潔凈室空調(diào)負(fù)荷、風(fēng)量、潔凈度的設(shè)計和計算

1、潔凈室空調(diào)負(fù)荷、風(fēng)量、潔凈度的設(shè)計和計算潔凈室的設(shè)計計算潔凈室的設(shè)計計算包括空調(diào)負(fù)荷計算，風(fēng)量計算，潔凈度校核計算等內(nèi)容。空調(diào)負(fù)荷計算潔凈室的空調(diào)負(fù)荷包括復(fù)季冷負(fù)荷與冬季熱負(fù)荷。有人認(rèn)為計算方法與一般空調(diào)負(fù)荷的 計算方法相同。其實，潔凈室的負(fù)荷計算與一般空調(diào)的負(fù)荷計算有許多區(qū)別。對于許多 材料中推薦的負(fù)荷估算指標(biāo)，不知道這些估算指標(biāo)的詳細(xì)來源，在工程實踐中發(fā)現(xiàn)這些 估算指標(biāo)比實際負(fù)荷大很多。對于一些沒有經(jīng)驗的設(shè)計人員，也許會受到估算指標(biāo)的影 響而不相信自己的計算數(shù)據(jù)，進而加大安全裕量，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

2、 道是凈化空調(diào)系統(tǒng)的錯誤嗎？有學(xué)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) 致機組、水泵、風(fēng)機等容量偏大很多。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，對凈化空調(diào)的節(jié)能設(shè)計迫在眉睫。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，有不少空調(diào)用戶在最熱月，實際用冷量是設(shè)計冷量的1/2 3/5。若把這 樣的設(shè)計作為估算冷負(fù)荷指標(biāo)的統(tǒng)計源，其數(shù)據(jù)必然大很多。所以，設(shè)計人員應(yīng)相信自 己的計箅，回訪自己的用戶，獲得真實的冷負(fù)荷指標(biāo)。對于各種書籍中相互復(fù)制的冷負(fù) 荷估算指標(biāo)成科學(xué)對待，只有在工程設(shè)計初期估算造價時，有一點參考價值。在施工圖 階段，應(yīng)采用計算出的冷負(fù)荷選擇設(shè)備?？照{(diào)負(fù)荷計算方法很多，目前有許多負(fù)荷計算的

3、軟件，使負(fù)荷計算變得非常容易。在應(yīng) 用軟件或手工計算負(fù)荷時，應(yīng)了解凈化空調(diào)與一般空調(diào)負(fù)荷計算的不同點。計算軟件大 多是針對-般空調(diào)而編制的，在計算潔凈室負(fù)荷時應(yīng)把圍護結(jié)構(gòu)的參數(shù)做一調(diào)整。潔凈室的圍護結(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 冊中查得。套入內(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

4、材質(zhì)?？梢?，這種兩層圍護結(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（如彩鋼夾芯板），不透明圍護結(jié)構(gòu)引起的冷負(fù)荷 可按穩(wěn)態(tài)傳熱計算（特別適合于手算），在一些特殊情況下甚至可以忽略不計（有一定 經(jīng)驗后方可這么做）。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 計算步驟（這種方法非常適合手工計算）.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冷負(fù)荷均可按下式計算。CL = FK （T2 - T1 ）式中CL-瞬變傳熱引起的逐時冷負(fù)荷（W）;F-外墻、屋面面積（m2）;T1-

5、室內(nèi)設(shè)計溫度T2-外墻、屋面的冷負(fù)荷計算溫度的逐時值（T）;計算時刻的選取和一般空調(diào)相同，通 ?？稍?時至18時中，每隔l h取一個計箅時刻。有經(jīng)驗者可根據(jù)具體情況，減少計 算的時刻點，如可從12時算至17時；K-外墻、屋面的傳熱系數(shù)W/（m2a ）；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)的計算應(yīng)考慮內(nèi)、外圍護 結(jié)構(gòu)之間空氣間隙的熱阻。若間隙間的空氣被裝修材料封閉，可按多層復(fù)合壁計算&值； 當(dāng)內(nèi)層結(jié)構(gòu)為彩鋼夾芯板，則計算尺值時只考慮由夾芯材料、空氣層、外墻組成的復(fù)合 壁，可忽略夾芯兩面的彩鋼板的熱阻影響。如果空氣間隙未被裝修材料封閉，把

