍中的各種氣流組織圖式並不是對各種級別的潔淨室都適用，還應結合工藝特點、送風口的數量、潔淨度級別、潔淨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(hui) 受到其上層的汙染，也就是說位於(yu) 上層動物的汙染會(hui) 隨氣流穿過下層籠具汙染下層的動物，若能在側(ce) 牆的中部適當高度（結合籠架高度）再增設回風口的話，可減輕實驗動物相互間的汙染。即讓送風潔淨氣流擴散稀釋上層動物周圍的空氣後，及時從(cong) 中間的回風口排走。下層動物周圍的稀釋氣流從(cong) 下部回風口排走，係統雖稍顯複雜，但控製汙染的效果非常好。
散流器頂送雙側(ce) 下回風，進入散流器的空氣是經過高效過濾器處理過的，不要與(yu) 一般空調的散流器送風相混淆這種形式的氣流組織適用於(yu) 層高較高的的潔淨室，特別是在冬天送熱風時．比擴散孔板的效果要好。
其特點是把潔淨的空氣通過散流器很順暢地送入工作區，但這種係統形式，高效過濾器需在吊頂夾層中更換，很不方便。對於(yu) 高大空間的潔淨車間，其實工作麵也很低，主要是工藝設備較高。對這種潔淨室如果全室淨化，其送風量很大，浪費很嚴(yan) 重。作者主張，根據工藝特點，進行局部淨化。例如，乳製品車間工藝設備很高，但乳製品是在密閉的不鏽鋼設備及管道內(nei) 流動，隻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(ti) 材料或潔淨氣幕包圍開口的操作部位，在所包圍的空間內(nei) 做淨化，花錢不多，效果要好得多。高效送風口側(ce) 送，同側(ce) 下回風的氣流組織形式。適用於(yu) 磚混結構的改造工程及建築層高較低的潔淨室工程。
對於(yu) 混結構的改造工程，由於(yu) 其內(nei) 圍護結構大多屬承重牆，所以，牆上部開大洞將受到限製。這時可把送回風總管布置於(yu) 走廊的吊頂夾層內(nei) ，可利用走廊回風（如果允許的話）或內(nei) 夾道回風；對於(yu) 建築層高較低的建築需要改造成潔淨室，由於(yu) 吊頂夾層空間太小，不能安裝送風口和管道，采用該形式的氣流組織，可利用走廊回風，係統簡單，投資小，這種形式特別適合於(yu) 地下建築的改造‘引。上側(ce) 送風異側(ce) 下回風的氣流組織形式，這種形式適合於(yu) 層高較低的建築。
吊頂夾層空間較小，不滿足安裝送風口及管道的條件，對於(yu) 這種建築，把送風總管沿房間外牆布置，在房間內(nei) 牆下部安裝回風口，利用走廊回風。從(cong) 氣流流線就可以看出淨化效果要比所示的氣流組織形式好，因為(wei) 渦流區小。
也有人把這種氣流組織叫貫流式。作者曾把地下建築改造成萬(wan) 級的製劑室，在同樣的換氣次數條件下，該係統的淨化效果比上送下側(ce) 回的淨化效果還好。若把送風口的擴散孔板做成1/4的圓弧狀，就變成準輻流（矢流）氣流組織形式這種形式可應用於(yu) 醫院潔淨手術室，青黴素分裝工藝，大輸液的灌裝工藝等場所。
所不同的是，送風口不設擴散板，而設置阻尼孔板。希望送風氣流不擴散或少擴散。有些工藝還采用垂簾或潔淨氣幕來限製送風氣流的擴散。在潔淨手術室。這種大的送風口叫送風天花，在其下部就是手術床，也即手術區（主流區）。
周邊區的潔淨度低於(yu) 手術區一個(ge) 級別(I、Ⅱ、Ⅲ級手術室)，它是靠主流區的潔淨氣流的擴散來保證周邊區的潔淨度。在送風天花周邊不再布置高效送風口。
而在大輸液灌裝車間，局部百級的送風麵積占其所在潔淨室的麵積的比例較小，所以，周圍通常需要布置高效送風口來保證局部百級的背景潔淨度，而且局部百級送風口一般都設置透明垂簾（有長有短），其目的是保證灌裝部位100級的潔淨度。
這件氣流組織形式回風口的設置很有講究，不同的工藝有不同的方法。如I級潔淨手術室，要求雙側(ce) 連續布置；Ⅱ、Ⅲ、lV級潔淨手術室應雙側(ce) 均勻布置。這裏所說的均勻布置，是相隻於(yu) 主流區而言的，布置的回風口使主流區內(nei) 的氣流少向平行於(yu) 回風口牆麵的方向彎曲。
對大輸液局部百級回風口位置的設置參見“層流罩的應用”。對於(yu) 非單向流氣流組織，在相關(guan) 書(shu) 籍中還可看到許多形式（有些在實際工程中很少用）。
作者一貫提倡學習(xi) 要舉(ju) 一反三，真正理解了氣流組織的內(nei) 涵，懂得氣流組織的影響隧素、怎樣影響，就可以在工程設計中以不變應萬(wan) 變。單向流氣流組織形式及設計單向流就是氣流以均勻的截麵速度，沿著平行線以單一方向在整個(ge) 截麵上通過。
