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        潔凈室的系統的建設及技術要求

        來源:山東康德萊凈化工程有限公司 時間:2020-10-28 11:02:51 次數:

        潔凈室是空氣懸浮粒子濃度受控的房間,其建造和使用方式可最大限度減少房間進入的、產生的和滯留的粒子。房間內的溫度、濕度、壓力等其他相關參數均按要求受控(ISO14644-6)。

        潔凈室的四大技術要素:

        一、送風至少經過三級過濾(粗效、中效和高效),并且高效過濾器應設置在系統的末端。

        二、潔凈室應有足夠的凈化和空調的送風量。

        三、潔凈室應維持必要的壓力梯度(正壓梯度或負壓梯度)。

        四、潔凈室應有合理的氣流組織。

        潔凈室的分類:

        按氣流流型潔凈室可劃分為:單向流潔凈室;非單向流潔凈室;混合流潔凈室;矢流潔凈室。

        單向流潔凈室:

        單向流(層流)潔凈室,其中又分垂直單向流潔凈室和水平單向流潔凈室。

        單向流氣流的凈化原理是活塞和擠壓原理,把灰塵從一端向另一端擠壓出去,用潔凈氣流置換污染氣流。包括有垂直單向流和水平單向流。

        垂直單向流是氣流以一定的速度(0.25m/s~0.5m/s)從頂棚流向地坪的氣流流型。這種氣流能創造100級、10級、1級或更高潔凈級別。但其初投資很高、運行費很高,工程中盡量將其面積壓縮到最小,用到必須用的部位。

        水平單向流是氣流以一定的速度(0.3m/s~0.5m/s)從一面墻流向對面的墻的氣流流型。該氣流可創造100級的凈化級別。其初投資和運行費低于垂直單向流流型。

        非單向流潔凈室:

        非單向流潔凈室的氣流流型又可分為頂送下回;頂送下側回;頂送頂回等。

        非單向流氣流的凈化原理是稀釋原理。一般型式為高效過濾器送風口頂部送風;回風的型式有下部回風、側下部回風和頂部回風等。依不同送風換氣次數,實現不同的凈化級別,其初投資和運行費用也不同。

        混合流潔凈室:

        混合流氣流是將垂直單向流和非單向流兩種氣流組合在一起構成的氣流流型。這種氣流的特點是將垂直單向流面積壓縮到最小,用大面積非單向流替代大面積單向流以利節省初投資和運行費。

        矢流(對角流)潔凈室:

        選上側圓弧型高效過濾器風口送風,對側下回風口回風的氣流流型。

        矢流潔凈室的氣流是以放射型的流線流出,流線之間沒有豎向交叉,可用相對少量的送風獲得較高級別的潔凈度。多用在醫藥、醫療和電子等行業的小潔凈室中。在某些特殊的實驗室中也得到廣泛的應用。

        各種氣流流型潔凈室的風量、冷量、初投資和運行費的比較(僅供參考)

        不同潔凈級別潔凈廠房的送風量、冷量投資耗電的指標

        注:表中的送風量、單向流以斷面風速表示,非單向流以換氣次數表示。

        表中冷量指標一般指電子工業潔凈廠房。表中的初投資包括潔凈廠房的圍護、冷凍供應系統、空調凈化系統,不含土建結構和自動控制的投資。表中的耗電量系指制冷系統和空調送風系統耗電,不含電加熱和電加濕的耗電量。

        按潔凈室主要控制對象劃分潔凈室又可劃分為:工業潔凈室;生物潔凈室。

        工業潔凈室:

        工業潔凈室主要的控制對象是灰塵粒子(不分有生命的、無生命的)。

        工業潔凈室主要應用在電子、航天、航空、機械、化工、化學制藥、能源、納米等工業中。尤其是電子工業和光電子工業更是離不開潔凈室和潔凈技術。

        生物潔凈室:

        生物潔凈室主要控制對象是有生命的、活的微生物粒子,如病菌、病毒等對人類、動物、環境有害的粒子。

        生物潔凈室廣泛地應用在醫療(潔凈手術室、潔凈病房)、生物制藥、實驗動物飼養、生物安全實驗室、衛生防疫檢疫的事業中。生物潔凈室的發展速度非常快,而且得到了各方的認同和重視。

        工業潔凈室與生物潔凈室的差別表

        潔凈室潔凈度等級標準:

        ISO-14644是國際標準,現在美國、歐洲、日本、俄羅斯和我國都采用此標準,美國原來應用的是美國聯邦標準209A、B、C、D、E,現在美國也不用了。原來我們熟悉的100級、1000級、10000級和100000級都是源自美國聯邦標準FS209B,現在它們分別被國際標準ISO-14644標準中的5級、6級、7級和8級所替代。

        ISO-14644的潔凈度等級標準列如下:

        潔凈室及潔凈空氣中懸浮粒子的潔凈度等級

        注:① 每點應至少采樣3次。

        ② 本標準不適用于表征懸浮粒子的物理、化學、放射及生命性。

        ③ 根據工藝要求可確定1~2粒徑。

        ④ 根據要求粒徑D的粒子最大允許濃度由下式確定(粒徑0.1μm~5μm):

