潔凈室人員發(fā)塵規(guī)律研究

顆粒物濃度是控制潔凈度需要考慮的主要因素之一，是潔凈室的重要評價指標。生物潔凈室的潔凈度要求很高，需要大量的潔凈空氣去除室內(nèi)的顆粒物，導(dǎo)致凈化空調(diào)系統(tǒng)的能耗很高，一般潔凈室的能耗為普通辦公建筑的30～50

倍，其中約有50％的能耗用來維持

HVAC系統(tǒng)的運行。有關(guān)生物潔凈室的設(shè)計規(guī)范包括ISO14644《潔凈室和相關(guān)受控環(huán)境》、GMP《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》和GB50457-2019《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計標準》等，在

GMP2010等不同的規(guī)范中都針對不同潔凈度的房間給出了相應(yīng)的換氣次數(shù)推薦范圍，設(shè)計時一般選用最不利值，并且采取定風(fēng)量不間斷運行。通過對潔凈室的現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)，在這種設(shè)計方法下，內(nèi)部環(huán)境的顆粒物濃度遠遠低于標準中的上限，甚至僅為上限的１％。這表明，換氣次數(shù)高于實際所需值，存在較大冗余度，造成了巨大的能源浪費。顯然，目前的潔凈室凈化空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計并不合理。為了避免這種情況，ISO14644-２:2015《潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境：監(jiān)測》等系列新標準中取消了換氣次數(shù)的推薦范圍，希望在后續(xù)的設(shè)計中，采取更加科學(xué)、系統(tǒng)的計算方法。在設(shè)計層面上，基于顆粒物負荷計算出潔凈室實際所需的換氣次數(shù)，而不是盲目照搬規(guī)范。在運行層面上，ISO14644-２:2015

標準強調(diào)了實時在線動態(tài)潔凈度監(jiān)測方法，作為潔凈室驗證的工具，根據(jù)顆粒物濃度實時調(diào)節(jié)控制策略。兩者綜合實施，節(jié)能減排。此外，應(yīng)加強研究潔凈度保障計算方法、運行策略的調(diào)整，以及顆粒物濃度的監(jiān)測。當潔凈室的潔凈度級別較高時，人體是最主要的顆粒物散發(fā)源，弄清人體的顆粒物發(fā)塵量和發(fā)塵規(guī)律是落實合理設(shè)計冗余變風(fēng)量的前提。本文重點關(guān)注潔凈室的顆粒物濃度，尋找主要發(fā)塵源，重點分析人員的發(fā)塵特點，探究人員對潔凈室潔凈度的影響，并總結(jié)人員的發(fā)塵規(guī)律和發(fā)塵當量，介紹科學(xué)的計算方法，尋找合理的換氣次數(shù)，降低潔凈度的冗余量，為潔凈室換氣次數(shù)的科學(xué)設(shè)計提供指導(dǎo)。一、潔凈室的通風(fēng)凈化1、潔凈室的通風(fēng)凈化原理圖１為生物制藥廠房的通風(fēng)凈化原理圖。虛線為稀釋作用下房間顆粒物濃度隨換氣次數(shù)的變化。換氣次數(shù)越大，濃度越低，潔凈度級別越高。但是當換氣次數(shù)增大到一定程度時，對潔凈度的提升效果大大降低，這是稀釋通風(fēng)本身的局限性。因此，當換氣次數(shù)增加到250/h以上時，其等效平均風(fēng)速達到0.2m/s以上，應(yīng)采用定向通風(fēng)，控制顆粒物的定向排除，大大降低污染物濃度，提高潔凈度水平。這也是

Ａ

級層流區(qū)的主要設(shè)計方法，但在設(shè)計時也應(yīng)充分考慮吹風(fēng)感對人的影響。2、潔凈室顆粒物污染源潔凈室內(nèi)顆粒物污染源一般包括操作人員、設(shè)備、新風(fēng)和建筑表面等，對于潔凈度級別較高的潔凈室來說，人員發(fā)塵大約占顆粒物總和的80%，是影響潔凈度的最主要因素。但目前針對潔凈室人員發(fā)塵尚未有明確的結(jié)論。因此，更新現(xiàn)階段潔凈室的運行數(shù)據(jù)，探究人員發(fā)塵規(guī)律，彌補行業(yè)研究缺陷，對潔凈室的發(fā)展及節(jié)能具有重要意義。二、潔凈室內(nèi)人員發(fā)塵特點1、人體發(fā)塵的粒徑特點對潔凈度級別較高的潔凈室內(nèi)顆粒物濃度的粒徑分布進行了統(tǒng)計，圖2顯示了Ｂ級潔凈度（ISO５～７級）的潔凈室的５組實測數(shù)據(jù)，主要包括0.5、5μｍ

