新净化空调设计全流程,不能更详细了!
小眼睛的柳树
2024年10月29日 16:49:40
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来源:空调制冷网

空调分类: 舒适空调—以温度为主要控制对象,满足人的舒适度要求; 精密空调—以温度和相对湿度为主要控制对象,满足工业生产要求(恒温恒湿); 洁净(净化)空调—以空气微粒数为主要控制对象,满足工业生产要求(洁净度)。 什么是洁净室? —特殊设计的房间,要控制空气中的尘埃粒子数量,在设计上要控制尘埃粒子对房间的侵入、生存和存留达到最小,以及相关的温度、湿度和压力得到必要的控制。(摘自:ISO14644-1)

空调分类:
舒适空调—以温度为主要控制对象,满足人的舒适度要求;
精密空调—以温度和相对湿度为主要控制对象,满足工业生产要求(恒温恒湿);
洁净(净化)空调—以空气微粒数为主要控制对象,满足工业生产要求(洁净度)。
什么是洁净室?
—特殊设计的房间,要控制空气中的尘埃粒子数量,在设计上要控制尘埃粒子对房间的侵入、生存和存留达到最小,以及相关的温度、湿度和压力得到必要的控制。(摘自:ISO14644-1)
—专门设计建造的有限空间,在空气微粒、温湿度、空气压力、空气压力流动方式、空气运动、震动、噪声、滋生微生物以及照明方面进行了特殊的控制。(摘自:ASHRAE)
—按用途划分:
工业洁净室:主要控制对象—微粒;
生物洁净室:主要控制对象—微粒、微生物。
—按气流流型划分: 单向流洁净室 ,非单向流洁净室,混合流洁净室。
单向流洁净室:
1)气流通过洁净区整个断面;
2)断面风速均匀稳定;
3)流线单一、大致平行;
4)受控气流。
—靠送风气流“活塞”般的挤压作用,推动室内脏空气迅速排出室外,达到净化目的。
—高效过滤器满布率>80%。
非单向流洁净室:
1)气流速度不均匀;
2)气流具有多方向(回流、漩涡);
3)受控气流;
—依靠送风气流不断混合稀释室内空气,把室内粒子逐渐排除去,直至达到平衡。
—保证足够的换气次数,合理气流组织。
混合流洁净室:
1)单向流和非单向流同时存在;
2)两种气流互不干扰(独立);
3)受控气流
—局部区域单向流保护
—背景是非单向流状态
GB50073-2013《洁净厂房设计规范》空气洁净度等级要求:
3.0.1??洁净室及洁净区内空气中悬浮粒子空气洁净度等级应符合下列规定:
1?洁净室及洁净区空气洁净度整数等级应按表3.0.1确定。
表3.0.1?洁净室及洁净区空气洁净度整数等级
注:按不同的测量方法,各等级水平的浓度数据的 有效数字 不应超过3位。
EU WHO 中国 GMP    
洁净度级别    
最大允许悬浮粒子浓度限值(pc/m 3 )    
静态    
动态    
≥0.5μm    
≥5.0μm    
≥0.5μm    
≥5.0μm    
A级    
3520    
20    
3520    
20    
B级    
3520    
29    
352000    
2900    
C级    
352000    
2900    
3520000    
29000    
D级    
3520000    
29000    
不作规定    
不作规定    
GMP 洁净区微生物监测的动态标准
级别    
浮游菌    
cfu/m 3    
沉降菌    
cfu/4h    
表面微生物    
接触碟    
cfu/碟    
5指手套cfu/手套    
A    
<1    
<1    
<1    
<1    
B    
10    
5    
5    
5    
C    
100    
50    
25    

D    
200    
100    
50    

洁净室控制参数
悬浮粒子和微生物—影响产品纯度、交叉污染和无菌程度,实现洁净度级别重要参数;
温度和相对湿度—影响产品工艺条件和细菌繁殖条件以及人员舒适度。
20~24℃    
45~60%(A、B、C级)    
18~26℃    
45~65%(D级以及以下)    
换气次数和截面风速—保证洁净度的重要因素。
截面风速——指单向流工作区域的风速。
工作区域的概念:
中国—距地0.8m以上1.5m以内的区域
美国—距地0.6m以上,天花板0.9m以下的区域
单向流风速(A级  100级  ISO5级 )
国际标准 ISO14644-4—v=0.2~0.5m/s
洁净厂房设计规范GB50073-2013--v=0.2~0.4m/s
电子工业洁净厂房设计规范GB50472-2008--v=0.2~0.45m/s
中国cGMP 2010版--v=0.36~0.54m/s
0.2m/s仍然是单向流的保证风速
常规洁净室:
“单向气流系统应从终端过滤器或空气分配器系统以下15-30cm处的规定检验位置以(0.2~0.4m/s)*的均衡速度(指导值)提供气流。”
*(0.2~0.4m/s 在此以GB50073规定值为例)
静压差—洁净室保持其内部压力(静压)的重要参数
正压差:防止外界污染洁净室(大部分洁净室)
负压差:防止洁净室污染外界(某些危险微生物污染的洁净室)
压差—指相邻房间的门关闭时,门两侧的压力差值
静压差(Pa)
区域    
洁净厂房设计规范    
医药洁净厂房设计规范    
洁净室对室外    
≥10    
≥10    
洁净区域非洁净区    
≥5    
≥10    
不同级别洁净室之间    
≥5    
≥10    
相同级别洁净室之间*    
   
