潔凈室空調(diào)負(fù)荷、風(fēng)量、潔凈度的設(shè)計(jì)和計(jì)算

潔凈室空調(diào)負(fù)荷、風(fēng)量、潔凈度的設(shè)計(jì)和計(jì)算潔凈室的設(shè)計(jì)計(jì)算潔凈室的設(shè)計(jì)計(jì)算包括空調(diào)負(fù)荷計(jì)算，風(fēng)量計(jì)算，潔凈度校核計(jì)算等內(nèi)容?？照{(diào)負(fù)荷計(jì)算潔凈室的空調(diào)負(fù)荷包括復(fù)季冷負(fù)荷與冬季熱負(fù)荷。有人認(rèn)為計(jì)算方法與一般空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算方法相同。其實(shí)，潔凈室的負(fù)荷計(jì)算與一般空調(diào)的負(fù)荷計(jì)算有許多區(qū)別。對于許多材料中推薦的負(fù)荷估算指標(biāo)，不知道這些估算指標(biāo)的詳細(xì)來源，在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這些估算指標(biāo)比實(shí)際負(fù)荷大很多。對于一些沒有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，也許會受到估算指標(biāo)的影響而不相信自己的計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)而加大安全裕量，或者干脆套用估算指標(biāo)，這是非常有害的。在前幾年GMP認(rèn)證后，許多制藥企業(yè)感嘆凈化空調(diào)系統(tǒng)能耗太大而用不起。難道是凈化空調(diào)系統(tǒng)的錯誤嗎？有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，無論是冷負(fù)荷還是送風(fēng)量都是層層加碼，導(dǎo)致機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)等容量偏大很多。凈化空調(diào)比一般空調(diào)的能耗大是肯定的，但應(yīng)大的有依據(jù)。當(dāng)前，對凈化空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)迫在眉睫。

在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，有不少空調(diào)用戶在最熱月，實(shí)際用冷量是設(shè)計(jì)冷量的1/2~3/5。若把這樣的設(shè)計(jì)作為估算冷負(fù)荷指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)源，其數(shù)據(jù)必然大很多。所以，設(shè)計(jì)人員應(yīng)相信自己的計(jì)箅，回訪自己的用戶，獲得真實(shí)的冷負(fù)荷指標(biāo)。對于各種書籍中相互復(fù)制的冷負(fù)荷估算指標(biāo)成科學(xué)對待，只有在工程設(shè)計(jì)初期估算造價(jià)時，有一點(diǎn)參考價(jià)值。在施工圖階段，應(yīng)采用計(jì)算出的冷負(fù)荷選擇設(shè)備。

空調(diào)負(fù)荷計(jì)算方法很多，目前有許多負(fù)荷計(jì)算的軟件，使負(fù)荷計(jì)算變得非常容易。在應(yīng)用軟件或手工計(jì)算負(fù)荷時，應(yīng)了解凈化空調(diào)與一般空調(diào)負(fù)荷計(jì)算的不同點(diǎn)。計(jì)算軟件大多是針對-

般空調(diào)而編制的，在計(jì)算潔凈室負(fù)荷時應(yīng)把圍護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)做一調(diào)整。

潔凈室的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與一般空調(diào)的不同，它是在房子中套房子，外層房子就是土建結(jié)構(gòu)，可以是框架結(jié)構(gòu)加空心磚砌塊，也可以是磚混結(jié)構(gòu)，外墻、屋面的相關(guān)參數(shù)可在相關(guān)手冊中查得。套入內(nèi)層的房子是用符合潔凈室裝修要求的裝修材料建造的，這種裝修材料有快立墻板、輕鋼加人造板、輕鋼加經(jīng)噴涂的電解鋼板、還有彩鋼夾心復(fù)合板等。而彩鋼夾心復(fù)合板的夾芯，可采用阻燃自熄聚苯乙烯板（現(xiàn)行規(guī)范禁用）、巖棉板、聚氨酯板、紙蜂窩板、鋁蜂窩板等材質(zhì)?？梢?，這種兩層圍護(hù)結(jié)構(gòu)建造成的潔凈室，其建筑負(fù)荷很小。當(dāng)內(nèi)層材料的保溫性能好時（如彩鋼夾芯板），不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)引起的冷負(fù)荷可按穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算（特別適合于手算），在一些特殊情況下甚至可以忽略不計(jì)（有一定經(jīng)驗(yàn)后方可這么做）。