6、靠外墻 的潔凈室按內(nèi)區(qū)處這里的空氣間隙就變成非空調(diào)空間。這時，只需計算非空調(diào)空間對該 潔凈室的傳熱負(fù)荷（在后面介紹其算法）。由于潔凈室特殊的雙層外圍護結(jié)構(gòu)，外墻傳熱系數(shù)K值按多層復(fù)合壁計算（數(shù)值很?。?， 算出的非輕型外墻傳熱形成的冷負(fù)荷與采用冷負(fù)荷系數(shù)法箅出的冷負(fù)荷相差不大。這就 是前面所提到的當(dāng)內(nèi)層材料的保溫性能好時（如彩鋼夾芯板）不透明圍護結(jié)構(gòu)引起的冷 負(fù)荷可按穩(wěn)定傳熱計算的依據(jù)之一。潔凈室吊頂以上都留有足夠的夾層空間來安裝管道、設(shè)備，即使是位于頂層的潔凈室， 由于這個夾層的存在，屋頂?shù)乃沧儌鳠嵋鸬睦湄?fù)荷可不必計算，而只需計算相當(dāng)于非 空調(diào)房間的夾層對凈室傳熱而產(chǎn)生的冷負(fù)荷。潔凈室的裝修

7、，由T需要吸收土建施工的 誤差，其墻板緊貼上建外圍護結(jié)構(gòu)的很少，一般都留有較大的間隙。根據(jù)前面的分析， 當(dāng)把這個間隙按非空調(diào)房間對待時，對于非輕甩外墻和屋頂瞬變傳熱形成的冷負(fù)荷可以 不做計算，把該潔凈室按內(nèi)區(qū)對待（緊貼土建外墻的潔凈室除外）。內(nèi)墻、樓板傳熱引起的冷負(fù)荷外玻璃窗瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷 許多潔凈室是不允許設(shè)計外玻璃窗的，對于潔凈度級別要求低的潔凈室，雖然允許設(shè)計 外玻璃窗，但必須保證是密閉固定窗。根據(jù)潔凈室的建筑結(jié)構(gòu)特征，大多采用兩層固定 密閉玻璃窗。當(dāng)潔凈室按內(nèi)區(qū)對待時，其玻璃窗傳熱按內(nèi)窗考慮；當(dāng)潔凈室的墻板緊貼 土建外墻或上建外墻經(jīng)表面涂層處理作為潔凈室墻面時(潔凈度低的潔凈室也

8、有此結(jié) 構(gòu))，在室內(nèi)外溫差作用下，通過外玻璃窗的瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷可按下式計算玻璃窗日射得熱引起的冷負(fù)荷不考慮外遮陽時，透過玻璃窗進人室內(nèi)的日射得熱形成的逐時冷負(fù)荷可按下式計算地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄?fù)荷參照采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB 50019-2003)的規(guī)定，若潔凈室內(nèi)的空凋?qū)?舒適性的，夏季可不計算通過地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄?fù)荷；當(dāng)潔凈室位于低層，下面無地下 室且有外墻時，對工藝性空調(diào)，宜計算距外墻2m范圍內(nèi)的地面?zhèn)鳠嵝纬傻睦湄?fù)荷。室內(nèi)熱源散熱形成的冷負(fù)荷潔凈室內(nèi)的熱源散熱主要指室內(nèi)工藝設(shè)備散熱、照明散熱、人體散熱等。設(shè)備種類較多， 有些設(shè)備只能滿足生產(chǎn)工藝的功能，對保溫、隔熱等方面存在先天

9、缺陷，在運行過程中， 散發(fā)大量的熱蜇、濕景及粉塵。在設(shè)計時應(yīng)充分調(diào)研、仔細(xì)研究，不能單純按相關(guān)計算 公式進行冷負(fù)荷計算。否則，設(shè)備形成的冷負(fù)荷太大，即使是潔凈室的大風(fēng)童也難以消 除余熱余濕，這就相當(dāng)于室內(nèi)生火爐再用空調(diào)降溫一樣，能耗太大。因此，要求設(shè)計人 員仔細(xì)了解工藝過程，通過隔熱、排熱等措施，在方案階段就考慮節(jié)能措施，不能等大 M:的熱散發(fā)至室內(nèi)后再進行空調(diào)降溫。如大輸液配液罐的散熱、纖維車間濕噴濕拉伸工 藝的水槽散熱、纖維碳化加熱爐散熱等。在采用冷負(fù)荷系數(shù)法計算室內(nèi)電動設(shè)備形成的冷負(fù)荷時，電動設(shè)備的額定功率只反映裝 機容量，實際的最大運行功率往往小于裝機容量，而實際的運行功率也要比最大功

