净化空调设计

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。

空气洁净度级别:

GB50073-2013《洁净厂房设计规范》规定如下:

GMP洁净区微生物监测的动态标准:

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。

换气次数和截面风速—保证洁净度的重要因素。

《洁净厂房设计规范》GB50073:静态。

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)

*: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。

净化空调设计:

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)

单向流洁净室(ISO5 A级)设计方案:

1、隔离器(Isolator)及隔离装置(RABS);

2、AHU循环系统;

3、AHU+FMU空气自循环系统;

4、AHU+FFU 空气净化单元循环;

5、FMU空气自循环系统。

1、隔离器(Isolator):全封闭,全自动控制,实时监控,自带ISO5级循环装置。

2、隔离器装置(RABS):主动型—(开式、闭式),工艺设备自带单向流循环系统。

1、隔离器装置(RABS):

被动型—(开式、闭式)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。

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

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风机自循环系统

有2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。

非单向流(乱流)洁净室设计要点:

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)

国际标准ISO14644-4,对微电子行业洁净室,推荐换气次数(动态):

**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*1.25m3/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。

气锁两端的压力差>

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。

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)。

空气过滤器分类性能指标(摘自GB/T14295-2008):

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 (摘自GB/T13554-2008)

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)。

本文来源于互联网,主要内容作者:陈泽嘉。暖通南社整理编辑。

发布于 2019-10-06