單向滴潔淨室就是靠潔淨送風氣流的這種“活塞”般的平推作用，迅速把室內(nei) 汙染排出。根據這個(ge) 原理，很顯然，高效過濾器必須滿布，但由於(yu) 過濾器有邊框以及吊頂安裝工藝的要求，真正地滿布是不現實的。
隻要能達到我國《空氣潔淨技術措施》的規定，垂直單向流潔淨室滿布比不應小於(yu) 60%，水平單向流潔淨室不應小於(yu) 40%就認為(wei) 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計重點應考慮：送風高效過濾器的滿布比和回風口形式，前者容易滿足，後者對單向流潔淨室的效果影響較大，在設計中應引起足夠的重視。滿布高效過濾器送風，整個(ge) 地麵格柵回風的垂直單向流形式，是典型的垂直單向流，比對單向流潔淨室的原理，它符合度最高。對流線平行度和亂(luan) 流度等指標，滿足度最好。這種單向流潔淨室可以適用於(yu) 任何生產(chan) 工藝，即使生產(chan) 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(jia) 高、格柵回風地板結構複雜。
送風吊頂的安裝工作量很大，若用液槽密封結構，造價(jia) 較高，i但密封的可靠性高；若用密封墊擠壓式密封結構，造價(jia) 較低但密封性較差，過濾器安裝的技j術要求很高，一旦發生泄露，需拆下過濾器重新安裝，安裝難度較大，工程量也較大。
所以，把這種送風吊頂改為(wei) 所示形式，側(ce) 布高效過濾器，頂棚阻尼層送風。這種係統通過改變頂棚送風結構，降低了裝難度，節約了初投資。過濾器安裝在吊頂夾層靜壓箱的兩(liang) 側(ce) ，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鏽鋼孑L板製作，孔板的開孔率應大於(yu) 60%，若能在靜壓箱內(nei) 裝設阻尼孔板和導板，其均流效果更好。這是一種淨化效果很好而造價(jia) 較低的氣流組織形式，其適用範圍同圖5-15所示的係統相同。
這種送風頂棚的結構現在也應於(yu) 潔淨手術部的送風天花中，無影燈吊杆處的密封變得很簡單。所示形式，格柵回風地板結構複雜、造價(jia) 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之感，微小的零件又容易掉落到地板的下麵。對這種回風方式的改進，可采用全頂棚高效過濾器送風，兩(liang) 側(ce) 下回風。
這種回風方式，使送風氣流在潔淨室的下部發生了彎曲，故稱之為(wei) 準單向流潔淨室。它可以達到100級的潔淨度，但潔淨室的寬度應不大於(yu) 6m。設計．氣流組織時，雙側(ce) 的回風口應連續布置且回風口邊高度應盡量低，使送風氣流在較低標高處彎曲。若彎曲處低於(yu) 工作麵，效果最好。選擇這種氣流組織形 送風，兩(liang) 側(ce) 下回風式的回風口時，寬度以不大於(yu) 200mm為(wei) 好。
回風口下邊的小標高可做到100mm，故回風口的上邊標高以不大於(yu) 300mm為(wei) 好。若回風麵積除以回風口的總長度大於(yu) 200mm，這時按200mm的寬度校核回風速度，若回風速度未超過允許的上限值，回風口寬度取為(wei) 200mm。否則，應按回風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(ce) 布高效過濾器，頂棚阻尼層送風的結構，其節約效果更加明顯。
水平單向流氣流組織，這種形式是典型的水平單向流。側(ce) 牆滿布高效過濾器水平送風，相對的牆麵滿布粗效過濾器或孔板風。沿氣流方向，潔淨度逐漸降低，利用這個(ge) 特點，把潔淨度要求高的工藝布置於(yu) 送風口附近，要求低的工藝順氣流流向排列。
這種氣流組織形式適合於(yu) 手術室。水平單向流所要求的建築層高較垂直單向流要求的低，施工技術難度較低，造價(jia) 比垂直單向流的潔淨室低。在工程應用中，根據工藝特點，可靈活應用，所示，回風口設在側(ce) 牆，氣流流線發生彎曲，拐角處出現渦流區，淨化效果不如圖的好，可用於(yu) 房間尺寸較小的情況下。
也有在兩(liang) 側(ce) 牆設回風口的氣流組織形式，單側(ce) 牆設回風口的氣流要均勻點，但其淨化效果遠不及所示的好。
作者不主張采用側(ce) 牆開設回風口的形式，因為(wei) 水平單向流的回風牆，大多采用孔板或粗（中）效過濾器，其價(jia) 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(liang) 側(ce) 牆下回風的氣流形式。