10、率小。 所以，在計算冷負(fù)荷時一定要考慮這些因素。室內(nèi)熱源散熱包括顯熱、潛熱兩部分。潛熱散熱直接成為室內(nèi)的瞬時冷負(fù)荷，顯熱散熱 中只有以對流形式散出的熱量成為室內(nèi)瞬時冷負(fù)荷，而以輻射形式散出的熱量先被周圍 壁面及物體的表面吸收，然后逐漸以對流方式散出，形成滯后的冷負(fù)荷。所以，在計算 中，應(yīng)分析各種設(shè)備的散熱特點，采用相應(yīng)的冷負(fù)荷系數(shù)。潔凈室風(fēng)量計算一、正壓潔凈室送風(fēng)量 Q 1計算1.亂流潔凈室送風(fēng)量計算 Q1-1級、300000級的潔凈室，送風(fēng)亂流潔凈室一一1000級、10000級、300000級的潔凈室，送風(fēng)量是以換氣次數(shù)為準(zhǔn)來計算的：QI-1 = KV50G X10叫(1叫(1勺上川連工工

11、式中:K換氣次數(shù);V潔凈室凈體積；N非單向流潔凈室穩(wěn)定含塵濃度；G潔凈室內(nèi)單位體積發(fā)塵量；M室外空氣含塵濃度；S回風(fēng)量與送風(fēng)量之比；nH回風(fēng)通路上空氣過濾器的總效率;nx新風(fēng)通路上空氣過濾器的總效率。一般均采用經(jīng)驗換氣次數(shù)。在實際工程計算中換氣次數(shù)K很難用以上公式計算，一般均采用經(jīng)驗換氣次數(shù)。在各國的潔凈室標(biāo)準(zhǔn)中，相同級別的非單向流潔凈室的經(jīng)驗換氣次數(shù)并不相同。我 國潔凈廠房設(shè)計規(guī)范(GB50073-2001)中明確規(guī)定了不同級別的非單向流潔凈 室潔凈送風(fēng)量計算所需的經(jīng)驗換氣次數(shù)，見下表： 空氣潔凈度等級GB 50073-2001ISO/DIS 14644 4醫(yī)藥潔凈廠房設(shè)計規(guī)范級（1000

12、級）506025 56級（10000 級）152511 2525級（100000 級）10153.5 715級（1000000 級）10153.5 712上 1_.1 |Q-（3 /期言號rrilter注：換氣次數(shù)適用于層高小于4.0m的潔凈室。室內(nèi)人數(shù)少、熱源小時，宜采用下限值。大于100000級的潔凈室換氣次數(shù)不小于12次。二、系統(tǒng)送風(fēng)量Q口計算系統(tǒng)送風(fēng)量應(yīng)在潔凈室送風(fēng)量基礎(chǔ)上再加上系統(tǒng)漏風(fēng)量。對于嚴(yán)格按潔凈室施 工及驗收規(guī)范制作安裝的風(fēng)道系統(tǒng)和空調(diào)設(shè)備，建議其漏風(fēng)率取下表數(shù)值：2ApQk啊E同咋3何。頃七述狷;式中：ZQ I為各潔凈室送風(fēng)量之和。三、系統(tǒng)新風(fēng)量Qm計算1 .滿足衛(wèi)生要求潔

13、凈室所需的新風(fēng)量 Q1對于室內(nèi)無明顯有害氣體發(fā)生的一般情況，按潔凈廠房設(shè)計規(guī)范每人每小時新風(fēng)量不得小于40m3計算：Q1-1=人數(shù)x40 m3/h。對于室內(nèi)有多種有害氣體發(fā)生的情況：Q1-2= Qa + Qb + . + QnQa= La/Ta Qb= Lb/Tb . Qn = Ln/Tn式中：Qa.Qn稀釋各種有害氣體必需的通風(fēng)量；La.Ln各有害氣體的發(fā)生量；Ta.Tn各有害氣體允許最高濃度有害氣體允許最高濃度(mg/ m3)式中：F1縫隙面積；E1流量系數(shù)通常取0.30.5v1漏出風(fēng)速P室內(nèi)外壓差p空氣重力密度常取1.2kg/m3。以上縫隙法公式計算繁瑣，還可以采用另一種換氣次數(shù)法進行計

