洁净室的设计估算

洁净室的设计估算包括空调负荷估算，风量估算，洁净度校核估算等内容。

空调负荷估算

洁净室的空调负荷包括复季冷负荷与夏季热负荷。有人觉得估算方式与通常空调负荷的估算方式相同。虽然，洁净室的负荷估算与通常空调的负荷估算有许多区别。对于许多材料中推荐的负荷计算指标，不晓得这种计算指标的详尽来源，在工程实践中发觉这种计算指标比实际负荷大好多。对于一些没有经验的设计人员，恐怕会遭到计算指标的影响而不相信自己的估算数据，从而加强安全裕量，或则干脆套用计算指标，这是极其有害的。在前几年GMP认证后，许多药业企业感慨净化空调系统煤耗太大而用不起。莫非是净化空调系统的错误吗？有学者发觉，无论是冷负荷还是送风量都是层层发力，造成机组、水泵、风机等容量偏大好多。净化空调比通常空调的煤耗大是肯定的，但应大的有根据。当前，对净化空调的节能设计迫在眉睫。

在督查中发觉，有不少空调用户在最热月，实际用冷量是设计冷量的1/2~3/5。若把这样的设计作为计算冷负荷指标的统计源，其数据必然大好多。所以，设计人员应相信自己的计箅，回访自己的用户，获得真实的冷负荷指标。对于各类书籍中互相复制的冷负荷计算指标成科学对待，只有在工程设计早期计算造价时，有一点参考价值。在施工图阶段，应采用估算出的冷负荷选择设备。

空调负荷估算方式好多，目前有许多负荷估算的软件，使负荷估算显得十分容易。在应用软件或手工估算负荷时，应了解净化空调与通常空调负荷估算的不同点。估算软件大多是针对-般空调而编制的，在估算洁净室负荷时应把围护结构的参数做一调整。

洁净室的围护结构与通常空调的不同，它是在房屋中套房屋，内层房屋就是土建结构，可以是框架结构加空心砖砌块，也可以是圈梁结构，屋面、屋面的相关参数可在相关指南中查得。套入外层的房屋是用符合洁净室家装要求的家装材料建造的，这些家装材料有快立墙板、轻钢加人造板、轻钢加经涂装的电解厚板、还有彩钢夹心复合板等。而彩钢夹心复合板的夹芯，可采用无卤自熄热固性乙烯板（现行规范禁用）、岩棉板、聚氨酯板、纸蜂窝板、铝蜂窝板等材质。可见，这些两层围护结建立导致的洁净室彩钢房如何隔热降温，其建筑负荷很小。当外层材料的保温性能好时（如彩钢夹芯板），不透明围护结构造成的冷负荷可按稳态传质估算（非常适宜于手算），在一些特殊情况下甚至可以忽视不计（有一定经验后方可如此做）。

不管是正压洁净室，还是负压洁净室，都不考虑寒风渗透造成的负荷。冷负荷系数法的估算步骤（这些技巧十分适宜手工估算）

一.墙面、屋顶瞬变传质造成的冷负荷

墙面、屋顶属不透明围护结构，在日射和室外温度的共同作用下，由墙面、屋顶瞬变传质造成的逐时冷负荷均可按下式估算。

CL=FK(T2-T1)

式中CL—瞬变传质造成的逐时冷负荷（W);

F—外墙、屋面面积（m2);

T1—室内设计气温

T2—外墙、屋面的冷负荷估算体温的逐时值（T);估算时刻的选定和通常空调相同，一般可在8时至18时中，每隔lh取一个计箅时刻。有经验者可依照具体情况，降低估算的时刻点，如可从12时算至17时；

K—外墙、屋面的传质系数[W/(m2•^)]；假如洁净室在内区（无墙面），墙体造成的冷负荷为零；假如洁净室紧靠墙面，如图5-1所示，换热系数的估算应考虑内、外围护结构之间空气间隙的热容。若间隙间的空气被家装材料封闭，可按多层复合壁估算&值；当外层结构为彩钢夹芯板，则估算尺值时只考虑由夹芯材料、空气层、外墙组成的复合壁，可忽视夹芯两面的彩钢板的热容影响。假如空气间隙未被家装材料封闭，把靠墙面的洁净室按内区处这儿的空气间隙就弄成非空调空间。这时，只需估算非空调空间对该洁净室的传质负荷（在后面介绍其算法）。

