凈化空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量和壓力調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)常見問題

1、凈化空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量和壓力調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)常見問題同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院 王希星* 徐文華摘 要    在凈化空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試中，風(fēng)量平衡和靜壓差調(diào)整是最主要的兩項(xiàng)工作。針對現(xiàn)場調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的一些常見問題，分析其產(chǎn)生的原因、提出相應(yīng)的解決辦法，指出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。關(guān)鍵詞凈化空調(diào)系統(tǒng) 調(diào)試 風(fēng)量平衡 靜壓差 Several Common Problems Found in the Commissioning of Air Volume and Pressurization in Clean Room Air-Conditioning System

2、sBy WANG Xixing* and XU WenhuaAbstract     Air volume balance and space pressurization commissioning are the two uppermost works in clean room air-conditioning system commissioningThe text summarizes several common problems found in site commissioning， analyzes their causes and soluti

3、ons，points out the proceedings we should pay attention to in the system design and constructionKeywords Clean room air-conditioning system Commissioning Air volume balance Space pres-Surization*Air Conditioning Institute，Tongji University，Shanghai，China     凈化空調(diào)系統(tǒng)是控制潔凈室塵埃粒子和

4、細(xì)菌濃度、防止交叉污染的主要手段。系統(tǒng)調(diào)試的主要工作集中在風(fēng)量平衡和靜壓差調(diào)整兩個(gè)方面。合理的風(fēng)量是達(dá)到潔凈度等級的基本條件，而壓力控制是凈化空調(diào)系統(tǒng)中保證系統(tǒng)運(yùn)行效果、控制污染物流向的主要措施。本文對凈化空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量和壓力調(diào)試中的一些常見問題作簡要的分析，以供設(shè)計(jì)、施工、管理維護(hù)人員參考。 1 風(fēng)量、壓力調(diào)試的思路   凈化空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量與其所服務(wù)區(qū)域的對外壓差、區(qū)域各凈化房間的風(fēng)量和房間之間的靜壓差均有一定的設(shè)計(jì)值，調(diào)試的目的就是把系統(tǒng)的上述參數(shù)調(diào)整到符合設(shè)計(jì)要求。    對一個(gè)系統(tǒng)來說，總送風(fēng)量Qs取決于風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力

5、性能曲線和管路的阻力特性曲線，其對外的靜壓差Ps源于系統(tǒng)新風(fēng)量Qsm 與系統(tǒng)排風(fēng)量Qse的差值；對一個(gè)房問來說，送風(fēng)量Q r取決于總風(fēng)量Q s和該管段流通數(shù)占各并聯(lián)管路流通數(shù)之和的比例，房問靜壓差P r取決于房問的送風(fēng)量Qrs與回風(fēng)量Qrr、排風(fēng)量Q re的差值。系統(tǒng)總送風(fēng)量、新風(fēng)量、總排風(fēng)量和對外壓差可以通過調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率轉(zhuǎn)速、總閥門開啟度來實(shí)現(xiàn)，各房間的風(fēng)量和壓力則通過調(diào)整分支管路閥門開度來實(shí)現(xiàn)。    風(fēng)量與壓力之間相互影響是使調(diào)試在一些情況下變得比較復(fù)雜或困難的主要因素之一。對于一個(gè)系統(tǒng)，其對外界的壓力與風(fēng)量的關(guān)系如下：   

6、式中，l s-系統(tǒng)與外界之間的滲漏量，取決于門縫和洞口的數(shù)量和尺寸等。    對于一個(gè)房間，其對相鄰房問的壓力與風(fēng)量的關(guān)系如下：    式中，l r-房間之間的滲漏量，取決于門縫和洞口的數(shù)量和尺寸等。    式(1)、(2)為定性的表達(dá)，對于系統(tǒng)或房間的外界壓力并非均勻一致的情況，準(zhǔn)確的關(guān)系式更加復(fù)雜。    在同一系統(tǒng)中，某一房間壓力的小幅度變化不會顯著影響系統(tǒng)的風(fēng)量分配，但對于要求房間靜壓差較大的情況(如生物實(shí)驗(yàn)室，壓力最高房問比最低房間高100Pa甚至更大)，房間壓力變