粒徑顆粒物的濃度值，并與ISO６級的濃度要求上限進行了對比。從圖2可以發(fā)現(xiàn)，不同研究中５μｍ粒徑顆粒物的測量濃度相近，而0.5μｍ粒徑顆粒物的測量濃度則相差較大，級別較高的潔凈室主要的分類粒徑為0.5μｍ。此外，由于較大粒徑（≥５μｍ）顆粒物存在易沉降、數(shù)量較少、檢測較難等問題，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)誤差大?；谝陨?，潔凈室研究一般重點關(guān)注小粒徑顆粒的濃度范圍，ISO14644-2015刪除了對５μｍ以上顆粒物的監(jiān)測要求。ISO14644標準對于不同粒徑的顆粒物的濃度上限要求不同，其比例構(gòu)成類似大氣塵，對于潔凈度級別較高的潔凈室來說，發(fā)塵源主要是人員，其成分比例與大氣塵稍有不同。表１總結(jié)了４篇文獻

中0.5μｍ

與

5μｍ

粒徑顆粒物濃度的比值。從表１可見，潔凈室內(nèi)人體散發(fā)的粒徑0.5μｍ

以上顆粒物濃度約為粒徑5μｍ

以上顆粒物濃度的27倍，而GMP或ISO規(guī)范規(guī)定對于潔凈室的不同粒徑顆粒物，粒徑0.5μｍ

以上顆粒物濃度是粒徑

5μｍ

以上顆粒物濃度的約121倍。因此，衛(wèi)生不達標、人數(shù)超標的潔凈室可能增加大粒徑超標風(fēng)險，而設(shè)備發(fā)塵超標、新風(fēng)過濾不徹底等會增加小粒徑超標風(fēng)險。2、人體發(fā)塵量隨人數(shù)的變化在ISO6級潔凈室內(nèi)進行了實際測量，認為潔凈度與人員情況高度相關(guān)，提出人員密度可以作為顆粒物濃度的有效指標，利用人員發(fā)塵當量來衡量潔凈室內(nèi)顆粒物負荷是可行的。這為潔凈室內(nèi)發(fā)塵量的確定、換氣次數(shù)的選取提供了理論上的指導(dǎo)。但通過文獻總結(jié)發(fā)現(xiàn)，即使作為主要的發(fā)塵源，人員發(fā)塵對潔凈室的影響與人員數(shù)不呈線性增加，人員數(shù)增加到４人及以上時，每個人員增加的發(fā)塵量會減少。研究表明，人員數(shù)從３人增加到４人時潔凈室的實測濃度甚至反而降低。分析原因可能如下：一方面，當人員數(shù)增加時，人體的發(fā)塵量雖成倍增加，但引起的環(huán)境中的顆粒物的二次懸浮量增加較少；另一方面，人員密度較大時，人員的活動等會對潔凈室內(nèi)的氣流組織產(chǎn)生擾動，可能促進潔凈室內(nèi)顆粒物的均勻混合。表２匯總了人體發(fā)塵量與人員數(shù)的擬合關(guān)系式。人員數(shù)與發(fā)塵量的非線性影響了換氣次數(shù)計算的精度和準度，增大了監(jiān)測調(diào)控的必要性。３、人體發(fā)塵的影響因素人員作為最主要的發(fā)塵源，確定一個合理的人員發(fā)塵當量是計算潔凈室換氣次數(shù)至關(guān)重要的一步。通過國內(nèi)外文獻的調(diào)研和對比，可以發(fā)現(xiàn)潔凈室內(nèi)人員發(fā)塵量在不同實驗條件下差異較大，主要的影響因素包括潔凈室的潔凈度、人員的服裝體系、人員活動強度等。潔凈度是影響人員發(fā)塵量及二次揚塵的主要原因，潔凈度級別越低，環(huán)境中懸浮或者沉積到地面的顆粒物越多，人員活動引起的二次揚塵量越大，無控制環(huán)境和ISO2級環(huán)境人體劇烈運動時的發(fā)塵量最高可相差百倍。潔凈度級別越低，人員步行與靜止的發(fā)塵比值越大，例如，潔凈室內(nèi)人走路時發(fā)塵量約為靜止時的2倍，而無控制環(huán)境中則高達