        (個/m3)

        式中,N為潔凈度等級在1~9級中間可以0.1為最小單位遞增量插入。

        國標潔凈等級標準ISO-14644與各國潔凈度等級標準的比較如下:

        國際標準ISO-14644與各國標準的比較表

        注:美國聯邦標準FS209E已經停止使用。

        潔凈室的消防、節能和環保:

        潔凈室的消防:

        一、潔凈室建筑不利于防火的因素:

        1、空間密閉、圍護結構氣密性好,一旦火災溫度會迅速上升,大量煙氣不易排出,令人窒息又不利于疏散和撲救。

        2、潔凈室建筑內各種關卡多,對外出口少,疏散通道不暢,延長了疏散距離和時間。

        3、潔凈室建筑裝修有一些高分子的合成材料會產生濃煙和毒氣。工藝生產中往往會使用大量的易燃易爆的化學物質也是潔凈室潛在的火災威脅。

        因此潔凈室的防火和人員疏散非常重要。

        二、潔凈室建筑耐火等級

        1、甲乙類潔凈室建筑的耐火等級應為一級或二級,宜為單層建筑,其最大占地面積不易超過3000m2。

        2、丙、丁、戊類潔凈室建筑的耐火等級可為一級或二級,可為單層或多層,除丙類建筑占地面積不應超過8000m2(單層、二級);6000m2(多層、二級);4000m2(多層、三級)外,丁類和戊類占地面積不限。

        三、潔凈室人員的安全疏散

        在進行潔凈室平面規劃時考慮人員疏散的原則

        1、疏散路線要簡捷明了,便于尋找和識別。

        2、疏散路線要做到步步安全(著火房間→房間門→疏散走道→樓梯間→室外)。

        3、撲救線路不要與疏散路線交叉。

        4、疏散通道要通暢,少曲線,少高低不平,少寬窄變化。

        5、疏散方向至少有2個可供人員疏散。

        6、疏散門的開啟方向應有利于人員的疏散逃生。

        四、潔凈室建筑材料的防火

        1、潔凈室內部的裝修材料應盡量避免采用在燃燒時產生大量濃煙和有毒氣體的高分子合成材料。根據“潔凈廠房設計規范”規定:潔凈室的頂棚和壁板(包括夾心材料)應為不燃燒體,且不得采用有機復合材料。頂棚的耐火極限不應低于0.4h,疏散走道的耐火極限不應低于1.0h。

        2、特別要重視參觀走廊的隔墻(包括大面積玻璃窗)的耐火極限問題。

        3、技術豎井的井壁的耐火極限也不應低于1.0 h。

        潔凈室的水消防:

        一、室內外消火栓系統

        室內、外消火栓供水系統的用水量應根據潔凈室生產工作間火災危險性類別,建筑物的耐火等級以及建筑物的體積等因素目前應根據“建筑設計防火規范”確定,當“消防給水及消火栓系統技術規范”頒布后應按新規范執行。

        二、自動噴水滅火系統

        自動噴水滅火系統的用水量應根據潔凈室的火災危險性等級和“自動噴水滅火系統設計規范”確定。自動噴水滅火系統宜采用預作用式自動噴水滅火系統。

        三、潔凈室各個場所必須配置滅火器,其設計應滿足“建筑滅火器配置規范”的要求。除消防給水外,還應設置必要氣體滅火系統等。

        潔凈室電氣消防:

        一、潔凈室的電源和供配電

        根據“建筑設計防火規范”和“潔凈廠房設計規范”的要求。

        1、消防電源的負荷分級應符合國家標準“供配電系統設計規范”的要求。

        2、消防用電的設備應采用專用的供電回路,當生產、生活用電切斷時,應仍能保證消防用電,其配電設備應有明顯的標志。

        3、消防用電設備的管線應滿足火災時連續供電,并且管線應有防火要求。

        4、消防應急照明燈具和疏散指示標志燈的備用電源的連續供電時間應滿足實際消防要求。

        二、潔凈室的消防照明

        1、潔凈室內應設置供人員疏散用的應急照明。在安全出口、疏散通道的轉角處應按“規范”設置疏散標志(疏散指示燈)。

        2、在專用的消防口處應設置紅色應急照明燈。

        3、消防控制室、消防水泵房、自備發電機房、配電室、防排煙機房以及發生火災時仍需正常堅持工作的其他房間應設置應急照明。

        三、潔凈室的消防報警和控制

        1、潔凈室的生產區(包括技術夾層)、機房、站房等均應設置火災探測器(感溫探測器、感煙探測器或空氣采樣器等),及早預知、早報警。

        2、潔凈室生產區及走廊應設置手動火災報警按鈕。

        3、潔凈室應設置消防值班室(或控制室),消防控制室應設置消防專用電話總機。

        4、消防控制設備及線路連接應可靠,應有合格的顯示功能。

        5、消防報警應進行核實,并應進行如下:

        消防聯動控制:

        ① 啟動消防水泵(除自控外還應設手動控制裝置)。

        ② 關閉電動防火閥,停止空調風機、排風機、新風機,并收其反饋信號。

        ③ 關閉有關部位的電動防火門或防火卷簾門。

        ④ 點亮應急照明燈和疏散標志燈。

        ⑤ 手動切斷有關部位的非消防電源。

        ⑥ 啟動火災應急擴音器,進行人工和自動廣播。

        ⑦ 控制電梯降至首層,并接收反饋信號。

        潔凈室的防排煙:

        一、根據“建筑設計防火規范”和“潔凈廠房設計規范”的要求:潔凈室的疏散走廊和面積大于300m2的潔凈室均應設置機械防排煙措施。

        二、最新報批的“電子工廠潔凈廠房設計規范”中對潔凈室的防排煙系統的要求作了一些修訂,內容是:潔凈廠房的疏散走廊應設置防排煙系統,但對于大面積的電子工廠的潔凈廠房當每50m2內不超過一個工作人員時可不設置防排煙系統。

        潔凈室凈化空調系統的節能:

        潔凈室的空調負荷

        潔凈室的凈化空調負荷由下面幾部分組成:

        一、室內負荷

        主要包括:

        1、室內作業人員的散熱、散濕負荷。

        2、室內照明燈具的散熱負荷。

        3、潔凈室圍護結構(墻、頂、地、門、窗)的傳熱、傳濕負荷。

        4、生產設備和生產過程的散熱、散濕負荷。

        二、潔凈室新風處理的熱、濕負荷。夏季是降溫去濕;冬季是加熱、加濕。

        三、空氣循環時風機(或FFU)的溫升和水泵的溫升負荷。

        潔凈室的空調負荷特點:

        一、高級別潔凈室(100級,10級,1級)是垂直單向流潔凈室,其送風機的風量非常大,高達400~500次/h換氣,而且風機的壓頭也很高,一般多在1000~1500Pa,因此風機溫升的負荷大。按理論計算:在集中送風方式的系統中,風機的溫升為1.5℃,僅此一項的負荷就是500~700W/m2;如果采用FFU送風方式,風機溫升的負荷也要250~350 W/m2。因此,風機溫升的負荷大是其一個負荷特點。

        二、服務于微電子和光電子的高級別潔凈室因工藝排風量大,所以新風量也很大,新風量一般在10~20次/h換氣;因此,處理如此多新風的負荷大約為400~800 W/m2;個別工藝的排風量更大,固新風負荷也還會更大。因此新風負荷大是其第二個負荷特點。

        三、生產設備和生產過程的散熱、散濕負荷大,是高級別潔凈室的第三個負荷特點。生產負荷的大小是與工藝生產本身的性質、生產設備的密閉、保溫、通風以及水冷卻的情況有關。

        四、圍護結構的傳熱、照明燈具的散熱以及作業人員的發熱這三項負荷相對比較小,三項負荷之和還不足總空調負荷的10%(其中:照明負荷大約25~30 W/m2;圍護結構負荷大約20~30W/m2;作業人員負荷大約10~15 W/m2),這是高級別潔凈室第四個負荷特點。

        潔凈室空調凈化系統的節能措施

        潔凈室的空調凈化系統節能,應首先從分析其空調負荷特點入手,抓住空調負荷中的主要矛盾,才能事半功倍。從前面可知,高級別潔凈室空調負荷中占90%以上的負荷是:新風負荷、風機溫升負荷和工藝設備和工藝過程負荷三項。這是它的主要矛盾。

        一、降低新風空調負荷的節能措施

        1、減少排風量。改進工藝和工藝設備,盡可能不排風,少排風。采取密閉式排風罩在同等的排風效果下盡量減少排風量。

        2、減少正壓漏風量。加強潔凈室圍護結構的密封性,既能保持潔凈室必要的正壓值,又可減少所需的正壓漏風量。

        3、提高新風空氣處理設備的效率。

        二、降低風機溫升負荷的節能措施

        1、在確保潔凈室潔凈度的前提下,盡量減少送風量,盡量用局部高凈化來替代全面高凈化。

        2、加強空調設備和空調系統的密閉性,減少漏風量。

        3、采取凈化送風與空調送風分離的送風方案,使90%的凈化送風量就近循環以減少風機溫升負荷。

        4、采用FFU加新風機組加干盤管的送風方式以減少風機溫升負荷。

        5、提高風機效率,采取變頻措施。

        三、工藝設備和工藝過程的發熱是工藝生產本身的問題,只能依靠工藝自己來解決。

        四、除上述措施之外,還可采取如下措施

        1、合理選擇和確定潔凈室內的工藝參數(溫度、濕度、潔凈度)。

        潔凈室的凈化空調是重點能耗大戶,因此在選擇和確定潔凈室的潔凈度和溫、濕度時要慎之又慎。即在滿足生產工藝要求的前提下,不應過高過嚴要求。否則,其能耗會大幅度上升。有專家分析計算潔凈室內溫度放寬1℃時其能耗可節省3%左右;其相對濕度放寬5%時其能耗又可節省3%左右。另外負荷計算時安全裕量不應留有過大,否則設備的耗電會大大增加,為了今后的發展最好留有動力設備的空位。