7、化較大時(shí)，影響并聯(lián)管路的阻抗比例或管路特性曲線，從而反過來影響風(fēng)量分配。    由于多方面因素的影響與風(fēng)量與壓力的耦合作用，系統(tǒng)很難完全達(dá)到設(shè)計(jì)值。這里所謂的風(fēng)量平衡，是指房間之間送風(fēng)量的平衡(對于一些要控制污染排除效果的場合，排風(fēng)量可能是控制的首要考慮因素)。在保證系統(tǒng)、房間送風(fēng)量的前提下，調(diào)整系統(tǒng)新風(fēng)量、排風(fēng)量的差值或房間送風(fēng)量與排風(fēng)量、回風(fēng)量的差值，使系統(tǒng)對外界和不同潔凈度等級的房間之間的靜壓差達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)要求。2 風(fēng)量平衡2.1 系統(tǒng)總風(fēng)量   系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量的選取應(yīng)根據(jù)規(guī)中規(guī)定的設(shè)計(jì)參數(shù)(對于非單向流潔凈室為換氣次數(shù)，對于單向

8、流潔凈室為斷面平均風(fēng)速)或按室發(fā)塵量進(jìn)行計(jì)算1”。由于在絕大多數(shù)場合下設(shè)計(jì)階段很難確定室發(fā)塵量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量一般是按照換氣次數(shù)確定的，而目前的普遍狀況是設(shè)計(jì)人員從安全的角度考慮大幅度地放大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)量。潔凈室施工與驗(yàn)收規(guī)2 、通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)3 等相關(guān)檢測、評定條目均規(guī)定風(fēng)量調(diào)試應(yīng)以設(shè)計(jì)值為基準(zhǔn)，并給出了允許偏差的百分比。在設(shè)計(jì)值合理的情況下自然問題不大，但如果設(shè)計(jì)值本來就偏大，則系統(tǒng)調(diào)試后的風(fēng)量遠(yuǎn)高于實(shí)際的要求，在實(shí)際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)如8級(原十萬級)區(qū)域的換氣次數(shù)達(dá)n=25次/h甚至更高，空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)的耗電量可能是n=15次/h時(shí)的2倍，大大增加了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。在調(diào)試和檢測過程

9、中還發(fā)現(xiàn)，有許多工程，在合理的運(yùn)行管理下，換氣次數(shù)剛剛達(dá)到甚至略低于規(guī)的要求時(shí)，室潔凈度完全能夠達(dá)到其等級要求。某電子廠房的某7級(原萬級)生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)風(fēng)量按換氣次數(shù)計(jì)算n=18.0次/h，實(shí)測風(fēng)量相當(dāng)于換氣次數(shù)n=14.1次/h，動(dòng)態(tài)條件下室潔凈度也能達(dá)到要求(95%置信度下，0.5m粒子濃度為120顆/2.83升)。過高的換氣次數(shù)只會造成不必要的浪費(fèi)。    凈化空調(diào)系統(tǒng)與舒適性空調(diào)系統(tǒng)相比較，一個(gè)特點(diǎn)是系統(tǒng)使用多級過濾，末端送風(fēng)口一般都采用高效過濾器風(fēng)口(也有高效/亞高效過濾器設(shè)在空調(diào)機(jī)組部的情況)，過濾器在系統(tǒng)阻力中所占的比例較高，而且隨著使用時(shí)間的增加，

10、捕集的塵埃積聚在過濾介質(zhì)上，使過濾器阻力不斷上升直至達(dá)到終阻力(初阻力的2倍或2.5倍)而被更換或處理。要保證過濾器阻力變化的整個(gè)過程中空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)量都能滿足要求，必須根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量下的最大阻力選配風(fēng)機(jī)，同時(shí)采取措施避免在過濾器阻力達(dá)到終阻力前系統(tǒng)風(fēng)量過大的問題。一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)合理的解決方案是采用變頻器控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在工程竣工調(diào)試時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)量把風(fēng)機(jī)設(shè)置在較低的運(yùn)行頻率上，同時(shí)定義一個(gè)控制參數(shù)(如管路中某斷面上的平均風(fēng)速或動(dòng)壓)，在此后的運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)通過調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持這個(gè)控制參數(shù)在設(shè)計(jì)的狀態(tài)。在實(shí)際工程中，這種形式的系統(tǒng)已經(jīng)得到了較為普遍的應(yīng)用，但還是存在很多問題，如風(fēng)機(jī)沒有考

11、慮裕量導(dǎo)致變頻器失去意義、控制參數(shù)選取不合理、自控調(diào)試未與暖通系統(tǒng)調(diào)試配合等。    在圖紙表達(dá)上，一些設(shè)計(jì)以考慮了裕量的設(shè)備的額定風(fēng)量和壓力作為設(shè)計(jì)值，這也是導(dǎo)致上述設(shè)計(jì)換氣次數(shù)偏高的一個(gè)原因。這種情況下，調(diào)試又以設(shè)計(jì)值為依據(jù)進(jìn)行，也造成在過濾器、表冷器阻力增大以后，風(fēng)量很快就達(dá)不到設(shè)定的控制參數(shù)而出現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警的情況。2.2 風(fēng)口風(fēng)量   在單個(gè)風(fēng)口風(fēng)量的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)較為普遍的情況是：為了設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的方便、簡化備件，設(shè)計(jì)中一般盡量選用同種規(guī)格的帶過濾器風(fēng)口。對于這種系統(tǒng)，送風(fēng)量完全依靠過濾器之前的閥門進(jìn)行調(diào)整，對于設(shè)計(jì)風(fēng)量較