不管是正壓潔凈室，還是負(fù)壓潔凈室，都不考慮冷風(fēng)滲透引起的負(fù)荷。冷負(fù)荷系數(shù)法的計(jì)算步驟（這種方法非常適合手工計(jì)算）一.外墻、屋頂瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷外墻、屋頂屬不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在日射和室外氣溫的共同作用下，由外墻、屋頂瞬變傳熱引起的逐時冷負(fù)荷均可按下式計(jì)算。CL=FK(T2-T1)式中CL—

瞬變傳熱引起的逐時冷負(fù)荷（W);F—

外墻、屋面面積（m2);T1—

室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度

T2—

外墻、屋面的冷負(fù)荷計(jì)算溫度的逐時值（T);

計(jì)算時刻的選取和一般空調(diào)相同，通?？稍?時至18時中，每隔lh取一個計(jì)箅時刻。有經(jīng)驗(yàn)者可根據(jù)具體情況，減少計(jì)算的時刻點(diǎn)，如可從12時算至17時；K—

外墻、屋面的傳熱系數(shù)[W/(m2?^)]

；如果潔凈室在內(nèi)區(qū)（無外墻），外墻引起的冷負(fù)荷為零；如果潔凈室靠近外墻，如圖5-1所示，傳熱系數(shù)的計(jì)算應(yīng)考慮內(nèi)、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間空氣間隙的熱阻。若間隙間的空氣被裝修材料封閉，可按多層復(fù)合壁計(jì)算&值；當(dāng)內(nèi)層結(jié)構(gòu)為彩鋼夾芯板，則計(jì)算尺值時只考慮由夾芯材料、空氣層、外墻組成的復(fù)合壁，可忽略夾芯兩面的彩鋼板的熱阻影響。如果空氣間隙未被裝修材料封閉，把靠外墻的潔凈室按內(nèi)區(qū)處這里的空氣間隙就變成非空調(diào)空間。這時，只需計(jì)算非空調(diào)空間對該潔凈室的傳熱負(fù)荷（在后面介紹其算法）。由于潔凈室特殊的雙層外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，外墻傳熱系數(shù)K值按多層復(fù)合壁計(jì)算（數(shù)值很?。?，算出的非輕型外墻傳熱形成的冷負(fù)荷與采用冷負(fù)荷系數(shù)法箅出的冷負(fù)荷相差不大。這就是前面所提到的當(dāng)內(nèi)層材料的保溫性能好時（如彩鋼夾芯板）不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)引起的冷負(fù)荷可按穩(wěn)定傳熱計(jì)算的依據(jù)之一。

