淺談低濕度潔凈室空調(diào)設(shè)計(jì)案例

廈門艾德航空工業(yè)園傳感器件有限公司于2003年在廈門成立，是英國(guó)Meggitt集團(tuán)下屬的電子事業(yè)部設(shè)立的獨(dú)資子公司，公司主要制造高精密傳感器和控制（control)器零部件以及其它電子元器件。生產(chǎn)廠房坐落在湖里區(qū)高崎南五路艾德工業(yè)園內(nèi)。
1.項(xiàng)目概況
本項(xiàng)目潔凈室設(shè)在廠房二層內(nèi)區(qū)，廠房二層層高為5.8m，其中潔凈室面積905?，人員更衣室面積為48?，潔凈室四周及頂板均采用50mm厚內(nèi)夾巖棉板的彩鋼板，地板采用環(huán)氧自流平(Self leveling)地面，潔凈車間凈高3m，上班人員共185人，人員更完潔凈服后通過風(fēng)淋通道進(jìn)入潔凈室，潔凈室物料通過帶氣閘傳遞（transmission)窗進(jìn)出。
2.設(shè)計(jì)參數(shù)(parameter)
2.1室外設(shè)計(jì)主要參數(shù)
夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度（temperature)：33.4℃，濕球溫度：27.6℃。
冬季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度：6℃，相對(duì)濕度：73%。
2.2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)(parameter)要求如下表1所示：
表1
3.室內(nèi)熱濕負(fù)荷
本項(xiàng)目潔凈區(qū)的夏季計(jì)算得熱量主要由內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入的熱量、人體散熱量、照明和室內(nèi)工藝設(shè)備的散熱量構(gòu)成；濕負(fù)荷主要是工作人員散濕量；由于潔凈室工作時(shí)間、人員數(shù)量固定，設(shè)備和照明全天使用，以上冷負(fù)荷和濕負(fù)荷均可采用穩(wěn)定傳熱方法計(jì)算確定，經(jīng)計(jì)算，潔凈區(qū)域的夏季余熱為210kw，余濕為27.85kg/h,其中余濕按輕勞動(dòng)考慮，群集系數(shù)取0.9。由于潔凈區(qū)在內(nèi)區(qū)，設(shè)備、照明及人員的發(fā)熱及散濕在冬季均作為有利因素來考慮，潔凈區(qū)的冬季加熱量和加濕量主要考慮室外新風(fēng)部分。
4.潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1空調(diào)系統(tǒng)確定
考慮到潔凈區(qū)主要是一個(gè)潔凈度等級(jí)為8級(jí)潔凈車間和一個(gè)9級(jí)的更衣室，雖潔凈度等級(jí)和溫室度要求不同，由于更衣室面積小，與潔凈室設(shè)計(jì)共用一套空調(diào)系統(tǒng)，空氣凈化采用三級(jí)過濾方式，粗效和中效過濾器設(shè)置在空調(diào)箱體內(nèi)，用于保護(hù)設(shè)置在潔凈區(qū)吊頂內(nèi)的高效過濾器。
4.2氣流組織及潔凈室壓差控制（control)
由于潔凈室為大開間區(qū)域，結(jié)合工藝布置要求，四周無法采用側(cè)壁下部設(shè)百葉回風(fēng)口，只能采用吊頂百葉回風(fēng)的方式，車間內(nèi)有兩排柱子，利用柱子外包彩鋼板形成回風(fēng)柱，包柱彩鋼板壁面四周下部距地150mm高均設(shè)雙層百葉回風(fēng)口，潔凈室采用的是頂送，兩側(cè)頂回，中間局部（part)下回的氣流組織，更衣間采用頂送頂回的氣流組織，整個(gè)潔凈區(qū)的送風(fēng)口布置盡量均勻，不出現(xiàn)送風(fēng)死角，并盡量讓室內(nèi)的發(fā)塵區(qū)域處在氣流的回流區(qū)，通過三級(jí)過濾后的潔凈空氣來稀釋室內(nèi)空氣，從而達(dá)到潔凈度等級(jí)要求；為了有效保證潔凈度，潔凈室與周圍的空間必須維持一定的壓差，不同等級(jí)的潔凈室及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間維持5Pa壓差，潔凈區(qū)與室外的壓差為10Pa。