        2、優化凈化空調系統空氣處理過程

        凈化空調系統空氣處理過程的優化對節能的效果十分明顯,優化的目的就是減少或消除冷熱抵消現象和降低風機溫升。

        在“潔凈手術部和醫用氣體設計與安裝”的國家標準圖的例題中的計算結果是這樣的:對于一級潔凈手術室(北京)夏季耗冷量,當采用一次回風系統時是60 kW,而采用二次回風系統時只有25kW,當采用新風機組深冷抽濕處理時其耗冷量只有20kW。

        3、合理選擇凈化空調設備

        ① 設計建造潔凈室時要選用高效率的凈化空調設備(冷機、風機、水泵)。

        ② 選擇低阻高效的過濾設備,風機和水泵的壓頭選擇不宜過高。

        ③ 電動設備最好采取變頻措施。

        4、低位熱能的利用和廢熱的回收

        低位熱能和廢熱回收的潛力非常大。現在很多專家在這方面進行了大量研究,如:工藝冷卻水的回收和利用;噴水氣化潛熱的利用;冷凍機、空壓機廢熱的回收以及利用冷凍水和中溫水回水混合制造中溫水等等。

        5、加強水管和風管的保溫。

        6、減少冷熱源的跑、冒、滴、漏。

        7、采取熱回收,充分利用廢熱。

        8、盡量利用天然能源作空調系統的預冷和預熱,如:太陽能、地下水、土壤能等。

        9、利用蓄冰和蓄熱等優惠政策。

        潔凈室的環保工程:

        潔凈室的廢水處理

        一、工業潔凈室特別是電子工業潔凈室排放的廢水主要成份有:含酸廢水、含堿廢水、含氟廢水、含磷廢水、有機廢水等不同行業、不同產品、不同工藝其廢水的成份不同,但都必須進行處理,處理后的廢水達到國家排放標準方能排放。

        半導體集成電路工廠的廢水處理大都采用化學中和沉淀法處理。其典型流程如下:


        二、生物潔凈室特別是生物安全實驗室排出的廢水中往往含有病毒、有害微生物和致敏性物質,而且產品品種、生產工藝不同廢水的成份也不同。因此含有害微生物的廢水應按成份分別收集,分別滅活、消毒滅菌后達標才能排放。

        潔凈室的廢氣處理:

        一、工業潔凈室,特別是電子工業潔凈室排放的廢主要成份有:一般廢氣、熱廢氣、有機廢氣、酸堿廢氣、含磷等特殊廢氣、含粉塵的廢氣等,不同行業、不同產品、不同工藝其排放的廢氣的成份不同,但都必須處理達到國家排放標準后方能排到室外。

        1、一般由生活用房、值班室、衛生間排出的一般廢氣可直接排到室外。

        2、排放的有機廢氣超標時必須經過有機廢氣處理設備處理達標后再排放有機廢氣,處理方法有活性炭吸附法、液體吸收法和催化燃燒法等。

        3、含酸堿廢氣在生產工藝中排放的較多,一般都是經過淋液濕式洗氣吸收塔進行中和處理達標排放。

        4、排放的熱廢氣一般情況下可直接排放,如果溫度較高必須采取隔熱措施以免傷人。

        5、含塵廢氣必須經過適當的除塵裝置除塵后再排至大氣。

        6、含磷、含砷等特殊廢氣首先防止在排氣系統中產生化學反應并通過專用的廢氣處理設備處理后達標排放。通常處理方法有稀釋法、吸收法、吸附法、催化燃燒法等等。

        二、生物潔凈室尤其是生物安全實驗室的排風一般含有活性的有毒有害的病菌等微生物。因此這類排風須經過過濾滅菌后再排放。如手術室的排風須經過中效過濾方能排到室外;P3實驗室的排風須經過高效過濾器過濾后方能排到室外;P4實驗室的排風須經過兩級高效過濾器過濾后才能排到室外。為了安全最好采用袋進袋出的高效過濾器裝置。

        潔凈室設計

        潔凈室凈化空調設計程序步驟

        設計前的準備工作及應收集的有關數據和資料

        一、收集國家和地方有關潔凈室建設的政策標準規范

        1、潔凈度等級的國家標準和國際標準ISO 14644

        2、“潔凈廠房設計規范”GB 50073-2013

        3、“電子工業潔凈廠房設計規范”(修訂中)

        4、“制藥工業潔凈廠房設計規范”(修訂中)

        5、“醫院潔凈手術部建筑技術規范”GB50333-2013

        6、“實驗動物環境及設施”GB14925-2010

        7、“生物安全實驗室建筑技術規范”GB50346-2011

        8、“潔凈室施工及驗收規范”GB50591-2010

        9、“電子工業潔凈廠房施工及驗收規范”(制訂中)

