潔凈室設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)分析.doc

潔凈室設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)分析 作者：劉華 王清勤閱讀：3011 次上傳時(shí)間：2004-11-23推薦人：yiming (已傳論文 1137 套)簡(jiǎn)介： 本文簡(jiǎn)單地分析了高效空氣過濾器流量阻力特性，并用實(shí)例闡述了作者對(duì)高效空氣過濾器選型中的一些經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)對(duì)潔凈室系統(tǒng)送風(fēng)量的計(jì)算提出了自己的經(jīng)驗(yàn)算法。作者觀點(diǎn)僅供參考。 關(guān)鍵字：潔凈室 高效過濾器 送風(fēng)量 相關(guān)站中站： 潔凈電子廠房設(shè)計(jì) Several Analysis In Cleanroom DesignABSTRACT This article simply analyses flux-resistancecharacter of HEPA filter, and discusses some experience of HEPA filterchoice through existing example. At the same time it puts forward experiential arithmetic about air supply volume in a cleanroom system. Keep authoropinion only for reference.KEYWORD Clean room、HEPA filter、Air supply volume 1 引言：潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范GB500732001中指出“空氣過濾器的處理風(fēng)量應(yīng)小于或等于額定風(fēng)量。設(shè)置在同一潔凈區(qū)內(nèi)的高效（亞高效、超高效）空氣過濾器的阻力、效率宜接近”。并同時(shí)指出“潔凈室的送風(fēng)量，應(yīng)取下列三項(xiàng)中的最大值：1.1為保證空氣潔凈度等級(jí)的送風(fēng)量。1.2根據(jù)熱、濕負(fù)荷計(jì)算確定的送風(fēng)量。1.3向潔凈室內(nèi)供給的新鮮空氣量?！庇纱丝梢?，在空調(diào)系統(tǒng)中過濾器的選擇和送風(fēng)量（換氣次數(shù)）的計(jì)算具有重要意義。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，過濾器的選擇一般都要考慮到過濾器的投資和使用壽命的問題，設(shè)計(jì)人員選擇過濾器的實(shí)際風(fēng)量均小于它本身的額定風(fēng)量，具體方法是按照某一過濾器額定風(fēng)量比例（如60%）來(lái)選擇某一型號(hào)的過濾器，認(rèn)為只要是小于額定風(fēng)量，它們之間的阻力不平衡可以通過安裝調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此未能校核過濾器的阻力，從而未能使同一潔凈區(qū)內(nèi)的高效空氣過濾器的阻力達(dá)到接近，給風(fēng)量調(diào)節(jié)帶來(lái)麻煩，并且對(duì)過濾器的使用壽命造成影響。而一般情況下認(rèn)為潔凈室的等級(jí)換氣次數(shù)均大于熱、濕負(fù)荷計(jì)算來(lái)確定的送風(fēng)量（普通空調(diào)露點(diǎn)送風(fēng)換氣次數(shù)為810次/h），潔凈室送風(fēng)量的選擇一般是按照潔凈度的級(jí)別，根據(jù)潔凈室保證不同級(jí)別選用不同的換氣次數(shù)，而不校核熱、濕負(fù)荷計(jì)算來(lái)確定的送風(fēng)量，這樣的計(jì)算存在的問題在于，一個(gè)凈化空調(diào)系統(tǒng)只能有一個(gè)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，當(dāng)不同級(jí)別潔凈室（如萬(wàn)級(jí)和十萬(wàn)級(jí)甚至千級(jí)潔凈室在一個(gè)系統(tǒng)時(shí)）或室內(nèi)負(fù)荷相差較大的房間在一個(gè)系統(tǒng)（如更衣間和主要的操作間之間的房間冷負(fù)荷相差幾倍甚至十幾倍）時(shí)，無(wú)法確定一個(gè)正確的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，造成有的房間冷，而有的房間熱。2 高效過濾器的選擇計(jì)算：由于潔凈室的特性不同，高效過濾器的選擇首先要按照潔凈室的級(jí)別、無(wú)菌程度、溫濕度、耐火程度、防腐等不同要求來(lái)確定。如100級(jí)以下選擇A類或B類，100級(jí)以上則需要選擇C類過濾器；高溫高濕條件下宜選用金屬分隔板和金屬框架的過濾器；有防腐要求的宜選用塑料分隔板和塑料框架的過濾器；有防火要求的，過濾器所有材料應(yīng)為不燃性等等。