更衣間和潔凈室與室外的壓差分別?。?0Pa，15Pa。潔凈室圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用巖棉(stone wool)彩鋼板通過陰陽角拼接，縫隙用玻璃膠密封，潔凈室的門四周均帶密封條，關(guān)閉時(shí)通過室內(nèi)正壓受力密封，因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)密性好，維持壓差所需的風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內(nèi)空氣的流通量)，可按每5Pa壓差取1次/h換氣計(jì)算確定，并且在潔凈室與更衣間及更衣間與非潔凈區(qū)通過設(shè)單向型余壓閥來調(diào)節(jié)壓差。
4.3送風(fēng)量和新風(fēng)量確定
4.3.1送風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內(nèi)空氣的流通量)的計(jì)算
根據(jù)潔凈室和更衣間要求的潔凈度等級(jí)，以及本項(xiàng)目室內(nèi)熱濕負(fù)荷較小，可按換氣次數(shù)法計(jì)算送風(fēng)量，潔凈室換氣次數(shù)取18次/h,更衣間換氣次數(shù)取15次/h，通過計(jì)算，空調(diào)系統(tǒng)總送風(fēng)量：51000m3/h。
4.3.2新風(fēng)量的計(jì)算
根據(jù)規(guī)范要求，新風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內(nèi)空氣的流通量)應(yīng)取下列大值：
（1）室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓所需的新風(fēng)量要求。
（2）室內(nèi)每人所需不小于40m3/h的新風(fēng)量要求。
潔凈車間工藝排風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內(nèi)空氣的流通量)為2000m3/h，維持正壓所需風(fēng)量8145m3/h，按滿足人員新風(fēng)要求所需的風(fēng)量為7400m3/h，通過比較，可確定新風(fēng)量取10145m3/h，大于總送風(fēng)量的10%，符合相關(guān)規(guī)范要求。潔凈手術(shù)室裝修手術(shù)室的空氣；手術(shù)所需的物品；醫(yī)生護(hù)士的手指及病人的皮膚，防止感染，確保手術(shù)成功率。要求設(shè)計(jì)合理，設(shè)備齊全，護(hù)士工作反應(yīng)靈敏、快捷，有高效的工作效率。手術(shù)室要有一套嚴(yán)格合理的規(guī)章制度和無菌操作規(guī)范。隨著外科技術(shù)飛速發(fā)展，手術(shù)室工作日趨現(xiàn)代化。
4.4空氣處理方案的確定
空氣處理過程：夏季是降溫除濕，冬季是加熱加濕，通過上述計(jì)算確定的夏季室內(nèi)余熱余濕及風(fēng)量，由于潔凈室內(nèi)空氣濕度要求較低，夏季新風(fēng)占的熱濕負(fù)荷比重大，為了滿足室內(nèi)濕度要求，用低溫供水二次表冷除濕的方式來保證室內(nèi)溫濕度的要求，經(jīng)過二次表冷后的空氣溫度（temperature)很低，因此采用較節(jié)能的二次回風(fēng)方式來保證室內(nèi)送風(fēng)溫度的要求，具體流程如下圖1所示：
圖1空氣處理流程
根據(jù)以上空氣處理流程，可確定空氣處理機(jī)組各組合段布置如下圖2所示：
圖2空氣處理機(jī)組各組合段布置圖
4.5 組合式空調(diào)機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)確定