14、算，換氣次數(shù)根 據(jù)經(jīng)驗值估算，即當(dāng)潔凈室的壓差值為 5Pa時，壓差風(fēng)量相應(yīng)的換氣次數(shù)為 1 2h 1，當(dāng)潔凈室的壓差值為10Pa時，壓差風(fēng)量相應(yīng)的換氣次數(shù)為 24h 1。因為潔凈室壓差風(fēng)量的大小是根據(jù)潔凈室維護結(jié)構(gòu)的氣密性及維持的壓差有關(guān)，所以在選取換氣次數(shù)時，對于氣密性差的房間可以取上限，對于氣密性好的房間 可以取下限。綜上所述保持室內(nèi)正壓新風(fēng)量:Q2= Q2-1 + Q2-2 + Q2-3對正壓室要求特別嚴(yán)時，還應(yīng)在 Q2加上開關(guān)門和傳遞窗的漏風(fēng)量。滿足一定比例的新風(fēng)量 Q3當(dāng)不能確切知道人員數(shù)或漏泄情況時，或者在初步方案時作為估計用，可采用新 風(fēng)應(yīng)占總風(fēng)量一定比例的方法來確定新風(fēng)量。按潔

15、凈廠房設(shè)計規(guī)范規(guī)定，對 于亂流潔凈室，新風(fēng)量不應(yīng)小于總風(fēng)量的 10%30%，對于單向流潔凈室，新風(fēng)量 應(yīng)不于總送風(fēng)量的2%4%。原則是：潔凈度越低新風(fēng)比越大。當(dāng)然，對于全部用 循環(huán)風(fēng)的場合，或者工藝需要或允許時，新風(fēng)比可不按以上比例取。補充送風(fēng)系統(tǒng)漏泄所需的新風(fēng)量 Q4Q4=系統(tǒng)送風(fēng)量Xl=Q II Xl系統(tǒng)新風(fēng)量QIII比較ZQ1、ZQ2和ZQ3，取其最大值，、Z為各室該風(fēng)量之和。然后加上系統(tǒng)漏 風(fēng)量Q4，即為系統(tǒng)的最后所需新風(fēng)量。Qm = （ZQ1、ZQ2、ZQ3）max + Q4四、系統(tǒng)的回風(fēng)（循環(huán)風(fēng)）量QN的計算系統(tǒng)的循環(huán)風(fēng)量應(yīng)為系統(tǒng)總送風(fēng)量減去新風(fēng)量。即：qiv= q n-Qm潔凈室

16、潔凈度校核計算潔凈室潔凈度的計算按均勻分布理論計算，不均勻分布理論計算兩種方式。1，均勻分布理論計算設(shè)潔凈室系統(tǒng)的基本圖示，如圖所示：鼠切中淺以都圈陽治汁與和陽治汁與和險,N, 系統(tǒng)假設(shè)：認(rèn)為室內(nèi)含塵濃度是均勻分布的設(shè)通風(fēng)穩(wěn)定發(fā)塵量是常數(shù)大氣層濃度也是常數(shù)忽略室內(nèi)外灰塵的密度和分散度的變化對過濾器效率的影響忽略灰塵在管路系統(tǒng)和室內(nèi)的沉降作用等則通路上過濾器的總效率為：根據(jù)上述圖示和一系列假設(shè)，進入潔凈室內(nèi)的塵粒應(yīng)由3部分組成：新風(fēng)帶進室內(nèi)的塵粒：在 t時間內(nèi)每升空氣由新風(fēng)而增加的塵粒數(shù)量為：由回風(fēng)帶進室內(nèi)的塵粒：在 t時間內(nèi)，由回風(fēng)而增加的塵粒數(shù)為：。在 t時間內(nèi)：室內(nèi)發(fā)塵而使室內(nèi)每升空氣增加