因为洁净室特殊的单层外围护结构，墙面传质系数K值按多层复合壁估算（数值很小），算出的非重型墙面传质产生的冷负荷与采用冷负荷系数法箅出的冷负荷相差不大。这就是上面所提及的当外层材料的保温性能好时（如彩钢夹芯板）不透明围护结构造成的冷负荷可按稳定传质估算的根据之一。

洁净室橱柜以上都留有足够的夹层空间来安装管线、设备，虽然是坐落顶楼的洁净室，因为这个夹层的存在，楼顶的瞬变传质造成的冷负荷可毋须估算，而只需估算相当于非空调卧室的夹层对净室传质而形成的冷负荷。洁净室的家装，由T须要吸收土建施工的偏差，其墙板贴近上建外围护结构的极少，通常都留有较大的间隙。依照上面的剖析，当把这个间隙按非空调屋子对待时，对于非轻甩墙面和房顶瞬变传质产生的冷负荷可以不做估算，把该洁净室按内区对待（贴近土建墙面的洁净室除外）。

二.内墙、楼板传质造成的冷负荷

三.外玻璃窗瞬变传质造成的冷负荷

许多洁净室是不容许设计外玻璃窗的，对于洁净度级别要求低的洁净室，即使容许设计外玻璃窗，但必须保证是密闭固定窗。按照洁净室的建筑结构特点，大多采用两层固定密闭玻璃窗。当洁净室按内区对待时，其玻璃窗传质按内窗考虑；当洁净室的墙板贴近土建墙体或上建外墙经表面涂层处理作为洁净室墙壁时（洁净度低的洁净室也有此结构），在室外外温差作用下，通过外玻璃窗的瞬变传质造成的冷负荷可按下式估算

四.玻璃窗日射得热造成的冷负荷

不考虑外遮阳时，透过玻璃窗进人室外的日射得热产生的逐时冷负荷可按下式估算

五.地面传质造成的冷负荷

参照《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019—2003)的规定，若洁净室外的空凋属舒适性的，夏天可不估算通过地面传质造成的冷负荷；当洁净室坐落低层，下边无地下室且有墙面时，对工艺性空调，宜估算距墙面2m范围内的地面传质产生的冷负荷。

六.室外热源散热产生的冷负荷

洁净室外的热源散热主要指室外工艺设备散热、照明散热、人体散热等。设备种类较多，有些设备只能满足生产工艺的功能，对保温、隔热等方面存在先天缺陷，在运行过程中，充溢大量的热蜇、湿景及烟尘。在设计时应充分督查、仔细研究，不能单纯按相关估算公式进行冷负荷估算。否则，设备产生的冷负荷太大，虽然是洁净室的狂风童也无法清除余热余湿，这就相当于室外生火炉再用空调降温一样，煤耗太大。因而，要求设计人员仔细了解工艺过程，通过隔热、排热等举措，在方案阶段就考虑节能举措，不能等大M:的热充溢至室外后再进行空调降温。如大打针配液罐的散热、纤维车间湿喷湿拉伸工艺的水槽散热、纤维炭化加热炉散热等。

在采用冷负荷系数法估算室外电动设备产生的冷负荷时，电动设备的额定功率只反映装机容量，实际的最大运行功率常常大于装机容量，而实际的运行功率也要比最大功率小。所以，在估算冷负荷时一定要考虑这种诱因。

室外热源散热包括显热、潜热两部份。热容散热直接成为室外的瞬时冷负荷，显热散热中只有以对流方式散出的热量成为室外瞬时冷负荷，而以幅射方式散出的热量先被周围壁面及物体的表面吸收，之后渐渐以对流形式散出，产生滞后的冷负荷。所以，在估算中，应剖析各类设备的散热特点，采用相应的冷负荷系数。

