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凈技術與應用 

作為潔凈室控制系統的重要組成部分,暖通空調系統主要通過對生產環境的空氣溫度、濕度、懸浮粒子、微生物等的控制和監測,確保環境參數符合質量要求,避免空氣污染和交叉污染的發生,同時為操作人員提供舒適的環境。另外暖通空調系統還可起到減少和防止產品在生產過程中對作業人員造成的不利影響,并且保護周圍的環境。而對于潔凈室,一個清潔安全的空間環境則是空調系統設計中必須考慮的關鍵因素。

一、空調系統的劃分

1、按不同的產品劃分,主要為避免各產品交叉污染,或對凈化空調的要求不同。

2、按不同潔凈等級或溫濕度要求劃分,不同等級的潔凈室或溫濕度對室內環境的要求不同,通常A、B級應和C、D級房間分系統設置。

3、非凈化系統、中效凈化系統、高效凈化系統要分開設置,因兩者阻力相差太大,合于一個系統,阻力難于平衡。

4、單向流潔凈室與非單向流潔凈室應分開,因為換氣次數差別較大,合在一起送風溫差較大,采用再熱會消耗較大熱量,故宜分開設置。

5、按樓層、平面分區或工藝工段劃分,這樣可以允許有單獨運行部分生產工段,有利于節能。

6、有特殊要求或產生污染的環境要設獨立的空調系統,將高致敏性藥,避孕藥,疫苗,激素類、抗腫瘤類化學藥,強毒微生物藥,產生較多粉塵工段和其余工段分開等。

7、生產周期不同的須劃成不同系統,例如長時間生產工段和部分時間生產工段;或生產時間錯開;例如暫存儲藏區系統與生產區域分開。

二、空調熱源

1、熱源一般采用燃氣鍋爐,優先考慮城市熱力蒸汽。

2、從節能來看,鍋爐優先考慮熱水鍋爐,如果有加熱、加濕、消毒滅菌功能,選用蒸汽鍋爐。燃氣與燃油互為備用。

3、鍋爐房為丁類建筑,層高要高(至少7米到10米),鍋爐上方不能有房間,為獨立建筑,如果放置在廠房內,必須為無壓熱水鍋爐或者小于等于2t/h的蒸汽鍋爐。

4、鍋爐房必須設置值班室,化驗室(與值班室可以合用),軟水處理裝置,分汽缸,燃氣調壓站,定期與不定期排污膨脹罐,降溫池,排風,地溝,設備搬運檢修大門等。

5、鍋爐補水箱必須放置在高位,排煙風道保溫,必須設置泄爆口,排冷凝水管,設置煙氣節能器,以利節能。

6、鍋爐給水泵為多級泵,壓頭很高,可以手動備用,也可自動變頻運行。

7、鍋爐前后不能放置設備,最好左右放置,水處理設備距離鍋爐遠點,最好獨立房間設置。

8、鍋爐煙道最好每臺鍋爐獨立設置。

三、空調準源

1、水冷機組優于風冷機組,水冷機組出水溫度容易保證,適應于恒溫恒濕系統。

2、如果有蒸汽,優先考慮蒸汽溴化鋰制冷機組,但需要電制冷機組備用,能源的多樣性最為穩妥。

3、冷凍站最好全廠統一集中設置----動力中心,設置在全廠的負荷中心。

4、冷凍站層高要高(至少6米到9米),以便水管彎頭曲率半徑大,阻力小,運行費低,通透,檢修方便等;需要考慮搬運檢修大門,地溝、洗手池,值班室,衛生間,排風等。

5、冷凍機組最好靠外窗設置,考慮抽管檢修距離,水泵靠內墻布置。大泵考慮臥式泵,小泵考慮管道泵。

6、冷凍站的管道管徑大,荷載大,要結構專業設計混凝土梁布置大管,否則,需要立鋼柱固定,大管不能隨便吊掛在樓板梁下,除非結構考慮的吊掛荷載足夠大。一般吊掛荷載為2KN-3KN/m2,安全第一。

7、溴化鋰制冷機組的水泵最好獨立房間布置,以免水泵過熱。

8、主機冷量比末端冷量小15%-30%。

9、冷凍機房分、集水缸取消,采用梁下敷設方式,管道采用母管制分合水,閥門采用電動蝶閥,可以減少系統阻力,少占面積,方便操作。

10、冷卻塔設計富裕多一點,其主機冷量增大,可以推遲二臺主機同時開啟的時間,達到投資省節能明顯的效果。尤其注意從冷卻塔水池出來的水管為無壓管道(32oC),管道只能向下,萬萬不能向上彎。

