生物製藥潔淨室淨化空調係統設計案例

發布日期：2019-07-19 18:23　瀏覽次數：

摘要：本文結合具體工程實例，闡述了生物潔淨室潔淨空調設計基本理念與方法，著重總結了設計計算的方法和其中一些經驗數據的選取，並結合實例圖紙分析了係統風管管路與機組平麵布置的方法。本文采用的工程案例是具有代表性的集中式單風機潔淨空調係統。

關鍵字：潔淨空調集中式單風機係統計算方法

0引言

隨著科學技術的發展，醫療水平和人民生活質量的提高，人們對藥品生產環境的要求越來越高，所以在設計潔淨廠房的空調係統時，應嚴格遵守國家統一的標準、規範，以防止在生產過程中因不潔微粒和微生物而引起藥品汙染、交叉汙染。目前已有的相關規範，除了已在世界各國製藥企業中得到廣泛推廣的《藥品生產質量管理規範》（又稱GMP），還有我國的《潔淨廠房設計規範》（GB50073-2001）和國家醫藥管理局1997年1月頒布實施的《醫藥工業潔淨廠房設計規範》

空氣淨化一方麵是送入潔淨空氣對室內汙染空氣進行稀釋，另一方麵是迅速排出室內濃度高的汙染空氣。為保證生產環境或其他用途的潔淨室所要求的空氣潔淨度，需要采取控製汙染源，減少汙染發生量，阻止室外的汙染物侵入室內等多方麵的綜合措施才能達到目標[1]。

本文將結合武漢某製藥廠房的潔淨空調設計，總結潔淨室空調係統的設計方法，並對設計計算中經驗數據的選取進行總結和分析。

1工程概況

本工程製藥廠房總建築麵積6750 m2，潔淨空調區域麵積1710 m^{2。本工程潔淨空調係統采用集中式單風機係統，一層車間潔淨等級為100000級，二層車間潔淨等級為300000級。}

2生產車間淨化空調係統的設計

潔淨廠房要求空調係統能控製各等級生產車間及輔助用房的室內溫度、濕度、潔淨度、細菌與有害氣體濃度、氣流分布，保證室內人員所需新風量，維持室內合理的氣流流向和各房間合理、有序的壓力梯度^[2]。

2.1 潔淨空調設計計算步驟

潔淨室對於室內環境的要求比一般房間要高，所以潔淨空調係統的設計計算是整個設計中極其重要的一個環節，設計計算一般步驟如下^[1]：

①根據工藝要求確定潔淨室的潔淨度等級，選擇氣流流型，並且決定采用全室空氣淨化還是局部空氣淨化。

②計算新風量。取下列兩項中的大者：

a.補償室內排風量和保持室內正壓值所需新鮮空氣量之和。

b.保證供給室內的新鮮空氣量≥40 m^{3/(h·人)。}

③計算潔淨室的冷、熱負荷。

④計算送風量。取下列三項中的最大值：

a.為保證空氣潔淨度等級的送風量。

b.根據熱、濕負荷計算確定的送風量。

c.向潔淨室內供給的新風量。

⑤根據送風量、冷熱負荷和選擇的氣流組織形式，計算氣流組織各參數。

⑥選擇空氣處理器。

⑦校核潔淨室內的微粒濃度和細菌濃度。

2.2 室內設計參數的選取

本工程中一層廠房潔淨度等級為100000 級，二層廠房為300000 級，采用非單向流全室空氣淨化。一般潔淨室內的溫濕度要求為：生產工藝對溫度、濕度無特殊要求時，以穿著潔淨工作服不產生不舒服感為宜^{[3]。本工程潔淨廠房室內設計溫度取冬季21℃，夏季26℃，室內濕度50%～65%。}

2.3 冷、熱負荷計算

潔淨室空調負荷包括夏季的空調冷負荷和冬季的空調熱負荷，冷、熱負荷的計算與一般空調相同，但潔淨空調的冷負荷又有其特殊性，一般情況下潔淨室處於建築的內區，所以圍護結構引起的冷負荷可按穩定傳熱計算^{[4]。另外，對於潔淨空調係統，負荷還應包括新風負荷和二次加熱負荷。本工程經負荷計算後得一層總冷負荷為161 kW，總熱負荷為91 kW，二層總冷負荷為203 kW，總熱負荷為167 kW。}

2.4 風量計算

潔淨空調係統的風量計算是設計計算中最重要的環節之一，但在設計中一直存在著如何選取經驗數據的難題。這些數值的選取是否合理直接影響設計結果，所以應結合工程實際情況進行合理分析後選取適宜的參數，使計算結果處於相關規範和手冊中所規定的範圍之內。本工程的風量匯總如表1。

2.4.1滿足潔淨室衛生標準的新風量計算

計算滿足潔淨室衛生標準的新風量要分兩種情況，一是保證供給室內的新風量不小於40 m^{3/(h·人)[2]；二是保證室內新風量可以將室內的汙染物稀釋到衛生標準以下。比較兩種情況下計算所得新風量，取其中大者為房間新風量。空調係統的新風量約占總風量的10%~30%，因潔淨空調係統新風要求較高，所以新風量允許比總風量的30%略大一些。}