4.5.1新風(fēng)表冷器冷量計(jì)算
根據(jù)上述空氣處理方案，新風(fēng)經(jīng)一級(jí)表冷處理到室內(nèi)等溫點(diǎn)，根據(jù)下圖3用焓濕圖表示的空氣處理過程， L1點(diǎn)即新風(fēng)經(jīng)表冷處理后的狀態(tài)點(diǎn)（t=24℃與?=95%的交點(diǎn)），查焓濕圖 hL1=71.2kJ/kg，hW=89.3kJ/kg，新風(fēng)處理冷量：
QX=ρGX(hW-hL1)=1.2×10145（89.3-71.2）/3600=61.2kw （1）
式中GX為新風(fēng)量(定義:單位時(shí)間內(nèi)空氣的流通量)，單位：m3/h；ρ為空氣密度，本項(xiàng)目計(jì)算ρ值均取1.2kg/m3。
4.5.2二級(jí)表冷器冷量的計(jì)算
二級(jí)表冷器冷量的確定相對(duì)復(fù)雜一些，如下圖3所示，先確定一次回風(fēng)與新風(fēng)混合完經(jīng)二級(jí)表冷處理后的狀態(tài)點(diǎn)L2，根據(jù)室內(nèi)余熱余濕，可確定出熱濕比：
ε=Q/W=210×3600/27.85=27145.4 （2）
式中Q為余熱，單位：kw；W為余濕，單位：kg/s；
通過做室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N做ε線與?=95%的交點(diǎn)即為L(zhǎng)2點(diǎn)，查焓濕圖hL2=21.8kJ/kg，tL2=6.8℃；再確定二次回風(fēng)量，根據(jù)室內(nèi)余熱，可確定送風(fēng)焓差：
ΔhS=Q/1.2GS=210×3600/（51000×1.2)=12.4kJ/kg（3）
式中GS為總送風(fēng)量，單位m3/h；
二次回風(fēng)量可通過如下公式計(jì)算：
ΔhS/（hN-hL2）=（GS- G2）/GS （4）
式中G2為二次回風(fēng)量，單位m3/h；其中查焓濕圖hN=41.1kJ/kg
求出G2=51000-12.4×51000/（41.1-21.8）=18233m3/h，經(jīng)二級(jí)表冷器處理的風(fēng)量如下公式計(jì)算：
G1+GX=GS-G2=32767m3/h（5）
式中G1為一次回風(fēng)量，新風(fēng)量GX已知，可得G1=22622m3/h,通過下式計(jì)算可求出新風(fēng)與一次回風(fēng)混合后的狀態(tài)點(diǎn)的焓值：
（hC1-hN）/（hL1-hN）=GX/G1+GX) （6）
hC1=41.2+10145×（71.2-41.1）/32767=50.5kJ/kg，根據(jù)下式，可求出二級(jí)表冷器的處理冷量：
Q2=ρ(G1+GX)(hC1-hL2)=1.2×32767×（50.5-21.8）/3600=313kw（7）
W:夏季室外空氣狀態(tài)點(diǎn)；N:室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)；L1:新風(fēng)經(jīng)表冷器處理后的狀態(tài)點(diǎn)；C1：新風(fēng)與一次回風(fēng)混合后的狀態(tài)點(diǎn)；L2：新風(fēng)與一次回風(fēng)混合后經(jīng)二級(jí)表冷處理后的狀態(tài)點(diǎn)；C2：二次回風(fēng)混合后的狀態(tài)點(diǎn)。
圖3夏季空氣處理過程
4.5.3冬季加熱量、加濕量計(jì)算