洁净室风量估算

一、正压洁净室送风量QⅠ计算

1．乱流洁净室送风量估算Q1-1

乱流洁净室——1000级、10000级、100000级、300000级的洁净室，送风量是以为准来估算的：

QⅠ-1=KV

式中：K——换气次数；

V——洁净室净容积；

N——非双向流洁净室稳定含尘含量；

G——洁净室外单位容积发尘量；

M——室外空气含尘含量；

S——回风量与送风量之比；

ηH——回风通路上空气过滤器的总效率；

ηX——新风通路上空气过滤器的总效率。

实际工程估算中换气次数K很难用以上公式估算，通常均采用经验换气次数。在各国的洁净室标准中，相同级别的非双向流洁净室的经验换气次数并不相同。我国《洁净厂房设计规范》(GB50073-2001)中明晰规定了不同级别的非双向流洁净室洁净送风量估算所需的经验换气次数，见下表：

空气洁净度等级GB50073-2001ISO/DIS14644—4医药洁净厂房设计规范

6级(1000级)50～6025～56

7级(10000级)15～2511～25≥25

8级(100000级)10～153.5～7≥15

9级(1000000级)10～153.5～7≥12

注：①换气次数适用于进深大于4.0m的洁净室。

②室内人数少、热源小时，宜采用下限值。

③大于100000级的洁净室换气次数不大于12次。

二、系统送风量QⅡ计算

系统送风量应在洁净室送风量基础上再加上系统透风量。对于严格按《洁净室施工及初验规范》制作安装的风道系统和空调设备，建议其透风率取下表数值：

式中：ΣQⅠ为各洁净室送风量之和。

三、系统新风量QⅢ计算

1．满足卫生要求洁净室所需的新风量Q1

(1)对于室外无显著有害二氧化碳发生的通常情况，按《洁净厂房设计规范》每人每小时新风量不得大于40m3估算：Q1-1=人数×40m3/h。

(2)对于室外有多种有害二氧化碳发生的情况：

Q1-2=Qa＋Qb＋…＋Qn

Qa=La/TaQb=Lb/Tb…Qn=Ln/Tn

式中：Qa…Qn——稀释各类有害二氧化碳必需的通风量；

La…Ln——各有害二氧化碳的发生量；

Ta…Tn——各有害二氧化碳容许最高含量

有害二氧化碳容许最高含量(mg/m3)

式中：F1——缝隙面积；

E1——流量系数一般取0.3～0.5

v1——漏出风速

ΔP——室内外压差

ρ——空气重力密度常取1.2kg/m3。

以上空隙法公式估算繁杂，还可以采用另一种换气次数法进行估算，换气次数依据经验值计算，即当洁净室的压差值为5Pa时，压差风量相应的换气次数为1～2h－1，当洁净室的压差值为10Pa时，压差风量相应的换气次数为2～4h－1。由于洁净室压差风量的大小是按照洁净室维护结构的气密性及维持的压差有关，所以在选定换气次数时，对于气密性差的卧室可以取上限，对于气密性好的卧室可以取下限。

2.综上所述保持室外正压新风量：

Q2=Q2-1＋Q2-2＋Q2-3

对正压室要求非常严时，还应在Q2加上开关门和传递窗的透风量。

3．满足一定比列的新风量Q3

当不能准确晓得人员数或漏泄情况时，或则在初步方案时作为恐怕用，可采用新风应占总风量一定比列的方式来确定新风量。按《洁净厂房设计规范》规定，对于乱流洁净室，新风量不应大于总风量的10%～30%，对于双向流洁净室，新风量应不于总送风量的2%～4%。原则是：洁净度越低新风比越大。其实，对于全部用循环风的场合，或则工艺须要或准许时，新风比可不按以上比列取。

