潔凈室非單向流氣流組織形式及設(shè)計(jì)

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(dá)到理想的污染控制效果，送風(fēng)潔凈氣流的擴(kuò)散要快且均勻，這樣才能實(shí)現(xiàn)很好的稀釋作用。在實(shí)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(kuò)散孑L板，使?jié)崈羲惋L(fēng)氣流作用范圍增大，擴(kuò)散效果增強(qiáng)。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(kuò)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(kuò)散效果減弱（只靠氣流的引帶作用來擴(kuò)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(huì)降低?？磥須饬鹘M織設(shè)計(jì)，并非是只計(jì)算送風(fēng)量，布置送回風(fēng)口這么簡單，小小擴(kuò)散孔板，竟有如此大的作用。這需要結(jié)合潔凈室原量進(jìn)行思考。然而，擴(kuò)散孔板也有缺點(diǎn)，當(dāng)潔凈室停用時(shí)，其板面內(nèi)側(cè)易積塵，所以，當(dāng)潔凈室停用一段時(shí)間重新用時(shí)，應(yīng)仔細(xì)擦洗擴(kuò)散板。

圖5-8所示為帶擴(kuò)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(jì)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(jí)別、潔凈室平面尺寸、送風(fēng)口的數(shù)量、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、生產(chǎn)工藝的性質(zhì)等。如果是1000級(jí)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(jì)成雙側(cè)下回風(fēng)。

否則，潔凈度很難達(dá)標(biāo)；如果是10000級(jí)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(jí)及以下級(jí)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(shí)排走），應(yīng)設(shè)計(jì)成雙側(cè)下回風(fēng)；這些熬據(jù)是作者多年在工程實(shí)踐中針對(duì)特定的送風(fēng)口布置形式經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到的，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)靈活運(yùn)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(jí)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(diǎn)，想法在寬度方向的中間增設(shè)回風(fēng)口?？磥?，書籍中的各種氣流組織圖式并不是對(duì)各種級(jí)別的潔凈室都適用，還應(yīng)結(jié)合工藝特點(diǎn)、送風(fēng)口的數(shù)量、潔凈度級(jí)別、潔凈室的大小等因素靈活運(yùn)用。如實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物會(huì)受到其上層的污染，也就是說位于上層動(dòng)物的污染會(huì)隨氣流穿過下層籠具污染下層的動(dòng)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物相互間的污染。即讓送風(fēng)潔凈氣流擴(kuò)散稀釋上層動(dòng)物周圍的空氣后，及時(shí)從中間的回風(fēng)口排走。下層動(dòng)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(jìn)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(shí)．比擴(kuò)散孔板的效果要好。

其特點(diǎn)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(duì)于高大空間的潔凈車間，其實(shí)工作面也很低，主要是工藝設(shè)備較高。對(duì)這種潔凈室如果全室凈化，其送風(fēng)量很大，浪費(fèi)很嚴(yán)重。作者主張，根據(jù)工藝特點(diǎn)，進(jìn)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(dòng)，只有開口部位是需要重點(diǎn)保護(hù)的。在不影響工藝操作的前提下，可用實(shí)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(duì)于混結(jié)構(gòu)的改造工程，由于其內(nèi)圍護(hù)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(shí)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(duì)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(duì)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?yàn)闇u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(jí)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(kuò)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(kuò)散板，而設(shè)置阻尼孔板。希望送風(fēng)氣流不擴(kuò)散或少擴(kuò)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(kuò)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(gè)級(jí)別(I、Ⅱ、Ⅲ級(jí)手術(shù)室)，它是靠主流區(qū)的潔凈氣流的擴(kuò)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(jí)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(jí)的背景潔凈度，而且局部百級(jí)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(jí)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(jí)潔凈手術(shù)室，要求雙側(cè)連續(xù)布置；Ⅱ、Ⅲ、lV級(jí)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(duì)大輸液局部百級(jí)回風(fēng)口位置的設(shè)置參見“層流罩的應(yīng)用”。對(duì)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(shí)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(jì)中以不變應(yīng)萬變。單向流氣流組織形式及設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)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(shí)的。