由于廠房在潔凈室設(shè)計(jì)階段已投入使用，業(yè)主也考慮運(yùn)行管理和設(shè)備投資方面的因素，經(jīng)業(yè)主認(rèn)可冬季熱源采用電加熱，根據(jù)廠房潔凈室實(shí)際運(yùn)行情況，潔凈室比工作人員上班時(shí)間提前半小時(shí)運(yùn)行，考慮潔凈室夜間停運(yùn)，室內(nèi)空氣通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱降溫，因此冬季加熱除要計(jì)算室外新風(fēng)部分加熱量外，還要預(yù)留室內(nèi)空氣在半小時(shí)內(nèi)加熱到冬季室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)所需要的熱量，考慮計(jì)算方便，可根據(jù)下圖4表示冬季新風(fēng)處理過程來計(jì)算新風(fēng)部分的加熱加濕，下圖4焓濕圖不是新風(fēng)的真實(shí)處理過程，實(shí)際運(yùn)行過程是新風(fēng)與回風(fēng)混合后再加熱加濕送入潔凈區(qū)，下圖4的冬季加熱量是等濕升溫過程，按如下顯熱計(jì)算公式確定電加熱器的加熱量:
室外新風(fēng)加熱量：
QXR=ρGXCP(tN-tX)=1.2×10145×1.01×（24-6）/3600=61.5kw（8）
式中CP為定壓比熱，取 1.01kJ/(kg?K),室內(nèi)空氣開機(jī)后半小時(shí)加熱到冬季室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)所需的熱量：
QYR=ρGXCP(tN-tX)=1.2×2859×1.01×（24-6）/1800=34.7kw （9）
總需加熱量：
QR=QXR+QYR=61.5+34.7=96.2KW,根據(jù)下圖4，冬季新風(fēng)加濕是等溫加濕過程，加濕量計(jì)算如下：
WX=ρGX(dN-dN1)=1.2×10145×(6.6-4.3)/1000=28kg/h （10）
W:冬季室外空氣狀態(tài)點(diǎn)；N:室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)；N1:經(jīng)電加熱器加熱后的狀態(tài)點(diǎn)。
圖4冬季新風(fēng)處理過程
4.6空調(diào)機(jī)組設(shè)備選型
本項(xiàng)目空調(diào)機(jī)組與冷水機(jī)組共同設(shè)置在廠房非潔凈區(qū)上方屋面的制冷機(jī)房?jī)?nèi)，送回風(fēng)管管路均較長(zhǎng)，主管最高風(fēng)速10.5m/s，考慮不小于10%的系統(tǒng)漏風(fēng)量，根據(jù)以上計(jì)算，所選風(fēng)機(jī)送風(fēng)量57000m3/h，風(fēng)壓1500Pa，通過設(shè)備廠家選型，考慮風(fēng)管冷損失及風(fēng)機(jī)的溫升，一級(jí)表冷器采用6排管，處理冷量為75kw，為了滿足室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，二級(jí)表冷器采用兩組6排管串聯(lián)，處理冷量為：365kw，每組冷凍水均設(shè)一進(jìn)一出分別引冷凍水，盤管內(nèi)的冷凍水流向與管外要處理的空氣逆向，根據(jù)上圖3中的L2點(diǎn)，經(jīng)表冷器處理后的溫度要達(dá)到6.8℃，供回水溫度取5/10℃，并在冷凍水管路設(shè)置電動(dòng)二通閥；電加熱器加熱量為110KW，按每檔約37kw加熱量為一檔運(yùn)行調(diào)節(jié)；加濕氣采用調(diào)節(jié)精度（精確度）更高的電熱加濕，加濕量為31kg/h，加濕功率為21kw，加濕量可無極調(diào)節(jié)；粗中效均采用袋式過濾器(作用:過濾雜質(zhì)等)，粗中效過濾器均采用無紡布，粗效過濾器初、終阻力為50Pa、100Pa，中效過濾器初、終阻力為100Pa、200Pa，考慮過濾器的更換及設(shè)備維護(hù)，在組合式空調(diào)箱的新風(fēng)段、中間段、風(fēng)機(jī)段和出風(fēng)段設(shè)檢修門，檢修門均設(shè)密封條，保證機(jī)組在運(yùn)行過程中的密閉性，各檢修段內(nèi)設(shè)照明燈。潔凈手術(shù)室裝修公司層流手術(shù)室是采用空氣潔凈技術(shù)對(duì)微生物污染源采取程度不同的控制，以達(dá)到被控制空間環(huán)境內(nèi)空氣潔凈度適于各類手術(shù)之要求；并提供適宜的溫度、濕度，創(chuàng)造一個(gè)清新、潔凈、舒適、細(xì)菌數(shù)低的手術(shù)空間環(huán)境，使患者在手術(shù)時(shí)組織受到盡可能少的損傷，并大大降低患者和醫(yī)護(hù)人員的二次感染率，尤其是顱內(nèi)手術(shù)和燒傷手術(shù)，保證患者術(shù)后能更快更好地恢復(fù)等。