即使房間長度尺寸較小，也不必采用側(ce) 牆回風，還是采用對麵的牆回風效果好，回風夾道可做得窄一點為(wei) 無回風牆的水平單向流，高效過濾器送風牆送出潔淨空氣後，水平氣流流向所在環境，經過濾後再被風機吸入。類似於(yu) 水平流潔淨工作台的空氣循環，它是靠空氣速度來防止汙染的侵入（不是靠靜壓）。
這種潔淨室更便宜，也可做成移動式，適合於(yu) 車間內(nei) 需潔淨環境裝配的工藝。潔淨環境和所在的周圍環境的溫濕度相同，這種係統大多采用兩(liang) 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。在潔淨室工程設計中，應根據建築形式、工藝特點等具體(ti) 情況，靈活應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(ju) 一反三。
5.4潔淨室的設計計算潔淨室的設計計算包括空調負荷計算，風量計算，潔淨度校核計算等內(nei) 容。5. 4.1 空調負荷計算潔淨室的空調負荷包括夏季冷負荷與(yu) 冬季熱負荷。有人認為(wei) 計算方法與(yu) 一般空調負荷的計算方法相同。
其實，潔淨室的負荷計算與(yu) 一般空調的負荷計算有許多區別。對於(yu) 許多材料中推薦的負荷估算指標，作者不知道這些估算指標的詳細來源，在工程實踐中發現這些估算指標比實負荷大很多。
對於(yu) 一些沒有經驗的設計人員，也許會(hui) 受到估算指標的影響而不相信自己的計算數據，進而加大安裕量，或者幹脆套用估算指標，這是非常有害的。在前幾年GMP認證後，許多製藥企業(ye) 感歎淨化空調係統能耗太大而用不起。
難道是淨化空調係統的錯誤嗎?
作者發現，無論是冷負荷還是送風量都是層層加碼，導致機組、水泵、風機等容量偏大很多。淨化空調比一般空調的能耗大是肯定的，但應大的有依據。
當前，對淨化空調的節能設計迫在眉睫。作者在調研中發現，有不少空調用戶在最熱月，實際用冷量是設計冷量的1/2~3/5。若把這樣的設計作為(wei) 估算冷負荷指標的統計源，其數據必然大很多。
所以，設計人員應相信自己的計算，回訪自己的用戶，獲得真實的冷負荷指標。
對於(yu) 各種書(shu) 籍中相互複製的冷負荷估算指標應科學對待，隻有在工程設計初期估算造價(jia) 時，有一點參考價(jia) 值。在施工圖階段，應采用計算出的冷負荷選擇設備。
空調負荷計算方法很多，目前有許多負荷計算的軟件，使負荷計算變得非常容易。在應用軟件或手工計算負荷時，應了解淨化空調與(yu) 一般空調負荷計算的不同點。
計算軟件大多是針對一般空調而編製的，在計算潔淨室負荷時應把圍護結構的參數做一調整。
潔淨室的圍護結構與(yu) 一般空調的不同，它是在房子中套房子。外層房子就是土建結構，可以是框架結構加空心磚砌塊，也可以是磚混結構，外牆、屋麵的相關(guan) 參數可在相關(guan) 手冊(ce) 中查得。套人內(nei) 層的房子是用符合潔淨室裝修要求的裝修材料建造的，這種裝修材料有快立牆板、輕鋼加人造板、輕鋼加經噴塗的電解鋼板、還有彩鋼夾心複合板等。
而彩鋼夾心複合板的夾芯，可采用阻燃自熄聚苯乙烯板（現行規範禁用）、岩棉板、聚氨酯板、紙蜂窩板、鋁蜂窩板等材質。
可見，這種兩(liang) 層圍護結構建造成的潔淨室，其建築負荷很小。當內(nei) 層材料的保溫性能好時（如彩鋼夾芯板），不透明圍護結構引起的冷負荷可按穩態傳(chuan) 熱計算（特別適合於(yu) 手算），在一些特殊情況下甚至可以忽略不計（有一定經驗後方可這麽(me) 做）。不管是正壓潔淨室，還是負壓潔淨室，都不考慮冷風滲透引起的負荷。
冷負荷係數法的計算步驟（這種方法非常適合手工計算）：
1．外牆、屋頂瞬變傳(chuan) 熱引起的冷負荷外牆、屋頂屬不透明圍護結構，在日射和室外氣溫的共同作用下，由外牆、屋頂瞬變傳(chuan) 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(chuan) 熱引起的逐時冷負荷(W)；F-外牆、屋麵麵積( 1112)；t。——室內(nei) 設計溫度(℃)；tln-外牆、屋麵的冷負荷計算溫度的逐時值(℃)；計算時刻的選取和一般空調相同，通常可在8時至18時中，每隔th取一個(ge) 計算時刻。
有經驗者可根據具體(ti) 情況，減少計算的時刻點，如可從(cong) 12時算至17時；K-外牆、屋麵的傳(chuan) 熱係數[ W/( rri2．℃)]；如果潔淨室在內(nei) 區（無外牆），外牆引起的冷負荷為(wei) 零；如果潔淨室靠近外牆，如圖5-1所示，傳(chuan) 熱係數的計算應考慮內(nei) 、外圍護結構之間空氣間隙的熱阻。