隨著科學技術的不斷發展,現代工藝產品的生產和現代科學實驗活動對室內空氣潔凈度的要求越來越高,特別是微電子、生物技術、醫藥產品、醫療、日用化學品等,都要求有高質量、高純度、精密化、高可靠性的室內環境,也就是都要在潔凈室中進行。

潔凈室有一定的空氣潔凈度級別、要對多個參數進行控制(空氣潔凈度、風量、風速、壓力、溫度、濕度、細菌濃度等)。潔凈空調系統是實現潔凈室控制的主要手段。

潔凈空調系統與一般建筑空調系統相比有如下特點:

1)保證生產工藝要求的溫濕度;

2)保證空氣的凈化和除菌;

3)控制各區域的氣流和風速;

4)保證不同功能間之間合理的氣流流向和壓力分布;

5)排除有害氣體,保證室內空氣品質。

合理的氣流流向和壓力分布對潔凈空調系統至關重要。

(儀器應用:風速計、風量罩、壓差計、溫濕度計、浮游菌采樣器、塵埃粒子計數器/激光塵埃粒子計數器/遠程粒子計數器等)

1 潔凈室回風系統對氣流組織形式的影響

潔凈室按氣流組織主要有單向流、非單向流、輻流、混合流。用的最多的有單向流、非單向流和混合流(局部單向)。單向流是利用“活塞”般的擠壓作用,迅速把室內污染物排出,工作區內流線單向平行,沒有渦流,潔凈度高。本文主要就非單向流進行分析,指出在潔凈室空調系統設計中存在的問題。

目前,非單向流潔凈室氣流組織的主要形式是:高效送風口頂送(或側上送)側下回風。高效送風口布置形式為吊頂均布,或是布置于受保護的工藝生產線上方,回風口布置于側墻下方。

從一般空調來看,影響房間氣流組織及空調參數的主要因素是送風口的布置,回風口對房間各工況影響極小。所以,在設計潔凈空調時,許多設計師也是出于這種理念,對潔凈室回風口布置的極為隨意,找空余墻角或墻邊布置上就行,完全不考慮室內氣流流向對工藝操作面的影響,使得潔凈室失去了意義。

有的設計中回風口設于單向流潔凈工作臺旁,室內其它區域污染空氣流向潔凈工作臺,嚴重影響受保護區;有的設計回(排)風口又遠離產生污染的工藝設備

(如粉碎機等),是的這些工藝設備產生的污染空氣流到相對潔凈區域甚至全潔凈室。

《醫藥工業潔凈廠房設計規范》GB50457-2008明確指出:回風口位置宜遠離潔凈工作臺;

易產生污染的工藝設備附近應設排風口;有局部排風裝置或需排風的工藝設備,宜布置在潔凈室下風側。所以,在潔凈室空調設計時,要同時有建筑底圖和工藝布置圖,根據工藝要求進行設計:頂上布置高效送風口時,盡量靠近工藝設備均布。

布置回風口時,根據生產工藝特點,潔凈度要求高的,回風口布置在遠離設備側;產塵或產生其它污染氣體的,回(排)風口布置在最靠近設備處,這樣,才能保證潔凈室的潔凈度,更大限度的保證潔凈室工藝設備的安全有效使用。

潔凈室回風口設計中存在的另一個問題是,回風口布置的太少,回風速度偏大。有的潔凈室空調設計,一個潔凈區,面積很大,布置了4個高效送風口,但回風只有一個,布置在一個墻角。這樣做,使得全室空氣流向一處,必然存在死角,潔凈空氣難以到達,使該區域塵埃粒子增多,影響潔凈度。而回風速度大,會在回風口附近甚至工作面高度形成較強渦流,使得塵粒擴散,同樣影響潔凈室空氣質量,影響潔凈度。

所以,非單向流潔凈室回風口要根據風量布置,風速不能過大,以不大于2m/s為宜。回風口要布置于兩面(或多面)墻上,為了不增加衛生死角,一般對角布置。潔凈室寬度不大于3m時,可以單側布置。

2 潔凈室回風系統對潔凈室壓差的影響

因潔凈室造價較高,一般潔凈室面積較小,工藝人員布置完工藝設備后,給空調設計人員所留空間較小,所以潔凈室空調設計中常見兩相鄰潔凈室共用一回風夾道的情況,這樣設計的后果是,相對壓力值低的潔凈室無法回風,壓力高的房間空氣壓入相對低壓力房間,正壓值不能準確調試,潔凈室內沒有有序的梯度壓力分布,污染氣體有可能污染高潔凈度房間,有可能引起交叉污染。以筆者遇到的某工程為例。

(儀器應用:風速計、風量罩、壓差計、溫濕度計、浮游菌采樣器、塵埃粒子計數器/激光塵埃粒子計數器/遠程粒子計數器等)

原設計人員設計的回風系統為:潔凈走廊分別和飲片粉碎、混粉共用一回風夾道,回風夾道兩側開回風口;二更分別同緩沖洗手共用回風夾道;清潔間更是和潔凈走廊、藥材暫存三間共用同一回風夾道。由圖2(工藝要求的壓差分布)可知,潔凈走廊與混粉、潔凈走廊與飲片粉碎、與清潔間、二更與緩沖洗手間壓力不同,這樣做有什么后果呢?

系統自調試階段就陷入麻煩,壓差調不正確,要不混粉、飲片粉碎等回不了風,要不潔凈走廊保證不了+15Pa的正壓,二更和緩沖洗手出于同一壓力。施工單位用阻塞混粉等低壓力房間的回風口、關小其送風口的方法終于調試壓力成功,交付使用。

在使用中問題就來了,低壓力級別房間潔凈度不達標,只能開大送風口閥門。后來,要么房間受污染空氣漏至外潔凈走廊,污染整個區域,要么潔凈走廊風吹進這些低壓力房間,導致其無法回風,房間新風量嚴重不足,嚴重影響使用,使用方只能關閉潔凈空調進行生產。這樣,運行不到一年就進行改造設計。

筆者對其回風口做如下改造設計:

根據生產工藝及正壓要求,不同正壓值要求房間分設回風柱,各在回風口或回風管接閥門進行調節,回風口設過濾網。另外,飲片粉碎、混粉等污染潔凈間,在靠近污染工藝設備處設排風口,及時把產生的污染空氣排出潔凈室外。

改造后經調試,潔凈區與普通區壓差+10Pa,潔凈走廊與混粉等污染房間壓差+5Pa,測試正壓值和潔凈度一次通過,運行近兩年也沒出現問題。

3結論

任何靠空間密封來維持潔凈室無菌和潔凈度是無濟于事的,只有保持無菌區域內的壓力高于外界,才能防止污染物的侵入。并且潔凈區域內各不同級別的潔凈功能間需要不同的壓力控制,以確保潔凈氣流定向流動,氣流只能從潔凈區流向非潔凈區,從高一級別潔凈室流向低一級別潔凈室,從同一潔凈室潔凈度要求高的區域流向要求低的區域,只有保證在任何情況下都能維持潔凈室內有序的梯度壓力分布不變,才能真正有效的控制潔凈度。

空調設計人員要注意回風系統對潔凈室的影響,布置回風口時:

1)風口風速不能過大,盡可能在潔凈室對角或對側布置,同時,應避免布置在潔凈度要求高的區域或設備近旁,排風口盡量靠近污染源;

2)不同正壓值潔凈室不能共用回風夾道。