潔凈室吊頂以上都留有足夠的夾層空間來安裝管道、設(shè)備，即使是位于頂層的潔凈室，由于這個夾層的存在，屋頂?shù)乃沧儌鳠嵋鸬睦湄?fù)荷可不必計(jì)算，而只需計(jì)算相當(dāng)于非空調(diào)房間的夾層對凈室傳熱而產(chǎn)生的冷負(fù)荷。潔凈室的裝修，由T需要吸收土建施工的誤差，其墻板緊貼上建外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的很少，一般都留有較大的間隙。根據(jù)前面的分析，當(dāng)把這個間隙按非空調(diào)房間對待時，對于非輕甩外墻和屋頂瞬變傳熱形成的冷負(fù)荷可以不做計(jì)算，把該潔凈室按內(nèi)區(qū)對待（緊貼土建外墻的潔凈室除外）。二.內(nèi)墻、樓板傳熱引起的冷負(fù)荷三.外玻璃窗瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷許多潔凈室是不允許設(shè)計(jì)外玻璃窗的，對于潔凈度級別要求低的潔凈室，雖然允許設(shè)計(jì)外玻璃窗，但必須保證是密閉固定窗。根據(jù)潔凈室的建筑結(jié)構(gòu)特征，大多采用兩層固定密閉玻璃窗。當(dāng)潔凈室按內(nèi)區(qū)對待時，其玻璃窗傳熱按內(nèi)窗考慮；當(dāng)潔凈室的墻板緊貼土建外墻或上建外墻經(jīng)表面涂層處理作為潔凈室墻面時（潔凈度低的潔凈室也有此結(jié)構(gòu)），在室內(nèi)外溫差作用下，通過外玻璃窗的瞬變傳熱引起的冷負(fù)荷可按下式計(jì)算四.玻璃窗日射得熱引起的冷負(fù)荷不考慮外遮陽時，透過玻璃窗進(jìn)人室內(nèi)的日射得熱形成的逐時冷負(fù)荷可按下式計(jì)算五.地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄?fù)荷參照《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50019—2003)的規(guī)定，若潔凈室內(nèi)的空凋?qū)偈孢m性的，夏季可不計(jì)算通過地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄?fù)荷；當(dāng)潔凈室位于低層，下面無地下室且有外墻時，對工藝性空調(diào)，宜計(jì)算距外墻2m范圍內(nèi)的地面?zhèn)鳠嵝纬傻睦湄?fù)荷。六.室內(nèi)熱源散熱形成的冷負(fù)荷潔凈室內(nèi)的熱源散熱主要指室內(nèi)工藝設(shè)備散熱、照明散熱、人體散熱等。設(shè)備種類較多，有些設(shè)備只能滿足生產(chǎn)工藝的功能，對保溫、隔熱等方面存在先天缺陷，在運(yùn)行過程中，散發(fā)大量的熱蜇、濕景及粉塵。在設(shè)計(jì)時應(yīng)充分調(diào)研、仔細(xì)研究，不能單純按相關(guān)計(jì)算公式進(jìn)行冷負(fù)荷計(jì)算。否則，設(shè)備形成的冷負(fù)荷太大，即使是潔凈室的大風(fēng)童也難以消除余熱余濕，這就相當(dāng)于室內(nèi)生火爐再用空調(diào)降溫一樣，能耗太大。因此，要求設(shè)計(jì)人員仔細(xì)了解工藝過程，通過隔熱、排熱等措施，在方案階段就考慮節(jié)能措施，不能等大M:的熱散發(fā)至室內(nèi)后再進(jìn)行空調(diào)降溫。如大輸液配液罐的散熱、纖維車間濕噴濕拉伸工藝的水槽散熱、纖維碳化加熱爐散熱等。

在采用冷負(fù)荷系數(shù)法計(jì)算室內(nèi)電動設(shè)備形成的冷負(fù)荷時，電動設(shè)備的額定功率只反映裝機(jī)容量，實(shí)際的最大運(yùn)行功率往往小于裝機(jī)容量，而實(shí)際的運(yùn)行功率也要比最大功率小。所以，在計(jì)算冷負(fù)荷時一定要考慮這些因素。

室內(nèi)熱源散熱包括顯熱、潛熱兩部分。潛熱散熱直接成為室內(nèi)的瞬時冷負(fù)荷，顯熱散熱中只有以對流形式散出的熱量成為室內(nèi)瞬時冷負(fù)荷，而以輻射形式散出的熱量先被周圍壁面及物體的表面吸收，然后逐漸以對流方式散出，形成滯后的冷負(fù)荷。所以，在計(jì)算中，應(yīng)分析各種設(shè)備的散熱特點(diǎn)，采用相應(yīng)的冷負(fù)荷系數(shù)。潔凈室風(fēng)量計(jì)算一、正壓潔凈室送風(fēng)量QⅠ計(jì)算1．亂流潔凈室送風(fēng)量計(jì)算Q1-1亂流潔凈室——1000級、10000級、100000級、300000級的潔凈室，送風(fēng)量是以換氣次數(shù)為準(zhǔn)來計(jì)算的：QⅠ-1=KV

式中：K——換氣次數(shù)；V——潔凈室凈體積；N——非單向流潔凈室穩(wěn)定含塵濃度；G——潔凈室內(nèi)單位體積發(fā)塵量；M——室外空氣含塵濃度；S——回風(fēng)量與送風(fēng)量之比；ηH——回風(fēng)通路上空氣過濾器的總效率；ηX——新風(fēng)通路上空氣過濾器的總效率。實(shí)際工程計(jì)算中換氣次數(shù)K很難用以上公式計(jì)算，一般均采用經(jīng)驗(yàn)換氣次數(shù)。在各國的潔凈室標(biāo)準(zhǔn)中，相同級別的非單向流潔凈室的經(jīng)驗(yàn)換氣次數(shù)并不相同。我國《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50073-2001)中明確規(guī)定了不同級別的非單向流潔凈室潔凈送風(fēng)量計(jì)算所需的經(jīng)驗(yàn)換氣次數(shù)，見下表：空氣潔凈度等級GB50073-2001ISO/DIS14644—4醫(yī)藥潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范6級(1000級)50～6025～56

