潔凈室空調負荷、風量、潔凈度的設計和計算

潔凈室的設計計算包括空調負荷計算，風量計算，潔凈度校核計算等內容?？照{負荷計算潔凈室的空調負荷包括復季冷負荷與冬季熱負荷。有人認為計算方法與一般空調負荷的計算方法相同。其實，潔凈室的負荷計算與一般空調的負荷計算有許多區(qū)別。對于許多材料中推薦的負荷估算指標，不知道這些估算指標的詳細來源，在工程實踐中發(fā)現(xiàn)這些估算指標比實際負荷大很多。對于一些沒有經驗的設計人員，也許會受到估算指標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，這是非常有害的。在前幾年GMP認證后，許多制藥企業(yè)感嘆凈化空調系統(tǒng)能耗太大而用不起。難道是凈化空調系統(tǒng)的錯誤嗎？有學者發(fā)現(xiàn)，無論是冷負荷還是送風量都是層層加碼，導致機組、水泵、風機等容量偏大很多。凈化空調比一般空調的能耗大是肯定的，但應大的有依據(jù)。當前，對凈化空調的節(jié)能設計迫在眉睫。

在調研中發(fā)現(xiàn)，有不少空調用戶在最熱月，實際用冷量是設計冷量的1/2~3/5。若把這樣的設計作為估算冷負荷指標的統(tǒng)計源，其數(shù)據(jù)必然大很多。所以，設計人員應相信自己的計箅，回訪自己的用戶，獲得真實的冷負荷指標。對于各種書籍中相互復制的冷負荷估算指標成科學對待，只有在工程設計初期估算造價時，有一點參考價值。在施工圖階段，應采用計算出的冷負荷選擇設備。

空調負荷計算方法很多，目前有許多負荷計算的軟件，使負荷計算變得非常容易。在應用軟件或手工計算負荷時，應了解凈化空調與一般空調負荷計算的不同點。計算軟件大多是針對-

般空調而編制的，在計算潔凈室負荷時應把圍護結構的參數(shù)做一調整。

潔凈室的圍護結構與一般空調的不同，它是在房子中套房子，外層房子就是土建結構，可以是框架結構加空心磚砌塊，也可以是磚混結構，外墻、屋面的相關參數(shù)可在相關手冊中查得。套入內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、輕鋼加經噴涂的電解鋼板、還有彩鋼夾心復合板等。而彩鋼夾心復合板的夾芯，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、鋁蜂窩板等材質?？梢?，這種兩層圍護結構建造成的潔凈室，其建筑負荷很小。當內層材料的保溫性能好時（如彩鋼夾芯板），不透明圍護結構引起的冷負荷可按穩(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（有一定經驗后方可這么做）。

不管是正壓潔凈室，還是負壓潔凈室，都不考慮冷風滲透引起的負荷。冷負荷系數(shù)法的計算步驟（這種方法非常適合手工計算）一.外墻、屋頂瞬變傳熱引起的冷負荷外墻、屋頂屬不透明圍護結構，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荷（W);F—

外墻、屋面面積（m2);T1—

室內設計溫度

T2—

外墻、屋面的冷負荷計算溫度的逐時值（T);

計算時刻的選取和一般空調相同，通?？稍?時至18時中，每隔lh取一個計箅時刻。有經驗者可根據(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/(m2?^)]

；如果潔凈室在內區(qū)（無外墻），外墻引起的冷負荷為零；如果潔凈室靠近外墻，如圖5-1所示，傳熱系數(shù)的計算應考慮內、外圍護結構之間空氣間隙的熱阻。若間隙間的空氣被裝修材料封閉，可按多層復合壁計算&值；當內層結構為彩鋼夾芯板，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，把靠外墻的潔凈室按內區(qū)處這里的空氣間隙就變成非空調空間。這時，只需計算非空調空間對該潔凈室的傳熱負荷（在后面介紹其算法）。由于潔凈室特殊的雙層外圍護結構，外墻傳熱系數(shù)K