12、小的風(fēng)口，閥門只有在接近完全關(guān)閉時(shí)才能保證風(fēng)量達(dá)到要求。這種系統(tǒng)可能出現(xiàn)兩個(gè)方面的問題，一是閥門開啟度過小時(shí)會產(chǎn)生尖厲的嘯聲，一是系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，末端風(fēng)口處的高效過濾器阻力上升，風(fēng)量較小的風(fēng)口過濾器阻力上升幅度較小，該支路阻抗平方根倒數(shù)占各并聯(lián)管路阻抗平方根倒數(shù)之和的比例變大，送風(fēng)量也變大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的風(fēng)量平衡和壓力狀態(tài)被破壞。    因此建議高效過濾器送風(fēng)口選用2-3種尺寸規(guī)格；采用同一規(guī)格的過濾器風(fēng)口時(shí)，應(yīng)注意支管尺寸和閥門的性能，盡量避免嘯聲的出現(xiàn)，并采取措施減輕因過濾器阻力上升不一致導(dǎo)致的風(fēng)量失調(diào)和相關(guān)壓力變化。對于要求較高的場所，末端風(fēng)口前可加設(shè)定

13、風(fēng)量閥門，這樣可以通過定風(fēng)量閥門抵消過濾器阻力不均勻變化對系統(tǒng)風(fēng)量分配的影響；在閥門布置受限制或需要控制造價(jià)時(shí)，同一支管上的幾個(gè)風(fēng)口可以合用一個(gè)定風(fēng)量閥。3 壓力調(diào)試3.1 一般問題    房間的壓力取決于兩個(gè)方面，一是房間送風(fēng)量與回/排風(fēng)量的差值，二是房間的氣密性。房間的氣密性由門窗縫隙尺寸、施工質(zhì)量等決定。設(shè)計(jì)送風(fēng)量與設(shè)計(jì)回/排風(fēng)量的差值一般是按照換氣次數(shù)或跟據(jù)預(yù)計(jì)的門窗縫隙尺寸確定的。在設(shè)計(jì)值比較合理的情況下，調(diào)試過程中只要稍微調(diào)整回/排風(fēng)量，房間的壓力即可以達(dá)到要求，但是在設(shè)計(jì)值不合理或現(xiàn)場實(shí)際情況與預(yù)想狀態(tài)相差很大的情況下，房間壓力就很難保證。 

14、;   一般來說，藥品生產(chǎn)廠房等的小房間易出現(xiàn)對外靜壓差過高的問題。如某診斷試劑廠房的一間7級(原萬級)緩沖室，面積2.92m 2，層高2.7m，門縫總長度11.2m，設(shè)計(jì)送風(fēng)量200m 3/h，無回/排風(fēng)。在送風(fēng)量調(diào)整到218m 3/h時(shí)，該房間對相鄰房間的靜壓差分別為84Pa、72Pa，門縫處有尖厲的嘯叫聲產(chǎn)生。在按換氣次數(shù)的最小要求將送風(fēng)量調(diào)整至125m3/h后，房間對相鄰房間的靜壓差分別變?yōu)?0Pa、31Pa。如果要完全解決靜壓差過大的問題，還是應(yīng)該在該房間增加回風(fēng)口。由于藥廠采用的密閉門密封性較好，只要較小的風(fēng)量差就可以保證房間所需的靜壓差，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取措施

15、防止類似問題的出現(xiàn)。3.2 醫(yī)院潔凈手術(shù)室的壓力問題   醫(yī)院潔凈手術(shù)室是一個(gè)近幾年國大量修建的潔凈室類型，相應(yīng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)也已先后實(shí)施。在調(diào)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)潔凈手術(shù)室壓力調(diào)試很容易出現(xiàn)問題。醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī) (以下簡稱技術(shù)規(guī)) 4中關(guān)于房間靜壓差在表4.0.1中規(guī)定“潔凈走廊等房間對相鄰低級別潔凈室的靜壓差大于0”即可。但潔凈室施工與驗(yàn)收規(guī) 1 第5.4.4條規(guī)定，“不同潔凈度級別的相通的潔凈室之間，高級別的保持相對正壓，低級別的保持相對負(fù)壓。最小靜壓差不應(yīng)小于5Pa，最大靜壓差不應(yīng)大于30Pa”，雖然技術(shù)規(guī)為國家標(biāo)準(zhǔn)且發(fā)布時(shí)間更晚，但考慮到使用過程

