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实验室百科 | 洁净室暖通空调设计总结

来源: 发布时间:2021-12-04

作为洁净室控制系统的重要组成部分,暖通空调系统主要通过对生产环境的空气温度、湿度、悬浮粒子、微生物等的控制和监测,确保环境参数符合质量要求,避免空气污染和交叉污染的发生,同时为操作人员提供舒适的环境。另外暖通空调系统还可起到减少和防止产品在生产过程中对作业人员造成的不利影响,并且保护周围的环境。而对于洁净室,一个清洁安全的空间环境则是空调系统设计中必须考虑的关键因素。

  一、空调系统的划分

      1、按不同的产品划分,主要为避免各产品交叉污染,或对净化空调的要求不同。

2、按不同洁净等级或温湿度要求划分,不同等级的洁净室或温湿度对室内环境的要求不同,通常A、B级应和C、D级房间分系统设置。

3、非净化系统、中效净化系统、高效净化系统要分开设置,因两者阻力相差太大,合于一个系统,阻力难于平衡。

4、单向流洁净室与非单向流洁净室应分开,因为换气次数差别较大,合在一起送风温差较大,采用再热会消耗较大热量,故宜分开设置。

5、按楼层、平面分区或工艺工段划分,这样可以允许有单独运行部分生产工段,有利于节能。

6、有特殊要求或产生污染的环境要设独立的空调系统,将高致敏性药,避孕药,疫苗,激素类、抗肿瘤类化学药,强毒微生物药,产生较多粉尘工段和其余工段分开等。

7、生产周期不同的须划成不同系统,例如长时间生产工段和部分时间生产工段;或生产时间错开;例如暂存储藏区系统与生产区域分开。

  二、空调热源

1、热源一般采用燃气锅炉,优先考虑城市热力蒸汽。

2、从节能来看,锅炉优先考虑热水锅炉,如果有加热、加湿、消毒灭菌功能,选用蒸汽锅炉。燃气与燃油互为备用。

3、锅炉房为丁类建筑,层高要高(至少7米到10米),锅炉上方不能有房间,为独立建筑,如果放置在厂房内,必须为无压热水锅炉或者小于等于2t/h的蒸汽锅炉。

4、锅炉房必须设置值班室,化验室(与值班室可以合用),软水处理装置,分汽缸,燃气调压站,定期与不定期排污膨胀罐,降温池,排风,地沟,设备搬运检修大门等。

5、锅炉补水箱必须放置在高位,排烟风道保温,必须设置泄爆口,排冷凝水管,设置烟气节能器,以利节能。

6、锅炉给水泵为多级泵,压头很高,可以手动备用,也可自动变频运行。

7、锅炉前后不能放置设备,更好左右放置,水处理设备距离锅炉远点,更好独立房间设置。

8、锅炉烟道更好每台锅炉独立设置。

 三、空调冷源

1、水冷机组优于风冷机组,水冷机组出水温度容易保证,适应于恒温恒湿系统。

2、如果有蒸汽,优先考虑蒸汽溴化锂制冷机组,但需要电制冷机组备用,能源的多样性最为稳妥。

3、冷冻站更好全厂统一集中设置----动力中心,设置在全厂的负荷中心。

4、冷冻站层高要高(至少6米到9米),以便水管弯头曲率半径大,阻力小,运行费低,通透,检修方便等;需要考虑搬运检修大门,地沟、洗手池,值班室,卫生间,排风等。

5、冷冻机组更好靠外窗设置,考虑抽管检修距离,水泵靠内墙布置。大泵考虑卧式泵,小泵考虑管道泵。

6、冷冻站的管道管径大,荷载大,要结构专业设计混凝土梁布置大管,否则,需要立钢柱固定,大管不能随便吊挂在楼板梁下,除非结构考虑的吊挂荷载足够大。一般吊挂荷载为2KN-3KN/m2,安全。

7、溴化锂制冷机组的水泵更好独立房间布置,以免水泵过热。

8、主机冷量比末端冷量小15%-30%。

9、冷冻机房分、集水缸取消,采用梁下敷设方式,管道采用母管制分合水,阀门采用电动蝶阀,可以减少系统阻力,少占面积,方便操作。

10、冷却塔设计富裕多一点,其主机冷量增大,可以推迟二台主机同时开启的时间,达到投资省节能明显的效果。尤其注意从冷却塔水池出来的水管为无压管道(32oC),管道只能向下,万万不能向上弯。