本文不考慮這些問題，僅僅考慮影響常規(guī)高效過濾器（以過濾0.5m為主）的選擇中風(fēng)量和阻力問題。實(shí)踐中常規(guī)過濾器就是指高效空氣過濾器標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的A類和B類，它們是潔凈廠房設(shè)計(jì)中最常用的高效過濾器，一般低于或等于10萬(wàn)級(jí)可以選A類；1萬(wàn)100級(jí)可以選B類。凡是常規(guī)高效過濾器，對(duì)于0.5m微粒的效率可按照5個(gè)“9”即0.9999計(jì)算。首先要明確一下高效過濾器通過的風(fēng)量與其阻力的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)證明高效過濾器的阻力與流量是非直線關(guān)系，但在一般比額定風(fēng)量大得不多時(shí)，阻力和通過風(fēng)量的關(guān)系如近似看成直線關(guān)系，誤差也不大。表1是北京同創(chuàng)過濾器廠生產(chǎn)的高效過濾器規(guī)格表，圖1是該廠生產(chǎn)的高效過濾器阻力特性曲線,由圖1可以看出不同特征尺寸的過濾器其阻力的特性曲線是不同的，我們可以根據(jù)所選的過濾器的型號(hào)查它的相應(yīng)阻力特性曲線得到它的阻力,為了方便選擇我們把圖1中的曲線處理一下，用每一個(gè)型號(hào)的曲線的橫坐標(biāo)風(fēng)量去除以高效過濾器的特征尺寸（即高效過濾器的體積V=HWD），然后重新進(jìn)行擬和成圖2中的曲線，從圖中可以看出兩條曲線有重合的趨勢(shì)，只要特征尺寸選擇得當(dāng)（可以考慮一下不同型號(hào)過濾器結(jié)構(gòu)阻力，因?yàn)檫^濾器的真正過濾面積要小于過濾器的截面積，存在一個(gè)有效面積比，而且小型號(hào)的過濾器有效面積比較大，而大型號(hào)的?。?，兩條曲線將更加逼近，兩個(gè)擬和方程的相對(duì)應(yīng)系數(shù)也相差不大。而且我們所需要的是額定風(fēng)量附近的曲線（圖2中200000）附近的曲線，即相當(dāng)于額定風(fēng)量以下的風(fēng)量），對(duì)于我們工程選擇來(lái)講，這樣的差距是可以忽略不計(jì)的。從表1中也可以看出，在相同初阻力下，每種型號(hào)過濾器的Q/（HWD）值也均大致相等，即在圖2中有一個(gè)相同的狀態(tài)點(diǎn)。因此我們可以得出這樣的結(jié)論：在不大于額定風(fēng)量的前提下，常規(guī)高效空氣過濾器的阻力流量特性曲線可以用一條曲線來(lái)描述，并且成線形分布。也就是說(shuō)只要知道一種型號(hào)的過濾器的阻力流量特性曲線就可以知道其它型號(hào)的過濾器大致的特性曲線，又因?yàn)槌删€形的分布，只要知道曲線上的兩點(diǎn)便可以確定該直線（因?yàn)槲覀冎涝撝本€過坐標(biāo)原點(diǎn)，因此只要知道一點(diǎn)即可方便的確定該直線，這一點(diǎn)可以用高效過濾器額定風(fēng)量下的初阻力確定），從而給過濾器的選擇帶來(lái)很大的方便。表1、高效過濾器規(guī)格：型號(hào)特征尺寸HWD（mm）額定風(fēng)量Q（m3/h）Q/（HWD）（h-1）初阻力（Pa）GB-01484X484X220100018182執(zhí)行1993年頒布的國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)A類190B類220GB-02484X484B-03630X630X220150017179GB-04630X630X180120016797GB-05630X726X220150014907GB-06484X968X220200019404GB-07630X945X220225017179GB-08630X1260X220300017179GB-09610X610X150100017916GB-10610X915X150150017916GB-11610X1220X150200017916GB-12320X320X26050018780GB-13600X820X220185017092由于高效過濾器的壽命T0是按照額定風(fēng)量Q0下終阻力增加到等于初阻力的既定倍數(shù)（一般為2倍）時(shí)所使用的時(shí)間，此時(shí)高效空氣過濾器的容塵量也達(dá)到了最大（也稱標(biāo)準(zhǔn)容塵量P0），因此也可以認(rèn)為高效過濾器的壽命T0是高效空氣過濾器的容塵量達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)容塵量P0的時(shí)間。當(dāng)過濾器在低風(fēng)量Q1下運(yùn)行時(shí)，此時(shí)Q1Q0,所以過濾器的壽命可以延長(zhǎng)至T1，此時(shí)T1T0。T1和T0的關(guān)系可以用如下的關(guān)系式（1）計(jì)算：過濾器的阻力增值和積塵量的關(guān)系可以近似看成直線關(guān)系，在標(biāo)準(zhǔn)容塵量之下時(shí)或者阻力增值不超過初阻力值1倍時(shí)，產(chǎn)生的誤差不大；如果濾速超過常規(guī)，或容塵量已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)容塵量，阻力將隨著積塵量的增加而更快地增加。