16、中的壓力波動(dòng)，在筆者參與的實(shí)際調(diào)試中，除麻醉室、負(fù)壓手術(shù)室外，相鄰潔凈度等級不同的房間靜壓差以5Pa作為最小值，取得了較好的效果。    醫(yī)院潔凈手術(shù)室常出現(xiàn)對外靜壓差達(dá)不到規(guī)要求的情況。因?yàn)槭中g(shù)室與潔凈走廊之間的門一般是電動(dòng)側(cè)開門，開啟、關(guān)閉均需側(cè)向滑行，電動(dòng)門的密閉性較差。在多次調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，對于I級潔凈手術(shù)室，同樣采用1600mm×2000mm的電動(dòng)門和900mm×2000mm的推拉門，要達(dá)到對外有8Pa的壓力，新風(fēng)量與排風(fēng)量的之差很大程度上取決于施工質(zhì)量，既有700m 3/h的情況，也有需要2000m 3/h的情況。  

17、;  目前潔凈手術(shù)部多采取圖1所示的系統(tǒng)形式，整個(gè)潔凈手術(shù)部采用獨(dú)立的新風(fēng)系統(tǒng)與各潔凈室的循環(huán)機(jī)組、排風(fēng)機(jī)所組成，新風(fēng)送到循環(huán)機(jī)組的送風(fēng)管上，新風(fēng)量主要靠定風(fēng)量閥門的設(shè)定值來進(jìn)行調(diào)整。但在調(diào)試中我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際送入手術(shù)室的新風(fēng)量與定風(fēng)量閥門的設(shè)定值經(jīng)常有偏差很大的情況。圖1 常見潔凈手術(shù)室流程圖經(jīng)分析，問題產(chǎn)生的幾個(gè)原因是： (1)閥門質(zhì)量的問題；(2)閥門前后的作用壓差在定風(fēng)量閥的作用圍之外。    以國市場占有率很高的某品牌定風(fēng)量閥門為例，其某系列閥門的有效作用圍是50l000Pa，但在某中醫(yī)院的手術(shù)室凈化空調(diào)系統(tǒng)中，我們發(fā)現(xiàn)某新風(fēng)支管定風(fēng)量閥門前后的

18、作用壓差為913Pa時(shí)通過閥門的新風(fēng)量接近于0(閥門風(fēng)量設(shè)定值為800m 3/h)。    圖1所示的空調(diào)系統(tǒng)中，很容易出現(xiàn)閥門前后的作用壓差偏大或偏小的問題。由于新風(fēng)均接在循環(huán)機(jī)組送風(fēng)管上，需要繼續(xù)克服接點(diǎn)的送風(fēng)管靜壓、送風(fēng)管、高效過濾器、靜壓箱等的流動(dòng)阻力，因此對新風(fēng)機(jī)組的出口余壓要求較高；而由于各獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)的阻力情況差異很大，且往往新風(fēng)機(jī)組所負(fù)擔(dān)的手術(shù)室較多、管路較長，很容易出現(xiàn)個(gè)別定風(fēng)量閥門作用壓差偏小或偏大的問題，在機(jī)組使用一段時(shí)間后，由于各手術(shù)室高效過濾器阻力差異增加，這種情況會更加嚴(yán)重。    文獻(xiàn)5所建議的類似于圖1

19、的手術(shù)部空調(diào)系統(tǒng)中選用的定風(fēng)量閥門為電動(dòng)雙位閥，即在手術(shù)室使用時(shí)，定風(fēng)量閥門位于高位檔，維持手術(shù)室對外壓差；手術(shù)室不使用時(shí)，定風(fēng)量閥門位于低位檔，維持手術(shù)室對外的微正壓。但很多工程出于造價(jià)的考慮選用機(jī)械式定風(fēng)量閥，在閥門可靠性較差的情況下，手術(shù)室不使用時(shí)進(jìn)入房間的新風(fēng)量可能反而更大，從而造成使用中的手術(shù)室對外壓力偏小的情況。    使用圖1所示的系統(tǒng)時(shí)，建議在選用可靠雙位定風(fēng)量閥門(特別要注意有效的壓力變動(dòng)圍)的前提下，對風(fēng)系統(tǒng)管路進(jìn)行水力計(jì)算，合理匹配新風(fēng)空調(diào)箱與各空調(diào)機(jī)組出口余壓。4 結(jié)語    總體來說，在凈化空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試中所發(fā)現(xiàn)的問題都源于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的疏漏、施工中的不規(guī)操作，絕大多數(shù)問題都是可以避免的。調(diào)試面對各種各樣的具體問題，任務(wù)是對設(shè)計(jì)