只要能達(dá)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(rèn)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(jì)重點(diǎn)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(duì)單向流潔凈室的效果影響較大，在設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠的重視。滿布高效過濾器送風(fēng)，整個(gè)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(duì)單向流潔凈室的原理，它符合度最高。對(duì)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(diǎn)是造價(jià)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(jià)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(jià)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(dòng)，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(jià)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(jià)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(duì)這種回風(fēng)方式的改進(jìn)，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(dá)到100級(jí)的潔凈度，但潔凈室的寬度應(yīng)不大于6m。設(shè)計(jì)．氣流組織時(shí)，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(shí)，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(shí)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(jì)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(duì)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(gè)特點(diǎn)，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(jià)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(diǎn)，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(diǎn)，但其凈化效果遠(yuǎn)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?yàn)樗絾蜗蛄鞯幕仫L(fēng)墻，大多采用孔板或粗（中）效過濾器，其價(jià)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(duì)面的墻回風(fēng)效果好，回風(fēng)夾道可做得窄一點(diǎn)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(jī)吸入。類似于水平流潔凈工作臺(tái)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(dòng)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(jí)過濾，過濾器的使用時(shí)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(jì)中，應(yīng)根據(jù)建筑形式、工藝特點(diǎn)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(jì)計(jì)算潔凈室的設(shè)計(jì)計(jì)算包括空調(diào)負(fù)荷計(jì)算，風(fēng)量計(jì)算，潔凈度校核計(jì)算等內(nèi)容。5. 4.1 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算潔凈室的空調(diào)負(fù)荷包括夏季冷負(fù)荷與冬季熱負(fù)荷。有人認(rèn)為計(jì)算方法與一般空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算方法相同。

其實(shí)，潔凈室的負(fù)荷計(jì)算與一般空調(diào)的負(fù)荷計(jì)算有許多區(qū)別。對(duì)于許多材料中推薦的負(fù)荷估算指標(biāo)，作者不知道這些估算指標(biāo)的詳細(xì)來源，在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這些估算指標(biāo)比實(shí)負(fù)荷大很多。
對(duì)于一些沒有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，也許會(huì)受到估算指標(biāo)的影響而不相信自己的計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)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(rèn)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(cuò)誤嗎?
作者發(fā)現(xiàn)，無論是冷負(fù)荷還是送風(fēng)量都是層層加碼，導(dǎo)致機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)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(duì)凈化空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)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(shí)際用冷量是設(shè)計(jì)冷量的1/2~3/5。若把這樣的設(shè)計(jì)作為估算冷負(fù)荷指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)源，其數(shù)據(jù)必然大很多。

所以，設(shè)計(jì)人員應(yīng)相信自己的計(jì)算，回訪自己的用戶，獲得真實(shí)的冷負(fù)荷指標(biāo)。

對(duì)于各種書籍中相互復(fù)制的冷負(fù)荷估算指標(biāo)應(yīng)科學(xué)對(duì)待，只有在工程設(shè)計(jì)初期估算造價(jià)時(shí)，有一點(diǎn)參考價(jià)值。在施工圖階段，應(yīng)采用計(jì)算出的冷負(fù)荷選擇設(shè)備。

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

計(jì)算軟件大多是針對(duì)一般空調(diào)而編制的，在計(jì)算潔凈室負(fù)荷時(shí)應(yīng)把圍護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)做一調(diào)整。

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

冷負(fù)荷系數(shù)法的計(jì)算步驟（這種方法非常適合手工計(jì)算）：
1．外墻、屋頂瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷外墻、屋頂屬不透明圍護(hù)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(shí)冷負(fù)荷均可按下式計(jì)算。CL= FK( ti。-t。) (5-1)式中CL-瞬變傳熱引起的逐時(shí)冷負(fù)荷(W)；F-外墻、屋面面積( 1112)；t?！覂?nèi)設(shè)計(jì)溫度(℃)；tln-外墻、屋面的冷負(fù)荷計(jì)算溫度的逐時(shí)值(℃)；計(jì)算時(shí)刻的選取和一般空調(diào)相同，通?？稍?時(shí)至18時(shí)中，每隔th取一個(gè)計(jì)算時(shí)刻。

有經(jīng)驗(yàn)者可根據(jù)具體情況，減少計(jì)算的時(shí)刻點(diǎn)，如可從12時(shí)算至17時(shí)；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(fù)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(jì)算應(yīng)考慮內(nèi)、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間空氣間隙的熱阻。