 四、空调末端设备选择

1、必须设置独立空调机房,无机房设计需要考虑噪声、维修等问题。

2、空调机房的长度更好9米以上,要考虑搬运检修大门。一层考虑土建基础,二层以上考虑轻钢基础,基础高度不小于150-200mm,基础要注明施工方提供,否则,供货商与施工方互相推诿。

3、空调机房的表冷段、加湿段要考虑地漏与排水管,不能只做排水管。

4、为了节能与温湿度高的精度,新风需要集中处理,新风冷冻水供水温度为5℃-7℃,循环机组为12℃-19℃。对有蒸汽或者对湿度要求很严格的用户,新风可以采用转轮去湿。

5、水管道的阀门不要布置在空调机组的上方,以免漏水影响空调机组。阀门不要布置在立管上,布置在水平管上,也尽量避免布置在风管下面。

6、防雨百叶风口比新风管大,为了减少雨水进入机组,可按下图布置:

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7、消声器的设计:

在送、回风管及排风系统的吸风总管段上应采取消声措施以满足洁净室内对噪声的要求;在净化空调系统的排风管或局部排风系统的排风管段上也应采取消声措施,以满足室外环境区域噪声标准的要求。

消声器一般布置在靠近机房的气流稳定的管段上。当布置在机房内时,消声器、检查门及消声器后至机房隔墙的那段风管必须有良好的隔声措施;当布置在机房外临近房间内时,应尽量靠近机房隔墙,而消声器前至该隔墙的那段管(包括拐弯静压箱或弯头)也应有良好隔声措施,以免机房内的噪声通过消声器本身、检查门及风管的不严密处再次传入系统中,使消声器输出端口噪声增高。

净化系统采用微穿空板消声器,空调系统采用阻抗复合型消声器,排风系统采用管道式消声器•消声材料用不燃材料。

8、风量测压孔的设计:

关于通风、净化空调系统中的测压孔在新风管、送风、回风总管段上根据需要,设置风量测压孔。在系统中空气过滤器前后应设置测压孔或压差计。在净化空调系统中测压孔是为了在净化空调系统正式投入运行前需要对通风机及系统中的风压、风量进行测定调整,以达到设计要求。在运行过程中有时需要检测。在排风系统设测压孔是为了检测风管中有害气体或粉尘的浓度。

如果不设测压孔,检测时不但费时费力,还会破坏漆膜容易腐蚀、污染风管,并且不易密封。

在空气过滤器前后设测压孔主要是为了检测过滤器的阻力变化情况,当达到终阻力时及时更换或清洗。

在生物制药项目,必须设置房间差压计。

9、关于净化空调系统的阀门设置:

新风段应设置电动密闭阀、调节阀,新风口要加防虫网。

送、回风管段应设置调节阀。

洁净室内的排风系统应设置调节阀、止回阀或电动密闭调节阀。

对于生物制药要求高的用户,可以设计定风量阀,变风压量阀,以便保持室内正压或负压。

10、新风管设计:

新风口在外墙上布置,更好大小统一,以300mm为模式,例如可以是1200x600mm。

以更大的新风量考虑新风口大小,新风量不足送风量的30%,以60%-考虑,新风管径、新风口均按60%-考虑尺寸。

11、回风管设计:

回风量为送风量的70%-90%,回风管径与送风管径一致;

回风量为送风量的30%-70%,回风管径比送风管径小一号。

12、高效送风口设计:

设计风量为额定送风量的60%-80%。

13、风机盘管选型要考虑负荷、功能、朝向等的差别,例如,办公区与会议区的差别,有无玻璃幕墙房间的负荷差别,南北向、屋顶负荷差别。

例如:

  • 一般办公室冷量指标170W/m2
  • 屋面办公室200W/m2
  • 会议室指标为250W/m2
  • 屋面会议室300W/m2

以上指标为选用风机盘管指标,不用考虑新风的冷量。

14、新风量按卫生风量考虑,但换气次数不小于1.5~3次/h。

15、计算机房设计精密空调器,其冷量指标为700W/m2以上,排烟考虑CO2灭火系统的密封性。

16、对于全年散发热量的计算机房,有余热的车间,其冷水需要独立设置,而且设置四管制,冷热盘管必须独立分开。

17、北方地区防冻,防沙,防煤灰尘是净化设计的重点解决的难点。

18、净化系统为了压差的平衡,风口、支管必须配阀门,散流器更好配风口阀,对于不同洁净度,不同压差、不同温湿度的的送回风管不要设计为一个支管,而是从主管分别连接。

19、对无机房的大型空调器,吊挂在吊顶内,可采用变速控制或作一消声室,把空调器罩在消声室内,需要留出检修空间。

20、空调机组内的电加热器,无风断电改为风机前后压差断电,断电直接断掉总开关,不要断电加热器继电器(容易沾接而断不开)。

更要注意:电加热器需要绝缘接地、超温报警断电、压差报警断电措施三大保护措施,属于强制性的规范。

电加热器在夏季作为再热,其电量大小考虑部分冷负荷,而不是更大冷负荷下计算。

21、新风接入风机盘管的支管蝶阀,可以采用压力无关型的定风量阀,保证了新风量的平衡。

22、设计二次回风,但一次回风,表冷器设计按一次回风设计,这样系统能满足一、二次回风工况。

                                                   五、空调通风系统

1、重要的通风系统的风机必须备用。

重要设备的排风更好一对一独立设置排风机。

2、直流式空调系统更好考虑热回收。

3、热排风穿过空调房间必须保温。

4、电梯机房需要考虑通风与空调,通风换气次数为50次/小时,空调采用分体风冷机组。

5、卫生间排风尽量采用土建竖井排风。

6、通风系统的材质根据排风性质决定。

7、小风管尽量采用圆风管,大风管可以采用矩形。

8、对于噪声要求高的实验楼,办公楼等,风机采用消声风机箱。

                                       六、污染控制

在设计时还要充分考虑空气品质对工序、设备、操作产生的不利影响。

首先确定污染源的位置。再根据污染源的位置、尺寸、产生方式、产生量确定排风方式,排风方式有小室排风、局部排风、全面排风。为了消除污染物,更好是将污染源封闭的小室排风,使小室相对于周围环境负压,但是这种方法往往是难以实现的,因为它常常不能与操作上的要求相协调。

其次是局部排风,在靠近污染源处捕集散发的污染物,排风装置不仅要有必要的抽吸动力,还一定要有同污染物相适配的抽吸装置。全面排风,这种方式需要较大的空气量,对能源的浪费较大,因此只有在上述两种方法无法实施时才予以考虑。排出的气体还需要对有害物质进行处理首先要要确定有害气体的种类、性质(物理性质和化学性质)、数量。

分析哪些需要单独处理、哪些需防爆处理、哪些需要防腐处理、哪些需要防尘处理等等。如青霉素等高致敏性工序排风需单独处理,乙醇等易燃易爆有机溶媒气体需防爆处理、能产生化学反应的粉尘气体不能合并处理、粉尘气体不能与水蒸汽等湿气合并处理、印刷等有异味的有机气体要吸附处理、水蒸汽和腐蚀性气体需要防腐处理等,需结合环评报告和工艺要求确定。

由于暖通空调系统最终是为工艺生产服务,所以空调系统划分必须和工艺专业共同讨论决定,需综合工艺生产需求和暖通系统的特点。


                                     七、空调新风量、送风量、回风量


1、新风量的确定

洁净室内的新风补充量主要有三方面因素:

①补充系统内排风所需的新风量Lp;(m3/h)

②维持系统静压差所需的新风量Lz(m3/h)

③保证室内人员的新风需要Lxr《洁净厂房设计规范》中要求:室内人员新风量不小于40m3/h.人

结合上述因素,洁净净化系统新风量Lx=∑Lp+Lz同时满足≥Lxr的要求。

2、洁净送风量的计算

①工程中洁净室送风量可按照换气次数来进行计算:

送风量=K×建筑空间体积;

K值为系数可从《洁净厂房设计规范》中查取。

②洁净室内消除余热、余湿的送风量计算

余热:送风量=3600×总热负荷/1.2×空气处理前后焓差

余湿:送风量=1000×总余湿量/1.2×空气处理前后含湿量差

湖南江丰现代实验室有限公司

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