值按多層復合壁計算（數(shù)值很?。?，算出的非輕型外墻傳熱形成的冷負荷與采用冷負荷系數(shù)法箅出的冷負荷相差不大。這就是前面所提到的當內層材料的保溫性能好時（如彩鋼夾芯板）不透明圍護結構引起的冷負荷可按穩(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鸬睦湄摵煽刹槐赜嬎?，而只需計算相當于非空調房間的夾層對凈室傳熱而產生的冷負荷。潔凈室的裝修，由T需要吸收土建施工的誤差，其墻板緊貼上建外圍護結構的很少，一般都留有較大的間隙。根據(jù)前面的分析，當把這個間隙按非空調房間對待時，對于非輕甩外墻和屋頂瞬變傳熱形成的冷負荷可以不做計算，把該潔凈室按內區(qū)對待（緊貼土建外墻的潔凈室除外）。二.內墻、樓板傳熱引起的冷負荷三.外玻璃窗瞬變傳熱引起的冷負荷許多潔凈室是不允許設計外玻璃窗的，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)潔凈室的建筑結構特征，大多采用兩層固定密閉玻璃窗。當潔凈室按內區(qū)對待時，其玻璃窗傳熱按內窗考慮；當潔凈室的墻板緊貼土建外墻或上建外墻經表面涂層處理作為潔凈室墻面時（潔凈度低的潔凈室也有此結構），在室內外溫差作用下，通過外玻璃窗的瞬變傳熱引起的冷負荷可按下式計算四.玻璃窗日射得熱引起的冷負荷不考慮外遮陽時，透過玻璃窗進人室內的日射得熱形成的逐時冷負荷可按下式計算五.地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄摵蓞⒄铡恫膳L與空氣調節(jié)設計規(guī)范》（GB50019—2003)的規(guī)定，若潔凈室內的空凋屬舒適性的，夏季可不計算通過地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄摵?；當潔凈室位于低層，下面無地下室且有外墻時，對工藝性空調，宜計算距外墻2m范圍內的地面?zhèn)鳠嵝纬傻睦湄摵伞Ａ?室內熱源散熱形成的冷負荷潔凈室內的熱源散熱主要指室內工藝設備散熱、照明散熱、人體散熱等。設備種類較多，有些設備只能滿足生產工藝的功能，對保溫、隔熱等方面存在先天缺陷，在運行過程中，散發(fā)大量的熱蜇、濕景及粉塵。在設計時應充分調研、仔細研究，不能單純按相關計算公式進行冷負荷計算。否則，設備形成的冷負荷太大，即使是潔凈室的大風童也難以消除余熱余濕，這就相當于室內生火爐再用空調降溫一樣，能耗太大。因此，要求設計人員仔細了解工藝過程，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)至室內后再進行空調降溫。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。

在采用冷負荷系數(shù)法計算室內電動設備形成的冷負荷時，電動設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率小。所以，在計算冷負荷時一定要考慮這些因素。

室內熱源散熱包括顯熱、潛熱兩部分。潛熱散熱直接成為室內的瞬時冷負荷，顯熱散熱中只有以對流形式散出的熱量成為室內瞬時冷負荷，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，形成滯后的冷負荷。所以，在計算中，應分析各種設備的散熱特點，采用相應的冷負荷系數(shù)。潔凈室風量計算一、正壓潔凈室送風量QⅠ計算1．亂流潔凈室送風量計算Q1-1亂流潔凈室——1000級、10000級、100000級、300000級的潔凈室，送風量是以換氣次數(shù)為準來計算的：QⅠ-1=KV

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——潔凈室內單位體積發(fā)塵量；M——室外空氣含塵濃度；S——回風量與送風量之比；ηH——回風通路上空氣過濾器的總效率；ηX——新風通路上空氣過濾器的總效率。實際工程計算中換氣次數(shù)K很難用以上公式計算，一般均采用經驗換氣次數(shù)。在各國的潔凈室標準中，相同級別的非單向流潔凈室的經驗換氣次數(shù)并不相同。我國《潔凈廠房設計規(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量計算所需的經驗換氣次數(shù)，見下表：空氣潔凈度等級GB50073-2001ISO/DIS14644—4醫(yī)藥潔凈廠房設計規(guī)范6級(1000級)50～6025～56

7級(10000級)15～2511～25≥258級(100000級)10～153.5～7≥159級(1000000級)10～153.5～7≥12

注：①換氣次數(shù)適用于層高小于4.0m的潔凈室。②室內人數(shù)少、熱源小時，宜采用下限值。③大于100000級的潔凈室換氣次數(shù)不小于12次。二、系統(tǒng)送風量QⅡ計算系統(tǒng)送風量應在潔凈室送風量基礎上再加上系統(tǒng)漏風量。對于嚴格按《潔凈室施工及驗收規(guī)范》制作安裝的風道系統(tǒng)和空調設備，建議其漏風率取下表數(shù)值：

