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净化空调的设计洁净(净化)空调—以空气微粒数为主要控制对象——满足工业生产要求(洁净度)。 什么是洁净室? 特殊设计的房间,要控制空气中的尘埃粒子数量,在设计上要控制尘埃粒子对房间的侵入、生存和存留达到最小,以及相关的温度、湿度和压力得到必要的控制。(摘自:ISO14644-1) 专门设计建造的有限空间,在空气微粒、温湿度、空气压力、空气压力流动方式、空气运动、震动、噪声、滋生微生物以及照明方面进行了特殊的控制。(摘自:ASHRAE ) 按用途划分: 工业洁净室:主要控制对象—微粒; 生物洁净室:主要控制对象—微粒、微生物。 按气流流型划分: 单向流洁净室,非单向流洁净室,混合流洁净室。 空气洁净度级别: GB50073-2013《洁净厂房设计规范》规定如下: GMP洁净区微生物监测的动态标准: 洁净室控制参数: 悬浮粒子和微生物—影响产品纯度、交叉污染和无菌程度;实现洁净度级别重要参数。 温度和相对湿度—影响产品工艺条件和细菌繁殖条件以及人员舒适度。 换气次数和截面风速—保证洁净度的重要因素。 《洁净厂房设计规范》GB50073:静态。 截面风速—指单向流工作区域的风速。 工作区域的概念: 中国—距地0.8m以上1.5m以内的区域; 美国—距地0.6m以上,天花板0.9m以下的区域。 单向流风速(A级 100级 ISO5级 ) 国际标准ISO14644-4 —v=0.2~0.5m/s; 洁净厂房设计规范 GB50073-2013-v=0.2~0.4m/s; 电子工业洁净厂房设计规范GB50472-2008-v=0.2~0.45m/s; 中国cGMP 2010版-v=0.36~0.54m/s。 0.2m/s仍然是单向流的保证风速。 常规洁净室: “单向气流系统应从终端过滤器或空气分配器系统以下15-30cm处的规定检验位置以(0.2~0.4m/s)*的均衡速度(指导值)提供气流。” *(0.2~0.4m/s 在此以GB50073规定值为例) 静压差—洁净室保持其内部压力(静压)的重要参数; 正压差:防止外界污染洁净室(大部分洁净室); 负压差:防止洁净室污染外界(某些危险微生物污染的洁净室); 压差—指相邻房间的门关闭时,门两侧的压力差值。 静压差(Pa) *:指相同洁净度级别的不同功能区域(间)。 **:>0,指适当的压差梯度或流向。 照度—影响产品的工艺生产条件; 洁净区里通常是人工照明,最低照度不低于150lx,主要工作区通常200~300lx;非洁净区最低照度不低于100lx;按各行业规范要求制定。 噪声—控制噪声,保护人员健康,以利工人正常操作。 净化空调设计: 净化空调设计目的—提供符合洁净室要求的系统,确保其满足产品的生产环境。 净化空调与一般空调的主要区别(暖通设计) 单向流洁净室(ISO5 A级)设计方案: 1、隔离器(Isolator)及隔离装置(RABS); 2、AHU循环系统; 3、AHU+FMU空气自循环系统; 4、AHU+FFU 空气净化单元循环; 5、FMU空气自循环系统。 1、隔离器(Isolator):全封闭,全自动控制,实时监控,自带ISO5级循环装置。 2、隔离器装置(RABS):主动型—(开式、闭式),工艺设备自带单向流循环系统。 1、隔离器装置(RABS): 被动型—(开式、闭式)工艺设备只带屏障系统,由暖通专业组织循环风。 2、AHU循环系统: AHU处理全部的循环空气并控制区域内的温、湿度, 一般用于小面积区域; 风管截面及占用空间较大,风管敷设有难度; AHU需要空调机房;最大优点—房间噪声低。 3、AHU+FMU空气自循环系统: 利用AHU和FMU分别实现循环; AHU—保证核心区内温、湿度要求,布置在机房; FMU—保证核心区内净化循环风量要求,布置在吊顶; 用于大面积区域特别是全室ISO5级; 4、AHU+FFU 空气净化单元 与上述AHU+FMU有相同处; AHU—保证核心区内温、湿度要求,布置在机房; FFU—保证核心区内净化循环风量要求,布置在吊顶; 用于较小面积区域 ISO5级或A级; 5、FMU风机自循环系统 有2种方式: —带冷源:保证区域内温湿度和循环风量要求; —不带冷源:仅保证循环风量要求; 风机布置在吊顶。 非单向流(乱流)洁净室设计要点: 1、对气流组织的基本要求: ** 作用:有效组织送风和回风方式,充分发挥洁净空气的稀释作用,快速排出室内污染。 ** 基本原则:气流方向要适应微粒自然沉降的方向,以最快速度排出污染。 非单向流(乱流)洁净室设计要点: 送风口布置要求: 1)均匀布置; 2)避开工艺设备的进、排风口; 3)采用同一规格HEPA; 4)送风管布置应有利于气流平衡。 回风口布置要求: 1)尽量两侧均匀布置; 2)避开遮挡物; 3)风口上边缘距地≤0.5米; 4)采用竖向百叶; 5)安装过滤器(低阻的)。 2、对送风量的基本要求(换气次数): 能稀释房间微粒; 消除室内热湿负荷 规范推荐的换气次数; 自净时间的要求; 气流组织的影响。 **稀释房间微粒; 由已知洁净度求换气次数: 采用简化公式计算得出: 根据所要求的洁净度级别、房间面积、室内人数、室内发尘; 量和新风比等,通过特定的公式和图表求出。 **消除室内热湿负荷 如果洁净室余热量很大,则送风量按夏季最大冷负荷计算: 如果洁净室余湿量很大,则送风量按室内最大散湿量计算: **自净时间的要求;(15~20分钟) 自净时间—洁净室从污染状态恢复到其正常洁净度状态所需要的时间。 根据洁净室自净前的污染浓度以及设计浓度等参数,通过特定的公式和图表求出。 **换气次数: 《洁净厂房设计规范》推荐下列换气次数(静态) 国际标准ISO14644-4,对微电子行业洁净室,推荐换气次数(动态): **气流组织的影响: 送、回风口的布置位置直接影响送风量的大小,设计应充分考虑这个因素。终上所述: 最后确定出的送风量或换气次数应同时,满足上述5个方面的要求。(即取其中最大值) 3、压差设计 **三个概念 房间压差—抵御外部泄漏(渗漏)—保证洁净度 相对压差—保证气流流向—保护产品,防止污染 气锁—区域隔离,“控制”压差—保护产品(外部空间),防止污染。 压差—洁净房间建立压差,以减少来自非洁净区、室外、吊顶、以及类似区域的污染。 正压差:防止外界对房间的污染; 负压差:防止房间有害空气污染外界; 相对压差—相对压差的建立主要用于减少粒子在暴露的工艺操作保护; 区和与其无关的区域之间的传播,防止污染和交叉污染。 **如何产生压差: 房间正压差:送风=排风+漏出风 (余风量为正值); 房间负压差:送风+漏入风=排风 (余风量为负值)。 压差计算方法: 当房间门关闭时,房间要保持一定的压差值所需要的送风量计算: 压差法—计算泄漏风量 L=0.827*A*∆P0.5*3600*1.25m3/h 0.827—漏风系数;A—缝隙总面积;∆P—压力差; 1.25—不严密处附加系数。 换气次数法—估算泄漏风量。 不建议采用: 对洁净区房间,不同压差采用不同的换气次数: ΔP=5~40Pa,n=0.6~4.0 ACH。 气锁—用以阻隔外界或邻室气流和保证压差而设置的小室,一般设置于洁净区的出入口。 气锁的三种类型:气锁的两道门联锁,始终只能一道门开启,由此保证压差。用于关键区域。 气锁两端的压力差> 梯度气锁:最常用形式,气流从压力高处通过气锁室流向压力低处。 用于不同洁净区之间或洁净区与非洁净区之间的隔离。作用:保护产品;(不被外界污染) 正压气锁:气锁室位于压力最高处,气流从气锁室向外流出。用于分隔不同区域之间的气流。 作用:保护产品(不被外界污染),保护外界不被污染,防止洁净区内的污染外溢;用于强效药品(高活性、高毒性、高致敏)的隔离。 负压气锁:气锁室位于压力最低处,气流由外向气锁室流入。 用于分隔不同区域之间的气流。 作用:即保护产品,又保护其他区域不被污染,防止洁净区含产品空气外溢;如用于强效药品(高活性、高毒性、高致敏)的隔离。 空调负荷计算:计算方法同普通空调,参见相关设计手册。 常用基本方案: 1、直流系统 全新风,用于不允许使用循环风的区域; 空调设备表冷器处理焓差大,加大排数; 2、一次回风系统 *一定比例的室外新风与室内回风混合,适用于绝大部分洁净区。 *系统简单易控制,仍是目前的首选。 *通过加热盘管来调整送风参数。 *是各国GMP指南和国际ISPE推荐的空气处理方式。 3、二次回风系统 * 用于洁净度较高,风量大的洁净区域。 * 由于没有了一次回风的冷却后再加热过程,有节能效果。 * 不适用于散湿量较大的区域,如水针车间的配液、灌封等区域。 * 调整参数的手段单一,不易控制,适用于室内热源较稳定的区域。 4、特殊方案—低湿系统: 用于相对湿度较低的区域,采用转轮除湿机+AHU: 过滤器分类: 我国国标将空气过滤器分为两类: 空气过滤器—粗效、中效、高中效、亚高效; 粗效:捕获≥5μm的大粒子,效率以≥2μm的粒子计算; 中效和高中效:捕获≥1μm的中等粒子,效率以≥0.5μm的粒子计算; 亚高效:捕获≥0.5μm的小粒子,效率以≥0.5μm的粒子计算。 空气过滤器初阻力: 粗效:25~50Pa(G1~G4); 中效:50~105Pa(M5、M6—原F5、F6); 高中效:100~140Pa(F7、F8); 亚高效:120~150Pa(F9、H10、H11); 高效:160~250Pa(H12~H14); 超高效:170Pa(U15~U17)。 空气过滤器分类性能指标(摘自GB/T14295-2008): 高效空气过滤器—高效、超高效。 高效:捕获≥0.5μm的小粒子,效率以≥0.5μm的粒子计算(钠焰法); 超高效:捕获≥0.5μm的微小粒子,效率以0.1~0.3μm的粒子计算(扫描法); 初阻力:160~250Pa。 高效空气过滤器 (摘自GB/T13554-2008) 国内外主要国家几种空气过滤器标准比较: 过滤器使用: 净化空调设计常用三级(或四级)空气过滤器组合 粗效+中效+高效(HEPA) 粗效+中效+高中效+高效(HEPA) 空气预过滤的效率越高,对末级高效过滤器的保护越有效。 空气处理机组选择要点: 箱体内壁材料耐腐蚀且易于清洗; 机组漏风率<1%; 风机选择风机性能曲线陡峭的; 干蒸汽加湿器; 微穿孔板消声器; 送风机按净化空调系统总风量和总阻力选择(预过滤器阻力按初阻力的1.5~2倍选择)。 本文来源于互联网,主要内容作者:陈泽嘉。 |