4．补充送风系统漏泄所需的新风量Q4

Q4=系统送风量×εΣ

=QⅡ×εΣ

5．系统新风量QⅢ

比较ΣQ1、ΣQ2和ΣQ3，取其最大值，“Σ”为各室该风量之和。之后加上系统透风量Q4，即为系统的最后所需新风量。

QⅢ=(ΣQ1、ΣQ2、ΣQ3)max＋Q4

四、系统的回风(循环风)量QⅣ的估算

系统的循环风量应为系统总送风量除以新风量。即：

QⅣ=QⅡ－QⅢ

洁净室洁净度校核估算

洁净室洁净度的估算按均匀分布理论估算，不均匀分布理论估算两种形式。

1，均匀分布理论估算

设洁净室系统的基本图示，如图所示：

系统假定：

A.觉得室内含尘含量是均匀分布的

B.设通风稳定

C.发尘量是常数

D.大气层含量也是常数

E.忽视室外外尘土的密度和分散度的变化对过滤器效率的影响

F.忽视尘土在管道系统和室内的沉降作用等

则通路上过滤器的总效率为：

按照上述图示和一系列假定，步入洁净室外的尘粒应由3部份组成：

A.新风带进室外的尘粒：在△t时间内每升空气由新风而降低的尘粒数目为：

B.由回风带进室外的尘粒：在△t时间内，由回风而降低的尘粒数为：

C.在△t时间内：室外发尘而使室外每升空气降低的尘粒数目为G*10-3△t(Pc/L);在△t时间内堂内每升空气由通风换气排出的尘粒数目为：

由以上剖析可知，在△t时间内洁净室内含尘含量的变化为：△Nt=步入的含尘含量-排出的含尘含量为：

按照初始条件，当t=0时彩钢房如何隔热降温，室外的含尘含量即为洁净室原始含尘含量N0，将此条件带入上式即可求出积分常数C，然后再带回原式即可求得洁净室含尘含量顿时式为：

应用此式时，须要注意系统中什么过滤器组合效率是ηn,什么是ηr,就可以较便捷的列举某一系统的稳定式。

双向流洁净室含尘含量估算问题：

双向流洁净室外人的发尘可以不考虑；

回风带入的尘粒也可忽视。

多室、有局部净化设备时的含尘含量估算

A.多室含尘含量估算。

如图，设第一洁净室的含尘含量N1=3pc/L，第二洁净室N2=3000pc/L。

通常多室系统总回风的含尘含量不会超过该系统最脏的1个洁净室的含尘含量，就本图而言，则不会超过N2=3000pc/L。若假设3000pc/L就是总回风含尘含量，即比N1提升1000倍。所以对于多室系统的1室来说，极端情况相当于在回风含尘含量提出1000倍条件下的单室系统的运行。其含尘含量平衡方程式为：

因为回风通路上设有院校过滤器，对于不大于0.5um尘粒的效率达ηr=99.999%，即：

式中，N：单室系统时的含尘含量。

上述剖析推论说明，对于末级过滤器的空气净化系统，不管多室还是单室，均可按单室的稳定式求多室各室的稳定含尘含量。

B.有局部净化设备时的含尘含量估算。

列举稳定状态时的含量平衡方程式：

2，不均匀分布理论估算法

设发尘量是均匀的、稳定的，只是尘粒分布不均匀，即室外区域的含量差。下边将针对单个送风口的卧室的3区不均匀分布模型给与理论剖析，如下图所示。

下表列举了室外尘粒分布的不均匀性和区域间含量比变化。

工作区含量和回风含量的百分比：

洁净室含尘含量N-n通式的数学意义是：

N=Nr(60G*10-3)/n部份即为尘粒均匀分布条件下的含尘含量。剩余部份令其为不均匀系数ψ。

由上式可以看出，按不均匀分布理论估算的含尘含量等于按均匀分布理论估算的含尘含量减去不均匀系数。

若已知洁净室要求达到的含尘含量，而求换气次数nv.

b.不均匀分布系数ψ的确定

Ψ=（β，φ，vb/v）

β=主流区发尘量与总发尘量之比。

Φ值的确定，对侧送封口：

vb/v：对于双向流洁净室，过滤器满布时，vb/v=0.02；

满布比为60%时，取vb/v=0.06；

满布比为40%时，取vb/v=0.12；

对侧送风口，取vb/v=0.5-0.7。

按照换气次数可查Ψ（顶送风口）

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