>0**    
*:指相同洁净度级别的不同功能区域(间)
**:>0 指适当的压差梯度或流向
照度—影响产品的工艺生产条件:
洁净区里通常是人工照明,最低照度不低于150lx,主要工作区通常200~300lx;
非洁净区最低照度不低于100lx,按各行业规范要求制定。  
噪声——控制噪声,保护人员健康,以利工人正常操作:
单向流洁净室    
<65dB(A)    
空态    
混合流洁净室    
<65dB(A)    
空态    
非单向流洁净室    
<60dB(A)    
空态    
净化空调设计目的—提供符合 洁净室  要求的系统,确保其满足产品的生产环境。
净化空调与一般空调的主要区别(暖通设计)

一般空调    
净化空调    
空气过滤    
无或粗效(中效)过滤    
粗效、中效(高中效)、高效三(四)级过滤    
温、湿度控制精度    
无明确控制要求    
控制精度:DB—±2℃    
RH—  5~10%    
新风量    
满足人员卫生要求    
工艺设备排风、房间正压、人员新风    
空气处理    
最大送风温差    
送风温差较小(再热、加湿)    
送风量    
无换气次数要求    
有换气次数要求(≥15ACH)风量较大    
房间压差要求    
无明确要求    
有压差要求(正压差、负压差)    
单向流洁净室(ISO5  A级)设计方案:
1、隔离器(Isolator)及隔离装置(RABS)
主动型—(开式、闭式):工艺设备自带单向流循环系统。
隔离器装置(RABS):
工艺设备只带屏障系统,由暖通专业组织循环风。
2、AHU循环系统
AHU处理全部的循环空气并控制区域内的温、湿度,一般用于小面积区域;
风管截面及占用空间较大,风管敷设有难度,AHU需要空调机房。
最大优点—房间噪声低。
利用AHU和FMU分别实现循环
AHU—保证核心区内温、湿度要求,布置在机房;
FMU—保证核心区内净化循环风量要求,布置在吊顶;
用于大面积区域特别是全室ISO5级;
3、AHU+FMU空气自循环系统
利用AHU和FMU分别实现循环。
AHU—保证核心区内温、湿度要求,布置在机房;
FMU—保证核心区内净化循环风量要求,布置在吊顶;用于大面积区域特别是全室ISO5级;
4、AHU+FFU 空气净化单元循环
与上述AHU+FMU有相同处。
AHU—保证核心区内温、湿度要求,布置在机房;
FFU—保证核心区内净化循环风量要求,布置在吊顶;用于较小面积区域ISO5级或A级;
5、FMU空气自循环系统
有两种方式:
—带冷源:保证区域内温湿度和循环风量要求;
—不带冷源:仅保证循环风量要求。
风机布置在吊顶;
非单向流(乱流)洁净室设计要点:
1、对气流组织的基本要求
作用:有效组织送风和回风方式,充分发挥洁净空气的稀释作用,快速排出室内污染。
基本原则:气流方向要适应微粒自然沉降的方向,以最快速度排出污染。
送风口布置要求:
1)均匀布置
2)避开工艺设备的进、排风口
3)采用同一规格 HEPA
4)送风管布置应有利于气流平衡
回风口布置要求:
1)尽量两侧均匀布置
2)避开遮挡物
3)风口上边缘距地≤0.5米
4)采用竖向百叶
5)安装过滤器(低阻的)
2、对送风量的基本要求(换气次数)
能稀释房间微粒;
消除室内热湿负荷
规范推荐的换气次数;
自净时间的要求;
气流组织的影响:
**稀释房间微粒:
由已知洁净度求换气次数,采用简化公式计算得出:
根据所要求的洁净度级别、房间面积、室内人数、室内发尘
量和新风比等,通过特定的公式和图表求出。
**消除室内热湿负荷:
如果洁净室余热量很大,则送风量按夏季最大冷负荷计算:
如果洁净室余湿量很大,则送风量按室内最大散湿量计算:
**自净时间的要求;(15~20分钟)
自净时间—洁净室从污染状态恢复到其正常洁净度状态所需要的时间。
根据洁净室自净前的污染浓度以及设计浓度等参数,通过特定的公式和图表求出。
**换气次数
《洁净厂房设计规范》推荐下列换气次数(静态)
洁净度级别    
换气次数    
ISO级    
次/时    
6    
50~60    
7    
15~25    
8~9    
10~15    
国际标准ISO14644-4对微电子行业洁净室,推荐换气次数(动态)
洁净度级别    
换气次数    
ISO级    
次/时    
6    
70~160    
7    
30~70    
8~9    
10~20    
**气流组织 的影响
送、回风口的布置位置直接影响送风量的大小,设计应充分考虑这个因素。