四、空調末端設備選擇

1、必須設置獨立空調機房,無機房設計需要考慮噪聲、維修等問題。

2、空調機房的長度最好9米以上,要考慮搬運檢修大門。一層考慮土建基礎,二層以上考慮輕鋼基礎,基礎高度不小于150-200mm,基礎要注明施工方提供,否則,供貨商與施工方互相推諉。

3、空調機房的表冷段、加濕段要考慮地漏與排水管,不能只做排水管。

4、為了節能與溫濕度高的精度,新風需要集中處理,新風冷凍水供水溫度為5℃-7℃,循環機組為12℃-19℃。對有蒸汽或者對濕度要求很嚴格的用戶,新風可以采用轉輪去濕。

5、水管道的閥門不要布置在空調機組的上方,以免漏水影響空調機組。閥門不要布置在立管上,布置在水平管上,也盡量避免布置在風管下面。

6、防雨百葉風口比新風管大,為了減少雨水進入機組,可按下圖布置:

7、消聲器的設計:

在送、回風管及排風系統的吸風總管段上應采取消聲措施以滿足潔凈室內對噪聲的要求;在凈化空調系統的排風管或局部排風系統的排風管段上也應采取消聲措施,以滿足室外環境區域噪聲標準的要求。

消聲器一般布置在靠近機房的氣流穩定的管段上。當布置在機房內時,消聲器、檢查門及消聲器后至機房隔墻的那段風管必須有良好的隔聲措施;當布置在機房外臨近房間內時,應盡量靠近機房隔墻,而消聲器前至該隔墻的那段管(包括拐彎靜壓箱或彎頭)也應有良好隔聲措施,以免機房內的噪聲通過消聲器本身、檢查門及風管的不嚴密處再次傳入系統中,使消聲器輸出端口噪聲增高。

凈化系統采用微穿空板消聲器,空調系統采用阻抗復合型消聲器,排風系統采用管道式消聲器?消聲材料用不燃材料。

8、風量測壓孔的設計:

關于通風、凈化空調系統中的測壓孔在新風管、送風、回風總管段上根據需要,設置風量測壓孔。在系統中空氣過濾器前后應設置測壓孔或壓差計。在凈化空調系統中測壓孔是為了在凈化空調系統正式投入運行前需要對通風機及系統中的風壓、風量進行測定調整,以達到設計要求。在運行過程中有時需要檢測。在排風系統設測壓孔是為了檢測風管中有害氣體或粉塵的濃度。

如果不設測壓孔,檢測時不但費時費力,還會破壞漆膜容易腐蝕、污染風管,并且不易密封。

在空氣過濾器前后設測壓孔主要是為了檢測過濾器的阻力變化情況,當達到終阻力時及時更換或清洗。

在生物制藥項目,必須設置房間差壓計。

9、關于凈化空調系統的閥門設置:

新風段應設置電動密閉閥、調節閥,新風口要加防蟲網。

送、回風管段應設置調節閥。

潔凈室內的排風系統應設置調節閥、止回閥或電動密閉調節閥。

對于生物制藥要求高的用戶,可以設計定風量閥,變風壓量閥,以便保持室內正壓或負壓。

10、新風管設計:

新風口在外墻上布置,最好大小統一,以300mm為模式,例如可以是1200x600mm。

以最大的新風量考慮新風口大小,新風量不足送風量的30%,以60%-100%考慮,新風管徑、新風口均按60%-100%考慮尺寸。

11、回風管設計:

回風量為送風量的70%-90%,回風管徑與送風管徑一致;

回風量為送風量的30%-70%,回風管徑比送風管徑小一號。

12、高效送風口設計:

設計風量為額定送風量的60%-80%。

13、風機盤管選型要考慮負荷、功能、朝向等的差別,例如,辦公區與會議區的差別,有無玻璃幕墻房間的負荷差別,南北向、屋頂負荷差別。

例如:

· 一般辦公室冷量指標170W/m2

· 屋面辦公室200W/m2

· 會議室指標為250W/m2

· 屋面會議室300W/m2

以上指標為選用風機盤管指標,不用考慮新風的冷量。

14、新風量按衛生風量考慮,但換氣次數不小于1.5~3次/h。

15、計算機房設計精密空調器,其冷量指標為700W/m2以上,排煙考慮CO2滅火系統的密封性。

16、對于全年散發熱量的計算機房,有余熱的車間,其冷水需要獨立設置,而且設置四管制,冷熱盤管必須獨立分開。

17、北方地區防凍,防沙,防煤灰塵是凈化設計的重點解決的難點。

18、凈化系統為了壓差的平衡,風口、支管必須配閥門,散流器最好配風口閥,對于不同潔凈度,不同壓差、不同溫濕度的的送回風管不要設計為一個支管,而是從主管分別連接。

19、對無機房的大型空調器,吊掛在吊頂內,可采用變速控制或作一消聲室,把空調器罩在消聲室內,需要留出檢修空間。

20、空調機組內的電加熱器,無風斷電改為風機前后壓差斷電,斷電直接斷掉總開關,不要斷電加熱器繼電器(容易沾接而斷不開)。

更要注意:電加熱器需要絕緣接地、超溫報警斷電、壓差報警斷電措施三大保護措施,屬于強制性的規范。

電加熱器在夏季作為再熱,其電量大小考慮部分冷負荷,而不是最大冷負荷下計算。

21、新風接入風機盤管的支管蝶閥,可以采用壓力無關型的定風量閥,保證了新風量的平衡。

22、設計二次回風,但一次回風,表冷器設計按一次回風設計,這樣系統能滿足一、二次回風工況。

五、空調通風系統

1、重要的通風系統的風機必須備用。

重要設備的排風最好一對一獨立設置排風機。

2、直流式空調系統最好考慮熱回收。

3、熱排風穿過空調房間必須保溫。

4、電梯機房需要考慮通風與空調,通風換氣次數為50次/小時,空調采用分體風冷機組。

5、衛生間排風盡量采用土建豎井排風。

6、通風系統的材質根據排風性質決定。

7、小風管盡量采用圓風管,大風管可以采用矩形。

8、對于噪聲要求高的實驗樓,辦公樓等,風機采用消聲風機箱。

六、污染控制

在設計時還要充分考慮空氣品質對工序、設備、操作產生的不利影響。

首先確定污染源的位置。再根據污染源的位置、尺寸、產生方式、產生量確定排風方式,排風方式有小室排風、局部排風、全面排風。為了消除污染物,最好是將污染源封閉的小室排風,使小室相對于周圍環境負壓,但是這種方法往往是難以實現的,因為它常常不能與操作上的要求相協調。

其次是局部排風,在靠近污染源處捕集散發的污染物,排風裝置不僅要有必要的抽吸動力,還一定要有同污染物相適配的抽吸裝置。全面排風,這種方式需要較大的空氣量,對能源的浪費較大,因此只有在上述兩種方法無法實施時才予以考慮。排出的氣體還需要對有害物質進行處理首先要要確定有害氣體的種類、性質(物理性質和化學性質)、數量。

分析哪些需要單獨處理、哪些需防爆處理、哪些需要防腐處理、哪些需要防塵處理等等。如青霉素等高致敏性工序排風需單獨處理,乙醇等易燃易爆有機溶媒氣體需防爆處理、能產生化學反應的粉塵氣體不能合并處理、粉塵氣體不能與水蒸汽等濕氣合并處理、印刷等有異味的有機氣體要吸附處理、水蒸汽和腐蝕性氣體需要防腐處理等,需結合環評報告和工藝要求確定。

由于暖通空調系統最終是為工藝生產服務,所以空調系統劃分必須和工藝專業共同討論決定,需綜合工藝生產需求和暖通系統的特點。

七、空調新風量、送風量、回風量

1、新風量的確定

潔凈室內的新風補充量主要有三方面因素:

①補充系統內排風所需的新風量Lp;(m3/h)

②維持系統靜壓差所需的新風量Lz(m3/h)

③保證室內人員的新風需要Lxr《潔凈廠房設計規范》中要求:室內人員新風量不小于40m3/h.人

結合上述因素,潔凈凈化系統新風量Lx=∑Lp+Lz同時滿足≥Lxr的要求。

2、潔凈送風量的計算

①工程中潔凈室送風量可按照換氣次數來進行計算:

送風量=K×建筑空間體積;

K值為系數可從《潔凈廠房設計規范》中查取。

②潔凈室內消除余熱、余濕的送風量計算

余熱:送風量=3600×總熱負荷/1.2×空氣處理前后焓差

余濕:送風量=1000×總余濕量/1.2×空氣處理前后含濕量差

潔凈室送風量可取滿足上述要求所計算的最大值。

3、回風量

潔凈室的空調系統的回風量是該系統送風量與新風量之差,

即:回風量=送風量-新風量

八、設計原則

1、設計滿足國家現行的各種規范、地方標準、設計深度、符合審圖要求、業主的需求、設計經驗;