7級(10000級)15～2511～25≥258級(100000級)10～153.5～7≥159級(1000000級)10～153.5～7≥12

注：①換氣次數(shù)適用于層高小于4.0m的潔凈室。②室內(nèi)人數(shù)少、熱源小時，宜采用下限值。③大于100000級的潔凈室換氣次數(shù)不小于12次。二、系統(tǒng)送風(fēng)量QⅡ計(jì)算系統(tǒng)送風(fēng)量應(yīng)在潔凈室送風(fēng)量基礎(chǔ)上再加上系統(tǒng)漏風(fēng)量。對于嚴(yán)格按《潔凈室施工及驗(yàn)收規(guī)范》制作安裝的風(fēng)道系統(tǒng)和空調(diào)設(shè)備，建議其漏風(fēng)率取下表數(shù)值：

式中：ΣQⅠ為各潔凈室送風(fēng)量之和。三、系統(tǒng)新風(fēng)量QⅢ計(jì)算1．滿足衛(wèi)生要求潔凈室所需的新風(fēng)量Q1(1)對于室內(nèi)無明顯有害氣體發(fā)生的一般情況，按《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》每人每小時新風(fēng)量不得小于40m3計(jì)算：Q1-1=人數(shù)×40m3/h。(2)對于室內(nèi)有多種有害氣體發(fā)生的情況：Q1-2=Qa＋Qb＋…＋QnQa=La/TaQb=Lb/Tb…Qn=Ln/Tn式中：Qa…Qn——稀釋各種有害氣體必需的通風(fēng)量；La…Ln——各有害氣體的發(fā)生量；Ta…Tn——各有害氣體允許最高濃度有害氣體允許最高濃度(mg/m3)式中：F1——縫隙面積；E1——流量系數(shù)通常取0.3～0.5v1——漏出風(fēng)速ΔP——室內(nèi)外壓差ρ——空氣重力密度常取1.2kg/m3。以上縫隙法公式計(jì)算繁瑣，還可以采用另一種換氣次數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，換氣次數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值估算，即當(dāng)潔凈室的壓差值為5Pa時，壓差風(fēng)量相應(yīng)的換氣次數(shù)為1～2h－1，當(dāng)潔凈室的壓差值為10Pa時，壓差風(fēng)量相應(yīng)的換氣次數(shù)為2～4h－1。因?yàn)闈崈羰覊翰铒L(fēng)量的大小是根據(jù)潔凈室維護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性及維持的壓差有關(guān)，所以在選取換氣次數(shù)時，對于氣密性差的房間可以取上限，對于氣密性好的房間可以取下限。2.綜上所述保持室內(nèi)正壓新風(fēng)量：Q2=Q2-1＋Q2-2＋Q2-3對正壓室要求特別嚴(yán)時，還應(yīng)在Q2加上開關(guān)門和傳遞窗的漏風(fēng)量。3．滿足一定比例的新風(fēng)量Q3當(dāng)不能確切知道人員數(shù)或漏泄情況時，或者在初步方案時作為估計(jì)用，可采用新風(fēng)應(yīng)占總風(fēng)量一定比例的方法來確定新風(fēng)量。按《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，對于亂流潔凈室，新風(fēng)量不應(yīng)小于總風(fēng)量的10%～30%，對于單向流潔凈室，新風(fēng)量應(yīng)不于總送風(fēng)量的2%～4%。原則是：潔凈度越低新風(fēng)比越大。當(dāng)然，對于全部用循環(huán)風(fēng)的場合，或者工藝需要或允許時，新風(fēng)比可不按以上比例取。4．補(bǔ)充送風(fēng)系統(tǒng)漏泄所需的新風(fēng)量Q4Q4=系統(tǒng)送風(fēng)量×εΣ=QⅡ×εΣ5．系統(tǒng)新風(fēng)量QⅢ比較ΣQ1、ΣQ2和ΣQ3，取其最大值，“Σ”為各室該風(fēng)量之和。