4.7制冷機(jī)房的設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目冷水供回水溫度為5/10℃，組合式空調(diào)箱需要冷量為440kw，考慮（consider)水路冷損失及水泵溫升，選擇制冷工質(zhì)為R134a，雙機(jī)頭水冷螺桿機(jī)1臺(tái)，供回水溫度為5/10℃，制冷量為495kw，冷凍水泵和冷卻水泵各設(shè)置2臺(tái)，一用一備，選循環(huán)水量為150t/h方型直交流式冷卻塔1臺(tái)，供回水溫度為32/37℃，制冷主機(jī)、水泵、組合式空調(diào)箱均設(shè)置在屋面機(jī)房，冷卻塔設(shè)置在室外屋面。
4.8消聲和隔振處理
由于機(jī)房設(shè)置在屋面，制冷機(jī)房采用雙層120mm厚中間80mm厚的空氣層墻體，內(nèi)貼50mm厚外包玻璃布的玻璃棉氈，用4mm厚孔徑為9mm，穿孔率20%的FC板壓面，屋頂為鋼屋面，屋面內(nèi)貼100mm厚外包玻璃布的玻璃棉氈,距屋面500mm下再設(shè)金屬穿孔吸音吊頂板；主機(jī)、水泵均在400mm高混凝土基礎(chǔ)上再設(shè)阻尼彈簧隔振器，組合式空調(diào)箱在400mm高混凝土基礎(chǔ)上設(shè)二層SD橡膠隔振墊，兩層間墊厚度為6mm的鋼板，共86mm厚。層流手術(shù)室凈化高效安全的手術(shù)室空氣凈化系統(tǒng)，保證手術(shù)室的無菌環(huán)境，可以滿足器官移植、心臟、血管、人工關(guān)節(jié)置換等手術(shù)所需的高度無菌環(huán)境。由于各專科的手術(shù)往往需要配置專門的設(shè)備及器械，因此，專科手術(shù)的手術(shù)間宜相對(duì)固定。通風(fēng)管路上，與空調(diào)箱連接風(fēng)管均設(shè)帆布軟接頭，送回風(fēng)管路均設(shè)消聲彎頭和阻抗型消聲器，二級(jí)消聲，末端高效送風(fēng)口均帶靜壓箱。
5.結(jié)語
（1）通過調(diào)試，潔凈室的溫度、濕度、潔凈度、正壓、噪聲均通過實(shí)測(cè)，滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)已竣工投入使用多年。在施工完調(diào)試過程中，滿足室內(nèi)正壓要求情況下，用畢托管測(cè)出的新風(fēng)量比設(shè)計(jì)值偏大，通過檢查，發(fā)現(xiàn)主要原因是潔凈室吊頂上部風(fēng)管漏風(fēng)較嚴(yán)重，由于高效過濾器設(shè)置在末端，造成送風(fēng)管內(nèi)靜壓大，風(fēng)管施工質(zhì)量不好引起，因此8級(jí)潔凈室考慮風(fēng)管漏風(fēng)量，建議要按中壓系統(tǒng)，工作壓力取大值來預(yù)留，對(duì)風(fēng)管施工驗(yàn)收也應(yīng)要求更高，建議風(fēng)管在制作過程，抽樣檢測(cè)管段的密封性。
（2）到冬季較冷的月份，潔凈室運(yùn)行管理人員反應(yīng)，早晨開機(jī)，半小時(shí)內(nèi)無法達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度（temperature)的要求，加熱偏慢，通過了解電加熱器的工作狀況，主要原因是設(shè)備廠家加熱器肋片間距較大，空氣與加熱器接觸面比較有限，同時(shí)設(shè)置三檔加熱，加熱器自控運(yùn)行，信號(hào)反饋偏慢，通過調(diào)試，改自控模式，原三檔調(diào)節(jié)運(yùn)行改為兩檔，因此建議潔凈空調(diào)冬季加熱有條件盡量采用蒸汽或高溫?zé)崴P管加熱，效果會(huì)比電加熱好，采用高品位電加熱也不節(jié)能。