本工程中一層新風量為6700 m^{3/h，新風比0.27，二層新風量為12767 m^{3/h，新風比0.31。}}

2.4.2送風量計算

在實際潔淨空調工程設計中的送風量計算一般均采用經驗換氣次數進行計算，不同級別非單向流潔淨室的經驗換氣次數，可根據房間的不同用途參照《潔淨廠房設計規範》和《醫藥潔淨廠房設計規範》進行選取。在本工程中，由於廠房內人員密度很小，潔淨等級為100000級的一層潔淨區域換氣次數取15次/h，二層潔淨等級為300000級，換氣次數取13次/h，經計算一層總送風量為25124 m^{3/h，二層為41493 m^3/h。}

2.4.3回風量、排風量與排煙風量的計算

在潔淨空調係統的運行過程中，潔淨室內會形成進風量與出風量的基本平衡，即滿足衛生標準的新風量與回風量之和等於回風量與排風量之和。而為保持房間正壓，進風量與出風量應存在一個壓差風量，所以總送風量應為滿足衛生標準的新風量、回風量與壓差風量之和。在送風過程中，壓差風量算入新風量中送入室內。則通過風量之間的平衡關係就可算得回風量與排風量：回風量=送風量-滿足衛生標準的新風量-壓差風量；排風量=滿足衛生標準的新風量。按要求本工程二層中心十字走廊做防排煙通風，排煙風量按每平米60m3/h計算。計算結果見表1。

2.5靜壓差

為了避免外界汙染空氣的滲入或不同潔淨室（區）不同物質的相互影響，工業潔淨室和一般生物潔淨室采用正壓措施，隻允許室內潔淨空氣往外漏，而避免室外空氣往裏滲，即防止室外或鄰室的空氣攜帶汙染物質通過門窗或其他縫隙、孔洞侵入造成汙染。

潔淨室與周圍的空間必須維持一定的壓差，並應該按生產工藝要求決定維持正壓差或負壓差[1]。不同等級的潔淨室以及潔淨區之間的壓差應不小於5 Pa，潔淨區與室外的壓差應不小於10 Pa。根據各潔淨室功能用途和汙染物數量種類等因素設計房間壓差階梯順序，按生產或灌裝用房且汙染物較少的房間到汙染物較多的走廊、更鞋室的順序，房間壓差由高至低。根據工程設計經驗設計本工程房間壓力和各房間之間的壓差，使房間壓力按照用途呈一個壓力梯度。

國內外潔淨室壓差風量的確定，多數是采用房間換氣次數計算的，當潔淨室的壓差值為5 Pa時，壓差風量相應的換氣次數為1~2次/h；當壓差值為10 Pa時，相應的換氣次數為2~4次/h[2]。因為潔淨室壓差風量的大小是與潔淨室圍護結構的氣密性及維持的壓差值相關，所以在選取換氣次數時，對於氣密性差的房間可以取上限，氣密性好的房間可以取下限。

2.6氣流組織設計

氣流組織的合理設計是體現潔淨室功能的關鍵。合理的氣流組織，即通過送風口與回風口位置、大小、形式的精心設計，使室內氣流沿一定方向流動，防止死角及造成二次汙染[2]。

本工程氣流組織采用非單向流，頂送風對角回風的形式，設回風柱與排風柱進行回排風。

在做好負荷、風量和氣流組織的計算，並根據冷量風量選取空調機組後，接下來的工作是布置風口，而每間房間布置幾個送風口、風口間距多少，不應簡單地按經驗確定，而應該做風口的空氣射流計算，自由射流計算公式如式（1）[5]。

式中：R為空氣射流到工作斷麵的斷麵半徑，m；r0為風口當量半徑，；a為湍流係數，由噴嘴類

型決定；s為風口至工作斷麵距離。

潔淨室工作斷麵平均風速v1取值0.3~0.5 m/s，高效過濾器風口風速v0一般取2~3 m/s[2]，盡管噴嘴的湍流係數一般無法確定，但可以由斷麵平均風速公式（2）

算得的大小，則進而得到R與r0的關係，這樣選定

風口尺寸就可以定下R值，於是就確定了送風口間距

從而得知房間內布置幾個風口。也可以定r0而得R，隻要使兩個數值都比較合理即可。

3風管與機房的布置

3.1空調機房布置與送風管布置

在潔淨空調設計的計算部分做好以後，需要確定機房位置並對潔淨空調區域劃分係統，如本工程送風係統一負擔一層潔淨區，送風係統二和送風係統三分別負擔二層左半區與右半區，每個係統一台組合式淨化空調機組。空調機房設置在一層，係統二和係統三送風幹管通過機房上方風井至二層為空調區域送風。圖1為二層送風管道平麵圖，以二層送風管布置為例，送風管道的布置要遵循管路簡潔、送風均勻、管徑合理的原則，其中管徑的確定要通過水力計算來確定。