6倍，其中60％～70％均為二次揚塵，超過人員與服裝的主體發(fā)塵量，成為最主要的影響因素。潔凈服對人體發(fā)塵的影響體現(xiàn)在服裝對人體的包裹程度和材料本身的濾塵性、發(fā)塵性上。一般情況下，采用滌綸長絲的潔凈服的發(fā)塵量遠小于棉質(zhì)、小于普通滌綸服裝。另外，由于纖維本身的破損原理是先結(jié)團后掉落的過程，潔凈服的發(fā)塵量并不隨洗滌次數(shù)線性增加，隨著潔凈服洗滌次數(shù)的增多，測得的人體發(fā)塵量呈現(xiàn)震蕩上升的趨勢，這對潔凈服的使用壽命提出了指導(dǎo)和意見。人體的活動強度也是影響發(fā)塵量的重要因素，人體活動引起的摩擦、振動及潔凈服漏風(fēng)面積變化等原因加劇了人體對環(huán)境的污染，人體顆粒物的排放速率與活動強度正相關(guān)?；顒訌姸仍酱螅梭w的發(fā)塵量越大，發(fā)塵量由大到小依次為：彎腰、屈膝＞揮臂、轉(zhuǎn)身、行走＞靜止，劇烈運動下的發(fā)塵量可達靜止時的10倍。一般情況下，在潔凈室內(nèi)人體靜止時發(fā)塵量最小，揮臂、步行、轉(zhuǎn)身等屬于輕型活動，發(fā)塵量約為靜止時的２～５倍，彎腰、屈膝、踏步等屬于重型活動，發(fā)塵量約為靜止時的６～１０倍。研究不同活動強度下人體的發(fā)塵量對潔凈室人員的操作規(guī)范有良好的指導(dǎo)意義。三、討論從潔凈室整體監(jiān)測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：人員散發(fā)的大粒徑顆粒物占比高于大氣環(huán)境，對于人員發(fā)塵量遠大于設(shè)備、壁面和新風(fēng)發(fā)塵量的潔凈室，應(yīng)對大粒徑顆粒物給予一定重視；但發(fā)塵量并不隨人員數(shù)呈線性增加，人員數(shù)較少時近似呈線性，而后續(xù)單位人員引起的發(fā)塵量增加越來越少；此外，工藝生產(chǎn)也與人的行為息息相關(guān)，由于工藝或者材料產(chǎn)生的發(fā)塵量也可以看作人員的函數(shù)，利用潔凈度在線監(jiān)測技術(shù)可以獲得不同產(chǎn)品的生產(chǎn)人員發(fā)塵規(guī)律，實現(xiàn)基于潔凈度的個性化控制送風(fēng)。對于人體發(fā)塵的影響因素，可以從發(fā)塵機理上進一步探究。人體自身細胞老化脫落產(chǎn)生的顆粒物大部分會先被潔凈服攔截和阻隔，附著在潔凈服表面，少部分透過或者從開口地方泄漏至環(huán)境中。隨著人員的操作和走動等動作，附著在潔凈服表面的顆粒物會震落；潔凈服本身的磨損也會產(chǎn)生例如纖維等顆粒物的釋放；人體活動還會引起周圍環(huán)境顆粒物的再懸浮等。人體的發(fā)塵有許多影響因素，環(huán)境中的顆粒物濃度高、潔凈服材料的過濾效果及包裹性差、人員的活動強度大都將會導(dǎo)致人體的發(fā)塵量增大。四、結(jié)論１）潔凈室內(nèi)人體散發(fā)的粒徑0.5μｍ

以上顆粒物數(shù)量為粒徑５μｍ

以上顆粒物的27倍左右。隨著設(shè)備發(fā)塵量和潔凈服洗滌次數(shù)的增多，小粒徑的顆粒物占比會增大。２）不同潔凈室內(nèi)，人員密度較低時發(fā)塵量與人員數(shù)呈線性關(guān)系，人員密度較高時為非線性，單位人員增加的發(fā)塵量降低。３）環(huán)境的潔凈度和人體活動強度是影響人體顆粒物散發(fā)的主要因素。不同潔凈度下的人體發(fā)塵量可相差100倍，不同活動強度下可相差10倍。隨著科技的發(fā)展，潔凈室內(nèi)潔凈度控制越來越精確和嚴格，盲目采用多年