嚴格執行強制規范:消防,環保,職業健康安全,節能減排;(四大強規)

設計總說明需要對以上規范重點針對敘述,以滿足審圖的要求。

2、單獨預處理新風

據我們了解和通過與建筑科學研究院空調所專家的溝通,國內大部分專家學者都已傾向于新風單獨處理,這樣更利于壓差的控制、利于手術室的靈活使用、利于潔凈室溫濕度的控制,可防止凈化系統內的搶風以及由于將所有濕負荷交給集中新風處理而帶來的其他問題。

3、濕度優先與自控

濕度優先主要是為了防止系統內長期高濕產生霉變,系統設計上的保障是必不可少的。但對于房間內的溫濕度調控要求它是同時實現的,真正的恒溫恒濕控制器可以做到這一點,并不是管了濕度管不了溫度,上述說法只有在控制系統的溫、濕度控制器是單獨分開的兩個控制器或者一個控制器內有兩個獨立的過程控制程序時才有一定的道理。

4、冬季時也需要為凈化空調系統提供冷凍水

冬季仍需要為凈化空調系統提供冷凍水,但冷水機組并不是在時時制冷,只是在室外環境溫度較高或者室內熱負荷較大時才會自動工作。

5、夏季時,四管制凈化空調也需要熱水

夏季凈化空調最好能有熱水。因為高溫天氣下,機組優先除濕而使空氣過冷,需要熱補償而達到恒溫恒濕并且降低空氣的相對濕度。機組內雖設有電加熱補償,但一般設計值都較小,并且即使是分級啟動也不可能像熱水那樣易控熱量的大小,會影響送風溫度的穩定。

6、通過控制新、回風混合溫濕度,不能避免冷盤管過冷而造成冷熱平衡帶來的能耗問題機組的運行只可能聽命于一套溫濕度傳感系統,這套傳感系統只能是用于感知房間內溫濕度的,因為穩定控制房間內的溫濕度才是我們的最終目的。如果將傳感器置于新回風混合處,房間內的溫濕勢必會紊亂,任何一個空調系統都是維持一個特定服務區域內的溫濕度動態平衡,不可能在換熱器前后出現兩個平衡點。

7、每個專業密切配合,做好綜合,不只吊頂內管道要綜合,吊頂下也要綜合,各專業均要綜合,如果哪個專業要從別的專業的房間經過,要征求別的專業的同意,例如,內排雨水管從變電站經過,要詢問供電專業的意見;建筑專業做坡道,坡道經過基礎梁,要詢問結構專業基礎梁的高度,是否可行;

結構專業設計鋼結構的加固斜拉支撐,要考慮建筑專業的門是否被擋;外墻上留洞,要看建筑立面圖是否美觀。

九、節能與環保

1、空調器、FFU、風機、冷水機組、風冷熱泵機組、水泵等動力設備,選用節能型產品??照{機組采用變頻風機。

2、各凈化空調系統均設值班運行。風機采用變頻器,上班時風機正常運行,以維護潔凈室的潔凈度、溫、濕度和壓差穩定;下班后調整為低速值班模式運行,由壓差傳感器的信號自動調節新風電動風閥的開度,維持房間的正(負)壓并節約能源。

3、無污染的蒸汽凝結水回收,回收至鍋爐房給水。

4、自動控制

均采用計算機自動控制系統,對空調系統的溫度、相對濕度和壓差自動控制,對需溫濕度控制房間采用露點溫度控制冷凍水流量及加濕量,由溫度信號控制冷水及熱水閥,冷水閥開度綜合取露點和溫度信號輸出大值,對各種動力設備的運行狀態進行遠程監視,對冷庫、溫室的溫度進行遠程監視,保證各種動力設備在最佳狀態下運行,節約能量。

5、新風預處理

分集中新風預處理和分系統新風預處理,集中新風預處理在投資上較有優勢,但是可靠性較差,另外系統調節復雜;而分系統新風預處理可靠性較高,但機組較長,投資稍大,但系統調節簡單。

6、排風冷/熱量回收

通常有液體循環式,熱管熱回收等,液體循環式適用于新/排風嚴禁交叉污染的場合;熱管熱回收適用于對此要求稍低一些的場合。

7、二次回風

適合于室內濕負荷不大,由室內冷熱負荷計算所需風量得出的換氣次數小于由保證潔凈度所需換氣次數的場合,但不適合排風量變化較大的場合。


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