式中：ΣQⅠ為各潔凈室送風量之和。三、系統(tǒng)新風量QⅢ計算1．滿足衛(wèi)生要求潔凈室所需的新風量Q1(1)對于室內無明顯有害氣體發(fā)生的一般情況，按《潔凈廠房設計規(guī)范》每人每小時新風量不得小于40m3計算：Q1-1=人數(shù)×40m3/h。(2)對于室內有多種有害氣體發(fā)生的情況：Q1-2=Qa＋Qb＋…＋QnQa=La/TaQb=Lb/Tb…Qn=Ln/Tn式中：Qa…Qn——稀釋各種有害氣體必需的通風量；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0.3～0.5v1——漏出風速ΔP——室內外壓差ρ——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)法進行計算，換氣次數(shù)根據(jù)經驗值估算，即當潔凈室的壓差值為5Pa時，壓差風量相應的換氣次數(shù)為1～2h－1，當潔凈室的壓差值為10Pa時，壓差風量相應的換氣次數(shù)為2～4h－1。因為潔凈室壓差風量的大小是根據(jù)潔凈室維護結構的氣密性及維持的壓差有關，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。2.綜上所述保持室內正壓新風量：Q2=Q2-1＋Q2-2＋Q2-3對正壓室要求特別嚴時，還應在Q2加上開關門和傳遞窗的漏風量。3．滿足一定比例的新風量Q3當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，可采用新風應占總風量一定比例的方法來確定新風量。按《潔凈廠房設計規(guī)范》規(guī)定，對于亂流潔凈室，新風量不應小于總風量的10%～30%，對于單向流潔凈室，新風量應不于總送風量的2%～4%。原則是：潔凈度越低新風比越大。當然，對于全部用循環(huán)風的場合，或者工藝需要或允許時，新風比可不按以上比例取。4．補充送風系統(tǒng)漏泄所需的新風量Q4Q4=系統(tǒng)送風量×εΣ=QⅡ×εΣ5．系統(tǒng)新風量QⅢ比較ΣQ1、ΣQ2和ΣQ3，取其最大值，“Σ”為各室該風量之和。然后加上系統(tǒng)漏風量Q4，即為系統(tǒng)的最后所需新風量。QⅢ=(ΣQ1、ΣQ2、ΣQ3)max＋Q4四、系統(tǒng)的回風(循環(huán)風)量QⅣ的計算系統(tǒng)的循環(huán)風量應為系統(tǒng)總送風量減去新風量。即：QⅣ=QⅡ－QⅢ潔凈室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潔凈室系統(tǒng)的基本圖示，如圖所示：系統(tǒng)假設：A.認為室內含塵濃度是均勻分布的B.設通風穩(wěn)定C.發(fā)塵量是常數(shù)D.大氣層濃度也是常數(shù)E.忽略室內外灰塵的密度和分散度的變化對過濾器效率的影響F.忽略灰塵在管路系統(tǒng)和室內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，進入潔凈室內的塵粒應由3部分組成：A.新風帶進室內的塵粒：在△t時間內每升空氣由新風而增加的塵粒數(shù)量為：B.由回風帶進室內的塵粒：在△t時間內，由回風而增加的塵粒數(shù)為：C.在△t時間內：室內發(fā)塵而使室內每升空氣增加的塵粒數(shù)量為G*10-3△t(Pc/L);在△t時間內室內每升空氣由通風換氣排出的塵粒數(shù)量為：由以上分析可知，在△t時間內潔凈室內含塵濃度的變化為：△Nt=進入的含塵濃度-排出的含塵濃度為：根據(jù)初始條件，當t=0時，室內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：應用此式時，需要注意系統(tǒng)中哪些過濾器組合效率是ηn,哪些是ηr,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：單向流潔凈室內人的發(fā)塵可以不考慮；回風帶入的塵粒也可忽略。多室、有局部凈化設備時的含塵濃度計算A.多室含塵濃度計算。如圖，設第一潔凈室的含塵濃度N1=3pc/L，第二潔凈室N2=3000pc/L。一般多室系統(tǒng)總回風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，就本圖而言，則不會超過N2=3000pc/L。若假定3000pc/L就是總回風含塵濃度，即比N1提高1000倍。所以對于多室系統(tǒng)的1室來說，極端情況相當于在回風含塵濃度提出1000倍條件下的單室系統(tǒng)的運行。其含塵濃度平衡方程式為：由于回風通路上設有高校過濾器，對于不小于0.5um塵粒的效率達ηr=99.999%，即：式中，N：單室系統(tǒng)時的含塵濃度。上述分析推導說明，對于末級過濾器的空氣凈化系統(tǒng)，不管多室還是單室，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：2，不均勻分布理論計算法設發(fā)塵量是均勻的、穩(wěn)定的，只是塵粒分布不均勻，即室內區(qū)域的濃度差。下面將針對單個送風口的房間的3區(qū)不均勻分布模型給予理論分析，如右圖所示。下表列出了室內塵粒分布的不均勻性和區(qū)域間濃度比變化。工作區(qū)濃度和回風濃度的比率：潔凈室含塵濃度N-n通式