        10、“民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范”GB 50736-2012

        11、“通風與空調工程施工質量驗收規范”GB50243-2016

        12、“建筑設計防火規范”GB50016-2014

        二、該項目的“可行性研究報告”以及上級主管部門對報告的批復意見;該項目的“設計任務書”和建設方對該項目建造的有關要求、意見和建議。

        三、該項目建廠地區的氣象資料、水文地質資料和周圍大氣污染的環境狀況。

        四、潔凈室內生產工藝對凈化空調的要求和必須收集的生產工藝的技術條件和有關數據、資料:

        1、潔凈廠房內的生產工藝設備平面布置圖和設備清單,以及工藝對吊頂高度的要求。

        2、工藝對潔凈室內的潔凈度、溫度及精度、相對濕度及精度、正壓、振動、噪聲、照度、靜電、屏蔽等要求,越具體越好。

        3、潔凈室內生產工藝設備的產熱量、產濕量、產塵量。各設備的安裝功率、效率、熱轉化系數和同時使用系數等。

        4、潔凈室內生產工藝設備的局部排風量、排放氣體的性質、成份、濃度和廢氣排放量以及廢氣治理方法。

        5、潔凈室內生產運行的班次、運行規律、生產的最大班人數。

        五、潔凈廠房的建筑和結構的情況和有關的數據:

        1、潔凈室建筑的平面布置圖、立面圖、剖面圖。各房間的分割、面積、名稱、層高。

        2、潔凈室圍護結構(墻、地、頂、門、窗等)的建筑材料以及其熱工性能。

        3、建筑結構狀況、結構的承載能力,尤其是舊建筑的改造項目結構的安全十分重要。

        六、全廠冷源、熱源、電源的情況及供應:

        1、冷熱源的性質、參數和供應量。有無加濕用的蒸汽等。

        2、電源的性質、參數和供應量。

        七、地方消防、環保部門對該項目建設的要求和意見。

        八、其他相關專業(給水排水、氣體動力、建筑結構、強電弱電等)的要求和意見。

        九、設計時所用的設備、材料、配件的性能、參數和價格的資料。

        工藝平面和建筑平面的規劃:

        工藝平面一般由甲方工藝技術人員根據工藝流程和工藝設備以及工藝生產的需要進行合理規劃。

        工藝平面規劃后在滿足工藝平面規劃的前提下,布置換鞋、更衣、吹淋、廁所等人流輔助生活用房、物流吹淋輔助用房和走廊參觀以及消防疏散等通道,最大限度地保證生產工藝的流程短捷和火災時人員的安全疏散。

        凈化空調系統和排風系統的劃分原則:

        根據建筑專業提供的建筑平面圖,工藝專業提供的工藝設備平面圖和工藝對各潔凈室的潔凈度,溫、濕度等環境的要求,即可進行凈化空調系統的劃分工作。

        一、凈化空調系統的劃分原則

        1、潔凈度,溫、濕度及其精度相同或相近的潔凈房間宜劃為一個凈化空調系統。便于潔凈度和溫、濕度的控制。

        2、距離較近的潔凈房間宜劃為一個系統,可減少系統管道的長度和管道交叉。

        3、有條件時可將4級、5級單向流和6級、7級、8級非單向流組成混合流凈化空調系統。

        4、潔凈室不宜與一般空調房間合為一個系統。

        5、使用規律和使用時間不相同的潔凈室不宜合為一個凈化空調系統。

        6、產塵量大、發熱量大、有害物多、噪聲大的房間宜單獨設計為一個系統。

        7、混合后會產生劇毒、引起火災和爆炸的房間不應合為一個凈化空調系統。

        8、有劇毒和易燃易爆的甲、乙類房間應單獨設系統,而且應為不回風的直流系統。

        工藝設備局部排風系統的劃分原則:

        1、工藝設備的局部排風系統不宜過大,每個排風系統的排風點數不宜過多,這樣排風管理調節方便,排風效果好。

        2、一個排風系統不宜跨在兩個或兩個以上的凈化空調系統。

        3、混合后產生劇毒、爆炸、火災、凝水、結晶和有害物的排風不應合為一個排風系統。

        4、使用規律不同房間和設備的排風不應合為一個排風系統。

        空調負荷計算(熱濕、風量、水力三大平衡計算)

        一、潔凈室的熱負荷計算(熱平衡計算)

        1、潔凈室的熱負荷包括下列各項:

        ① 圍護結構的傳熱負荷計算:(KW)

        式中:Ki— 圍護結構的傳熱系數(W/m2℃)

        Fi—潔凈室圍護結構的面積(m2)

        —潔凈室內外溫差(℃)

        ② 室內人員的熱負荷計算

        人員的顯熱負荷 Q人顯 = n·q人顯(kW)

        人員的潛熱負荷 Q人潛 = n·q人潛(kW)

        人員的全熱負荷 Q人全 = Q人顯+ Q人潛(kW)

        式中:n—室內的人數(人)

        q顯—每個人的顯熱負荷(kW/人)

        q潛—每個人的潛熱負荷(kW/人)

        ③ 室內的照明負荷計算:


        (KW)