而且高效空氣過濾器的積塵量P是與過濾器的通風(fēng)量Q1成正比的，我們可以得出如下的結(jié)論：如果空調(diào)系統(tǒng)中過濾器的設(shè)計(jì)阻力不相近，即偏差比較大，則阻力大的將導(dǎo)致其過濾風(fēng)量相對(duì)該型號(hào)過濾器額定風(fēng)量偏大，因此積塵量也相應(yīng)的加快，導(dǎo)致其阻力的增值也加快，從而過濾器的壽命也將減小，而阻力小的過濾風(fēng)量相對(duì)較小，則壽命相對(duì)較長(zhǎng)，造成一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中壽命不相同，給將來(lái)過濾器的更換帶來(lái)麻煩，并隨著積塵量的增加會(huì)產(chǎn)生新的系統(tǒng)不平衡。同樣地而作為空調(diào)系統(tǒng)主要阻力的高效空氣過濾器（高效過濾器的初阻力至少也有100Pa，相當(dāng)于含局部阻力的普通空調(diào)風(fēng)管的100m以上長(zhǎng)度的阻力），選擇阻力相近，對(duì)于運(yùn)行調(diào)節(jié)并滿足風(fēng)量平衡同樣具有重要意義。因此正如設(shè)計(jì)規(guī)范中所要求的那樣，設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置在同一潔凈區(qū)內(nèi)的高效（亞高效、超高效）空氣過濾器的阻力、效率宜接近是非常有必要的。下面具體地說(shuō)明以下過濾器的選擇方法，首先要根據(jù)高效過濾器的設(shè)計(jì)使用壽命T1來(lái)選擇，可以根據(jù)上面公式（1），可以很方便的計(jì)算出在設(shè)計(jì)使用壽命下過濾器的設(shè)計(jì)風(fēng)量Q1。根據(jù)公式可以得到以下表格2：表2高效過濾器不同風(fēng)量下的壽命Q150%Q055% Q060% Q065% Q070% Q075% Q0Q0T13.5 T03.1 T02.7T02.4 T02.2 T01.9T0T0T1（年）12.310.98.18.47.76.73.5我們可以按照設(shè)計(jì)使用壽命10年，查表2選擇55%額定風(fēng)量作為設(shè)計(jì)風(fēng)量來(lái)選擇過濾器型號(hào)，由上面的分析可以知道按照高效過濾器的額定風(fēng)量的百分比所選對(duì)應(yīng)的過濾器的阻力必定相等。下面的主要任務(wù)變成了選擇風(fēng)量所對(duì)應(yīng)的過濾器型號(hào)。下表3是作者經(jīng)常使用的高效過濾器不同厚度、不同額定風(fēng)量百分比下的風(fēng)量（m3/h）。表3高效過濾器不同額定風(fēng)量百分比下的風(fēng)量（鐵框）型號(hào)特征尺寸HWD（mm）額定風(fēng)量Q0（m3/h）Q1=55%Q0Q1/（HWD）（h-1）初阻力（Pa）01型484X484X220100055010672執(zhí)行1993年頒布的國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)A類190B類220484X484X18080044010435484X484X15065035810174484X484X120500275978302型320X320X22043023710498320X320X18034418910265320X320X15028015410026320X320X120215118962303型630X630X220170093510708630X630X180136074810470630X630X150110560810208630X630X1208504689816表4實(shí)際工程中的風(fēng)量計(jì)算表序號(hào)名稱面積級(jí)別換氣次數(shù)（h-1）送風(fēng)量Q（m3/h）過濾器型號(hào)（HWD）臺(tái)數(shù)T校核值Q1/（HWD）/T1換鞋3.110萬(wàn)15.0120.9320320120198392洗手3.010萬(wàn)15.0117.0320320120195213套衣4.3萬(wàn)20.0223.6320320220199254物入5.2萬(wàn)20.0270.4484484120196195實(shí)驗(yàn)室11.6萬(wàn)20.0603.26306301501101326培養(yǎng)室14.9萬(wàn)20.0774.86306301801108457種子室8.7萬(wàn)20.0452.44844841801107298反應(yīng)27.0萬(wàn)40.04320.0630630220598959緩沖4.010萬(wàn)15.0156.0320320150110156我們以表4為例，該風(fēng)量計(jì)算表是實(shí)際工程中的一例，我們按照實(shí)際送風(fēng)量查表3中55%Q0風(fēng)量所對(duì)應(yīng)過濾器型號(hào)，該選擇過程是一個(gè)試算的過程，如果現(xiàn)有的過濾器型號(hào)在55%風(fēng)量下均能滿足所有房間的送風(fēng)量的要求，則停止試算；如果僅有少數(shù)房間不能滿足，則可以選擇比設(shè)計(jì)值大的型號(hào)中風(fēng)量最小的那一檔；如果大多數(shù)不能滿足，則需要重新選擇過濾器的壽命并重新計(jì)算所選過濾器額定風(fēng)量的百分比，如可以選擇50% Q0或60% Q0，繼續(xù)試算直到滿足前兩條要求。