然后加上系統(tǒng)漏風(fēng)量Q4，即為系統(tǒng)的最后所需新風(fēng)量。QⅢ=(ΣQ1、ΣQ2、ΣQ3)max＋Q4四、系統(tǒng)的回風(fēng)(循環(huán)風(fēng))量QⅣ的計(jì)算系統(tǒng)的循環(huán)風(fēng)量應(yīng)為系統(tǒng)總送風(fēng)量減去新風(fēng)量。即：QⅣ=QⅡ－QⅢ潔凈室潔凈度校核計(jì)算潔凈室潔凈度的計(jì)算按均勻分布理論計(jì)算，不均勻分布理論計(jì)算兩種方式。1，均勻分布理論計(jì)算設(shè)潔凈室系統(tǒng)的基本圖示，如圖所示：系統(tǒng)假設(shè)：A.認(rèn)為室內(nèi)含塵濃度是均勻分布的B.設(shè)通風(fēng)穩(wěn)定C.發(fā)塵量是常數(shù)D.大氣層濃度也是常數(shù)E.忽略室內(nèi)外灰塵的密度和分散度的變化對過濾器效率的影響F.忽略灰塵在管路系統(tǒng)和室內(nèi)的沉降作用等則通路上過濾器的總效率為：根據(jù)上述圖示和一系列假設(shè)，進(jìn)入潔凈室內(nèi)的塵粒應(yīng)由3部分組成：A.新風(fēng)帶進(jìn)室內(nèi)的塵粒：在△t時間內(nèi)每升空氣由新風(fēng)而增加的塵粒數(shù)量為：B.由回風(fēng)帶進(jìn)室內(nèi)的塵粒：在△t時間內(nèi)，由回風(fēng)而增加的塵粒數(shù)為：C.在△t時間內(nèi)：室內(nèi)發(fā)塵而使室內(nèi)每升空氣增加的塵粒數(shù)量為G*10-3△t(Pc/L);在△t時間內(nèi)室內(nèi)每升空氣由通風(fēng)換氣排出的塵粒數(shù)量為：由以上分析可知，在△t時間內(nèi)潔凈室內(nèi)含塵濃度的變化為：△Nt=進(jìn)入的含塵濃度-排出的含塵濃度為：根據(jù)初始條件，當(dāng)t=0時，室內(nèi)的含塵濃度即為潔凈室原始含塵濃度N0，將此條件帶入上式即可求出積分常數(shù)C，之后再帶回原式即可求得潔凈室含塵濃度瞬間式為：應(yīng)用此式時，需要注意系統(tǒng)中哪些過濾器組合效率是ηn,哪些是ηr,就可以較方便的列出某一系統(tǒng)的穩(wěn)定式。單向流潔凈室含塵濃度計(jì)算問題：單向流潔凈室內(nèi)人的發(fā)塵可以不考慮；回風(fēng)帶入的塵粒也可忽略。多室、有局部凈化設(shè)備時的含塵濃度計(jì)算A.多室含塵濃度計(jì)算。如圖，設(shè)第一潔凈室的含塵濃度N1=3pc/L，第二潔凈室N2=3000pc/L。一般多室系統(tǒng)總回風(fēng)的含塵濃度不會超過該系統(tǒng)最臟的1個潔凈室的含塵濃度，就本圖而言，則不會超過N2=3000pc/L。若假定3000pc/L就是總回風(fēng)含塵濃度，即比N1提高1000倍。所以對于多室系統(tǒng)的1室來說，極端情況相當(dāng)于在回風(fēng)含塵濃度提出1000倍條件下的單室系統(tǒng)的運(yùn)行。其含塵濃度平衡方程式為：由于回風(fēng)通路上設(shè)有高校過濾器，對于不小于0.5um塵粒的效率達(dá)ηr=99.999%，即：式中，N：單室系統(tǒng)時的含塵濃度。上述分析推導(dǎo)說明，對于末級過濾器的空氣凈化系統(tǒng)，不管多室還是單室，均可按單室的穩(wěn)定式求多室各室的穩(wěn)定含塵濃度。B.有局部凈化設(shè)備時的含塵濃度計(jì)算。列出穩(wěn)定狀態(tài)時的濃度平衡方程式：2，不均勻分布理論計(jì)算法設(shè)發(fā)塵量是均勻的、穩(wěn)定的，只是塵粒分布不均勻，即室內(nèi)區(qū)域的濃度差。下面將針對單個送風(fēng)口的房間的3區(qū)不均勻分布模型給予理論分析，如右圖所示。下表列出了室內(nèi)塵粒分布的不均勻性和區(qū)域間濃度比變化。工作區(qū)濃度和回風(fēng)濃度的比率：潔凈室含塵濃度N-n通