        式中:N—照明設備的功率(kW)

        n0—整流器消耗的功率系數(n0=1.0~1.2)

        n1— 安裝系數(明裝n1=1.0,暗裝n1=0.6~0.8)

        n3—照明設備的同時使用系數。

        ④ 室內設備的產熱負荷計算

        電熱設備熱負荷 Q設熱 = n1n3n4N(kW)

        電動設備熱負荷 Q設動 = n1n2n3N(kW)

        電子設備熱負荷 Q設電 = n1n2n3N(kW)

        式中:N —設備的功率

        n1—安裝系數(n1= 0.7~0.9)

        n2—負荷系數(n2= 0.3~0.7)

        n3—同時使用系數。

        n4— 通風保溫系數。

        ⑤潔凈室總的熱負荷計算

        總顯熱負荷:

        總全熱負荷:

        二、潔凈室的濕負荷計算(濕平衡計算)

        潔凈室的濕負荷包括下列各項:

        1、室內人員產濕計算:


        (kg/h)

        式中:w人 —每個人的濕負荷(kg/h·人)

        2、室內設備的產濕計算:


        (kg/h)

        式中:F— 產濕設備的水蒸發面積(m2)

        —產濕設備單位面積的水蒸發量(kg/m2·h)

        3、潔凈室總的濕負荷計算:

        三、潔凈室的風量計算(風平衡計算)

        1、潔凈室的送風量的計算

        潔凈室的送風量不僅僅能消除潔凈室的總的余熱,余濕以保證潔凈室的溫度和相對濕度;而且,潔凈室的送風量還應能消除室內產生的灰塵等粒子的污染,以保證潔凈室的潔凈度等級。因此,潔凈室的送風量應為消除余熱的送風量,消除余濕的送風量和消除粒子污染的凈化送風量三者之間最大的送風量為該潔凈室的送風量。

        ① 消除潔凈室內余熱的送風量計算:


        (m3/h)

        式中:Q顯,Q全—分別為潔凈室的顯熱和全熱負荷(kW)。

        c—空氣的比熱(1.01 kJ/kg·℃)

        —空氣的密度(1.2 kg/m3)

        —潔凈室的送風溫差(℃)

        —潔凈室的送風焓差(kJ/kg)

        ② 消除潔凈室內余濕的送風量計算:

        (m3/h)

        式中:W—潔凈室的濕負荷(g/h)

        —空氣的密度(1.2 kg/m3)

        —送風的絕對含濕量差(g/kg)

        ③ 消除(稀釋)室內產生粒子的凈化送風量計算:

        在一般情況下,由于室內產塵量G很難準確,因此,在工程中都不用上述公式計算送風量。而采用斷面風速法(單向流潔凈室)和換氣次數法(非單向流潔凈室)進行凈化送風量的計算。

        氣流流型和送風量(靜態):


        注:① 表中換氣次數適應于層高小于4.0m的潔凈室。

        ② 室內人員少、熱源少時,宜采用下限值。

        2、潔凈室的新風量計算:

        潔凈室的新風量不僅僅要補充潔凈室的排風量和維持潔凈室正壓的泄漏風量,同時還要保證潔凈室內工作人員每人每小時不小于40m3的新鮮空氣量的要求。因此:L新=L排+L正≥n·40(m3/h)

        式中:L排— 潔凈室總的排風量(m3/h);

        L正—維持潔凈室正壓的總泄漏風量(m3/h)

        n— 潔凈室內人數。

        ① 潔凈室內設備局部排風量計算

        L排= 3600×F×V(m3/h)

        式中:F— 排風罩的開口面積(m2)

        V—開口部的平均風速(m/s)

        ② 潔凈室正壓泄漏風量計算:

        正壓泄風量可用縫隙法和換氣次數法進行計算:

        縫隙法:


        式中:q—單位縫隙長度的漏風量可查表(m3/h·m)

        l—縫隙長度(m);—— 漏風系數。

        換氣次數法可查表得到。

        圍護結構單位長度縫隙的滲漏風量表(m3/h·m)


        潔凈室的壓差值與房間換氣次數表(次/時)


        四、凈化空調系統的水力計算(水力平衡計算)

        凈化空調系統的水力計算包括水系統和風系統的水力計算兩大部分。水系統(冷凍水和冷卻水系統)的水力計算,其目的是為了進行水系統的阻力平衡(減少失調)選擇管徑和水泵;風系統(送風系統、回風系統、新風系統、排風系統)的水力計算主要目的是為了確定風管的管徑(尺寸)和選擇風機(送風機、排風機)。

        系統的水力計算其實就是系統的阻力計算。

        系統的總阻力H總=

        (Pa)

        式中:— 各管段的磨擦阻力(Pa)。

        Z:—各部件的局部阻力(Pa)。

        1、磨擦阻力:

        (Pa)

        式中:— 磨擦阻力系數。

        D— 管道的“直徑”(m)

        圓形管道D即是圓的直徑。

        矩形管道D為當量直徑:

        ,a和b均為矩形的邊長(m)。

        v —流體在管道中的平均流速(m/s)。

        — 流體的密度(kg/m3)。

        L—管道的長度(m)。

        —流體的動壓頭(Pa)。

        2、局部阻力:

        (Pa)

        式中:—空調凈化系統中配件的局部阻力系數。

        七個典型的空氣處理系統即空氣處理過程的優化:

        此方案的凈化空調機組(空氣處理機組AHU)集中設置在空調機房內,全部的凈化空調送風均在凈化空調機組內進行凈化和熱、濕處理,然后由龐大的送風管道將全部的送風輸送到潔凈室的吊頂上部,再經過設在潔凈室吊頂上的終端高效過濾器或高效過濾器送風口過濾后送到潔凈室內,來實現潔凈室工藝生產所需要的溫度、濕度、潔凈度和房間的壓差,潔凈室的回風經回風口、回風管再接回到空調機房的凈化空調機組內與新風混合后重復進行凈化和熱、濕處理。

        此方案又可分為全新風送風方案(直流系統);一次回風方案;一、二次回風方案和(MAU)加(FFU)方案等四種不同的凈化空調送風型式。

        這種送風方案是當前潔凈室特別是非單向流潔凈室應用最廣泛的凈化空調送風方案。這種送風方案的系統劃分明確,風量和溫、濕度控制調節都單一。

        但是潔凈度級別較高、送風量較大時,存在著空調機房占面積大,送、回風管體積大占面積和占空間大,送、回風管道長,送風機的余壓高,噪音大,風量輸送耗電量大等問題。因此,這種送風方案較適用在低級別的非單向流潔凈室的送風,對5級以上的單向流潔凈室送風就不太經濟合理了。

        一、AHU全新風的凈化空調送風方案(直流系統)

        全新風凈化空調送風方案是用于特殊的不允許回風的潔凈室的送風方案中。如:潔凈室內工藝生產類別為甲、乙類火災危險等級或工藝過程產生有劇毒等有害物不允許回風的潔凈送風系統中。其原理圖和焓濕圖如下。


        二、AHU 一次回風的凈化空調送風方案

        一次回風的送風方案多用在潔凈室內的發熱量或產濕量很大,消除室內余熱或余濕的送風量大于、等于或近于凈化送風量的低潔凈度等級的非單向流潔凈室中。此方案的原理圖和焓濕圖如下:

        三、MAU+RAU的凈化空調送風方案

        此方案多用于多個潔凈室其潔凈度,溫、濕度要求不同,室內的產熱量和產濕量也不盡相近,為了確保每個潔凈室的潔凈度,溫、濕度及其精度的要求,就要設置多個循環機組,循環機組的送風量是凈化送風量,并且在機組內設置必要的熱、濕處理設備,用來補充新風機組熱、濕處理的不足和保證該潔凈室溫、濕度精度的微調節。

        由于循環機組設在潔凈室的吊頂上面,循環機組的送風余壓相對都較小,機組體積和機組噪聲、振動也較小,送回風管也比較短小;但是,要注意循環機組的凝結水排放問題,往往這種方案的問題都出在凝結水排放的處理上。此方案的新風機組設在空調機房內,這些潔凈室所需的新風全部由新風機組(MAU)進行凈化和熱濕的集中處理。然后分配到每一個循環機組內與其回風混合。

        新風機組的新風量不僅僅要補充各潔凈室的排風還要保證每個潔凈室的正壓。新風機組的熱濕處理最好到某潔凈室空氣的機械露點上,如果將新風熱濕處理點低于潔凈室的機械露點作到新風不僅承擔新風本身的濕負荷,而且還將潔凈室的濕負荷也消除掉,此時循環機組內的表冷器可為干式表冷器。此方案的原理圖和焓濕圖如下:

        凈化送風和空調送風分離的方案,此方案通常被稱作半集中式或分散式的送風方案。

        為了大大地節省運行時的能耗,將消除潔凈室內余熱、余濕的空調送風量(通常大大地小于潔凈室的凈化送風量),由設在空調機房內的新風機組(MAU)進行必要的凈化和熱濕處理,而將占總送風量50~90%的保證潔凈室潔凈度的凈化送風量由設在潔凈室附近的循環機組進行凈化和補充的熱、濕處理,或直接采用吊頂上的FFU(風機過濾器機組)和干盤管來解決潔凈室的潔凈度等級和溫度的微調節。

        此種凈化送風與空調送風相分離的送風方案,不僅可節省運行的能耗,而且大大地減少了空調機房面積,省掉了龐大的送、回風管道,降低了潔凈室的空間高度。此種凈化空調送風方案又可分為:空調機組(AHU)加風機過濾器機組(FFU)方案,新風機組(MAU)加循環機組(RAU)加(FFU)方案;新風機組(MAU)加風機過濾器機組(FFU)加干冷盤管(DC)方案等三種送風方案。

        一、空調機組AHU(MAU)加風機過濾器機組(FFU)的凈化空調送風方案:

        此方案中凈化空調系統的全部熱、濕負荷(潔凈室內產生的熱、濕負荷及新風的熱、濕負荷)全部由設在空調機房內的空調機組來負擔。此時,空調機組的送風量是消除本系統余熱、余濕的空調送風量(其中包括全部新風和部分回風,但遠遠小于保證潔凈室潔凈度等級的凈化送風量),它應能確保潔凈室內的溫度和相對濕度的恒定。

        而該潔凈室的潔凈度由設在潔凈室吊頂上的風機過濾器機組(FFU)將凈化送風量就地循環過濾來保證。此方案中應該注意的是,FFU運行過程中所產生的熱量也應由空調機組來承擔。此方案更適合用于在大面績非單向流潔凈室內有局部的垂直單向流的混合流潔凈室中。

        其送風原理圖和焓濕圖如下:

        二、新風機組(MAU)加循環機組(RAU)加風機過濾器單元(FFU)凈化空調送風方案

        此方案多用于多個潔凈室其潔凈度,溫、濕度要求不同,室內的產熱量和產濕量也不盡相近,為了確保每個潔凈室的潔凈度,溫、濕度及其精度的要求,就要設置多個循環機組,循環機組的送風量是凈化送風量,并且在機組內設置必要的熱、濕處理設備,用來補充新風機組熱、濕處理的不足和保證該潔凈室溫、濕度精度的微調節。

        由于循環機組設在潔凈室的吊頂上面,循環機組的送風余壓相對都較小,機組體積和機組噪聲、振動也較小,送回風管也比較短小;但是,要注意循環機組的凝結水排放問題,往往這種方案的問題都出在凝結水排放的處理上。

        此方案的新風機組設在空調機房內,這些潔凈室所需的新風全部由新風機組(MAU)進行凈化和熱濕的集中處理。然后分配到每一個循環機組內與其回風混合。新風機組的新風量不僅僅要補充各潔凈室的排風還要保證每個潔凈室的正壓。

        新風機組的熱濕處理最好到某潔凈室空氣的機械露點上,如果將新風熱濕處理點低于潔凈室的機械露點作到新風不僅承擔新風本身的濕負荷,而且還將潔凈室的濕負荷也消除掉,此時循環機組內的表冷器可為干式表冷器。

        當多個潔凈室中有若干個1級、10級、100級等高凈化級別的垂直單向流潔凈室時,為了減少循環機組(RAU)的負擔和送、回風管道的斷面,此時循環機組僅解決該單向流潔凈室的空調送風量,以保證潔凈室的溫度、相對濕度和潔凈室的正壓,而占90%以上的絕大部分送風量有設在潔凈室吊頂上的FFU來負擔,以保證潔凈室的高潔凈度級別。此方案的原理圖和焓濕圖如下:

        三、新風機組(MAU)加風機過濾器機組(FFU)加干冷盤管(DC)的凈化空調送風方案

        此方案是新風機組將新風處理到潔凈室熱濕比線與相對濕度95%線交點以下,新風機組不僅將本身的濕負荷去掉,而且還負擔潔凈室內產生的濕負荷,新風機組要確保潔凈室所需要的相對濕度。而新風機組熱處理不足部分的干冷負荷將由設在潔凈室吊頂上(或夾道內)的干表冷器來補充。因干表冷器是設在FFU循環空氣通過的吊頂上或夾道內,因此,干表冷所彌補的干冷負荷被循環空氣帶到潔凈室內。

        由新風機組處理過的新風用管道以最能與FFU循環空氣均勻混合的方式送到潔凈室的送風靜壓箱內。

        FFU布置在潔凈室的吊頂上,與新風混合的循環風經FFU被高效過濾器過濾后送到潔凈室內,以保證潔凈室的潔凈度。FFU的規格以1200mm×600mm和1200mm×1200mm居多,其斷面風速應為≥0.45m/s,余壓應≥120Pa,噪聲應≤50dB(A)為好。FFU的風機風量應可調,高效過濾器應可更換。

        干冷盤管一般由雙排組成,為了減小阻力鋁翅片間距≥3mm,阻力損失應為30~40Pa,循環風通過干盤管的面風速<2m/s,最好為1.5m/s。進入干盤管冷水的進水溫度應高于潔凈室露點溫度2℃,通常稱為中溫冷凍水。雖然叫干盤管,但在起始運行時還可能有凝結水產生,因此干盤管還應有凝結水滴水盤和排水措施。

        此方案中,潔凈室的相對濕度由新風機組(MAU)來保證,潔凈室的溫度由干冷盤管來保證,潔凈室的潔凈度由FFU來保證。

        這種MAU加FFU加DC的凈化空調送風方案,目前在我國和外國的微電子(集成電路)工業、光電子(TFT-LCD、LCD、LED等)工業等大面積、高潔凈度等級的潔凈廠房中得以廣泛應用,它具有調節方便,節能顯著,適應工藝的更新換代,又大大地節省了非生產面積和非生產空間的優點。而且,隨著潔凈技術和潔凈設備的不斷發展和進步,FFU風機的效率不斷提高,耗電量不斷降低,整體價格不斷下降,其初投資也與其他類型的送風方案基本持平,但運行費卻大大節省。MAU加FFU加DC方案的原理圖和焓濕圖如下。

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