最后可以通過設(shè)計(jì)風(fēng)量除以其相應(yīng)的過濾器特征尺寸（HWD），看是否相近，不平衡率相差10%以內(nèi)即可認(rèn)為所選過濾器基本阻力平衡。表4中經(jīng)過試算和校核，不平衡率在10%以內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了便于清楚理解，特編制了圖3流程圖以供參考。圖3流程圖3 潔凈室送風(fēng)量的確定：對(duì)于單個(gè)空調(diào)房間，潔凈室的等級(jí)換氣次數(shù)與熱濕負(fù)荷所確定的換氣次數(shù)進(jìn)行比較，選擇較大的換氣次數(shù)即可；對(duì)于多個(gè)空調(diào)房間組成凈化空調(diào)系統(tǒng)，每個(gè)房間的冷熱負(fù)荷情況不一樣，導(dǎo)致每個(gè)房間在該房間等級(jí)的換氣次數(shù)下，所要求的送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)也不一樣，而作為一個(gè)凈化空調(diào)系統(tǒng)（凈化空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是經(jīng)常不同級(jí)別的潔凈室在同一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中）設(shè)計(jì)上要求必須有且僅有一個(gè)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，這時(shí)如果按滿足主要操作間溫濕度為前提，選擇主要操作間的送風(fēng)溫差為系統(tǒng)送風(fēng)溫差，則往往主要操作間的冷負(fù)荷較大，因此所需的送風(fēng)溫差也較大，其它輔助房間的在其潔凈等級(jí)換氣次數(shù)下，會(huì)造成冷量過剩，房間過冷，給人以不舒適感；相反如果按滿足大多數(shù)輔助房間（因?yàn)榇蠖鄶?shù)輔助房間的冷熱負(fù)荷較均衡）溫濕度為前提，選擇其送風(fēng)溫差（偏?。橄到y(tǒng)送風(fēng)溫差，則往往主要操作間在大冷負(fù)荷的情況下，需要增加比潔凈等級(jí)還要大的換氣次數(shù)來(lái)滿足操作間的溫濕度，這樣會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)風(fēng)量的增加，初投資也相應(yīng)地加大。兩種方式各有利弊，可以根據(jù)具體情況適當(dāng)選擇，或者可以兩種方式混合使用，即送風(fēng)溫差選擇一個(gè)兩者之間的數(shù)值，以盡量滿足設(shè)計(jì)和投資的要求。表5實(shí)際工程中的風(fēng)量計(jì)算表（室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度tn=242）序號(hào)名稱送風(fēng)量Qi（m3/h）房間的冷負(fù)荷Ii（W）送風(fēng)溫差t=-ts（）冷負(fù)荷送風(fēng)量QLi凈化等級(jí)送風(fēng)量QDi冷負(fù)荷送風(fēng)量與送風(fēng)量相對(duì)偏差室內(nèi)溫度校核1換鞋120.931.91.949.9120.9-58.8%22.92洗手117.030.91.948.3117.0-58.7%22.93套衣223.644.21.969.1223.6-69.1%22.74物入270.453.51.983.6270.4-69.1%22.75實(shí)驗(yàn)室603.2119.41.9186.7603.2-69.1%22.76培養(yǎng)室774.8849.71.91328.3774.871.4%25.47種子室452.489.51.9139.9452.4-69.1%22.78反應(yīng)4320.03247.51.95076.92160.017.5%24.39緩沖156.048.81.976.3156.0-51.1%23.007038.34515.41.9（tm）7059.04878.30.3%24.0具體的計(jì)算步驟如下：1、首先確定室內(nèi)的設(shè)計(jì)溫度tn（精度）。2、計(jì)算凈化空調(diào)系統(tǒng)中各個(gè)潔凈室的冷負(fù)荷Ii，并計(jì)算Ii。3、根據(jù)各潔凈室凈化等級(jí)確定送風(fēng)量QDi，并計(jì)算QDi。4、確定每一個(gè)潔凈室內(nèi)的送風(fēng)量Qi，并令Qi的初始值為QDi，Qi=QDi。5、根據(jù)Ii和Qi確定系統(tǒng)平均送風(fēng)溫差=tn-ts，并確定ts。6、用公式判斷tn的范圍內(nèi)嗎？若所有潔凈室均滿足，則結(jié)束計(jì)算，得到了所求的計(jì)算風(fēng)量。否之，則適當(dāng)增加溫度偏高的房間的換氣次