17、的塵粒數(shù)量為G*10-3 t(Pc/L);在 t時間內(nèi)室內(nèi)每升空氣由通風(fēng)換氣排出的塵粒數(shù)量為：猝Z 由以上分析可知，在 t時間內(nèi)潔凈室內(nèi)含塵濃度的變化為： Nt=進入的含塵濃 度-排出的含塵濃度為：竺寸 / + 皿。7小-磯)由 4 GXlO-Atl - K)r肺做根據(jù)初始條件，當(dāng)t=0時，室內(nèi)的含塵濃度即為潔凈室原始含塵濃度N0，將此 條件帶入上式即可求出積分常數(shù)C，之后再帶回原式即可求得潔凈室含塵濃度瞬 間式為：_ ,- I - m - u 11(7 k I。 + Mh 口 一 一門)N n I - ； )Jl,V = (I _ I -r(? _ J - r7 T JX K) -s + M

18、n (I- J? n )即Lf B時，從理論上講，室內(nèi)的含塵濃度趨于穩(wěn)定狀態(tài)-即G x 1() 十 Afn (1 *)l 一 “ -.v (1 一應(yīng)用此式時，需要注意系統(tǒng)中哪些過濾器組合效率是nn,哪些是nr,就可以較方便 的列出某一系統(tǒng)的穩(wěn)定式。單向流潔凈室含塵濃度計算問題：單向流潔凈室內(nèi)人的發(fā)塵可以不考慮；回風(fēng)帶入的塵粒也可忽略。多室、有局部凈化設(shè)備時的含塵濃度計算A.多室含塵濃度計算。如圖，設(shè)第一潔凈室的含塵濃度N1=3 pc/L，第二潔凈室N2=3000pc/L。為 C為 C曲4其含塵濃度平衡方程式為:CS0一般多室系統(tǒng)總回風(fēng)的含塵濃度不會超過該系統(tǒng)最臟的1個潔凈室的含塵濃度， 就本圖

19、而言，則不會超過N2=3000pc/L。若假定3000pc/L就是總回風(fēng)含塵濃度， 即比N1提高1000倍。所以對于多室系統(tǒng)的1室來說，極端情況相當(dāng)于在回風(fēng) 含塵濃度提出1000其含塵濃度平衡方程式為:CS010 - Ng _ 叩，）機（1 一 點1 - 7 J+ G 工Q-a化簡得：-a60 710 十材問（I 一 邛）N =昨 LI 一 I。* 苫 一 q, ）1由于回風(fēng)通路上設(shè)有高校過濾器，對于不小于0.5um塵粒的效率達(dá)nr=99.999%，即：Fl-103Fl-103Xs(l-fr)If (1nJ式中，N：單室系統(tǒng)時的含塵濃度。上述分析推導(dǎo)說明，對于末級過濾器的空氣凈化系統(tǒng)，不管多室

20、還是單室，均可 按單室的穩(wěn)定式求多室各室的穩(wěn)定含塵濃度。B.有局部凈化設(shè)備時的含塵濃度計算。列出穩(wěn)定狀態(tài)時的濃度平衡方程式：. = (I - .i1. = (I - .i1?)+ U )1 + 60化簡得，N+ .T )- .?ci -i/n ) - .(1- 55)1 = X 1 0 1 + W n (I - I)C1 -進一步化簡得=因町而上一式又可寫成:60C? X O-3 + VP3( - X1 - JN =1(1 + Wf (】一七)1 最后化簡得,ATAug * i q 十 m w” 一 舊)(i 一 a Jji(i + s )AT2,不均勻分布理論計算法設(shè)發(fā)塵量是均勻的、穩(wěn)定的，

21、只是塵粒分布不均勻，即室內(nèi)區(qū)域的濃度差。下面 將針對單個送風(fēng)口的房間的3區(qū)不均勻分布模型給予理論分析，如右圖所示。二區(qū)不均勻分布模型下表列出了室內(nèi)塵粒分布的不均勻性和區(qū)域間濃度比變化。工作區(qū)濃度和回風(fēng)濃度的比率：肉地面冏度加0M0.80-915jw塵?？倲?shù)/ (pc/L)87646159對0.邨處濃度的比率雙7470670-5 A 塵權(quán)總數(shù)/ Cpc/L)41322928對0. 4m處濃度的比率/%787068不均勻分布含塵濃度的公式為x ift J I - /3 j? V N K - N ,十+ + jI 、呼 I d v .1式中二N “一-潔凈室含塵濃度，pc/L：N：-一送風(fēng)含塵濃度m/L,可按下式計算：v _ 村，s(l % + M-(l M(l 七)式