终上所述:最后确定出的送风量或换气次数应同时满足上述5个方面的要求。(即取其中最大值)
3、压差设计
**三个概念:
房间压差—抵御外部泄漏(渗漏)—保证洁净度
相对压差—保证气流流向—保护产品,防止污染
气锁—区域隔离,“控制”压差—保护产品(外部空间),防止污染
压差—洁净房间建立压差,以减少来自非洁净区、室外、吊顶、以及类似区域的污染。
正压差:防止外界对房间的污染;
负压差:防止房间有害空气污染外界;
相对压差—相对压差的建立主要用于减少粒子在暴露的工艺操作保护,区和与其无关的区域之间的传播,防止污染和交叉污染。
**如何产生压差:
房间正压差:送风=排风+漏出风(余风量为正值)
房间负压差:送风+漏入风=排风(余风量为负值)
压差计算方法:当房间门关闭时,房间要保持一定的压差值所需要的送风量计算:
压差法—计算泄漏风量。
L=0.827×A×?P0.5×3600×1.25 m 3 /h
0.827—漏风系数,A—缝隙总面积,?P—压力差1.25—不严密处附加系数。
换气次数法—估算泄漏风量,不建议采用
对洁净区房间,不同压差采用不同的换气次数:ΔP=5~40Pa,n=0.6~4.0 ACH
气锁—用以阻隔外界或邻室气流和保证压差而设置的小室,一般设置于洁净区的出入口。
气锁的三种类型:气锁的两道门联锁,始终只能一道门开启,由此保证压差。
用于关键区域。
梯度气锁:最常用形式,气流从压力高处通过气锁室流向压力低处。
用于不同洁净区之间或洁净区与非洁净区之间的隔离。
作用:保护产品;(不被外界污染)
正压气锁:气锁室位于压力最高处,气流从气锁室向外流出。用于分隔不同区域之间的气流。
作用:保护产品(不被外界污染),保护外界不被污染,防止洁净区内的污染外溢;用于强效药品(高活性、高毒性、高致敏)的隔离。
负压气锁:气锁室位于压力最低处,气流由外向气锁室流入。用于分隔不同区域之间的气流。
作用:即保护产品, 又保护其他区域不被污染,防止洁净区含产品空气外溢;如用于强效药品(高活性、高毒性、高致敏)的隔离。
空调负荷计算:计算方法同普通空调,参见相关设计手册。
空调方案设计:
常用基本方案:
1、直流系统
全新风,用于不允许使用循环风的区域;空调设备表冷器处理焓差大,加大排数;
2、一次回风系统
一定比例的室外新风与室内回风混合,适用于绝大部分洁净区。
系统简单易控制,仍是目前的首选。
通过加热盘管来调整送风参数。
是各国GMP指南和国际 ISPE 推荐的空气处理方式。
3、二次回风系统
用于洁净度较高,风量大的洁净区域。
由于没有了一次回风的冷却后再 加热过程 ,有节能效果。
不适用于散湿量较大的区域,如水针车间的配液、灌封等区域。
调整参数的手段单一,不易控制,适用于室内热源较稳定的区域。
4、特殊方案—低湿系统
用于相对湿度较低的区域,采用转轮除湿机+AHU。
过滤器分类:
我国国标将空气过滤器分为两类:
空气过滤器—粗效、中效、高中效、亚高效
粗效:捕获≥5μm的大粒子,效率以≥2μm的粒子计算;
中效和高中效:捕获≥1μm的中等粒子,效率以≥0.5μm的粒子计算;
亚高效:捕获≥0.5μm的小粒子,效率以≥0.5μm的粒子计算。
空气过滤器初阻力:
粗效:25~50Pa(G1~G4)
中效:50~105Pa(M5、M6—原F5、F6)
高中效:100~140Pa(F7、F8)
亚高效:120~150Pa(F9、H10、H11)
高效:160~250Pa(H12~H14)
超高效:170Pa(U15~U17)
空气过滤器额定风量下阻力和效率指标(摘自GB/T14295-2019)
高效空气过滤器—高效、超高效
高效:捕获≥0.5μm的小粒子,效率以≥0.5μm的粒子计算(钠焰法)
超高效:捕获≥0.5μm的微小粒子,效率以0.1~0.3μm的粒子计算(扫描法)
初阻力:160~250Pa
高效空气过滤器效率要求(摘自GB/T13554-2020)
国内外主要国家几种空气过滤器标准比较:
过滤器使用:
净化空调设计常用三级(或四级)空气过滤器组合:
粗效+中效+高效(HEPA)
粗效+中效+高中效+高效(HEPA)
空气预过滤的效率越高,对末级高效过滤器的保护越有效。
空气处理机组选择要点:
箱体内壁材料耐腐蚀且易于清洗;
机组漏风率<1%;风机选择风机性能曲线陡峭的;
干蒸汽加湿器;微穿孔板消声器;
送风机按净化空调系统总风量和总阻力选择(预过滤器阻力按初阻力的1.5~2倍选择)。    

来源:暖通南社

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