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暖通潔凈設(shè)計|潔凈空調(diào)負(fù)荷、風(fēng)量、潔凈度的設(shè)計和計算

2023-06-01 17:30 作者:七彩課程負(fù)責(zé)-侯老師 0人讀過 | 我要投稿

潔凈室的設(shè)計計算

潔凈室的設(shè)計計算包括空調(diào)負(fù)荷計算，風(fēng)量計算，潔凈度校核計算等內(nèi)容。

空調(diào)負(fù)荷計算

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)為計算方法與一般空調(diào)負(fù)荷的計算方法相同。其實，潔凈室的負(fù)荷計算與一般空調(diào)的負(fù)荷計算有許多區(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，在工程實踐中發(fā)現(xiàn)這些估算指標(biāo)比實際負(fù)荷大很多。對于一些沒有經(jīng)驗的設(shè)計人員，也許會受到估算指標(biāo)的影響而不相信自己的計算數(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)致機組、水泵、風(fēng)機等容量偏大很多。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，實際用冷量是設(shè)計冷量的1/2 ~ 3/5。若把這樣的設(shè)計作為估算冷負(fù)荷指標(biāo)的統(tǒng)計源，其數(shù)據(jù)必然大很多。所以，設(shè)計人員應(yīng)相信自己的計箅，回訪自己的用戶，獲得真實的冷負(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)計初期估算造價時，有一點參考價值。在施工圖階段，應(yīng)采用計算出的冷負(fù)荷選擇設(shè)備。

空調(diào)負(fù)荷計算方法很多，目前有許多負(fù)荷計算的軟件，使負(fù)荷計算變得非常容易。在應(yīng)用軟件或手工計算負(fù)荷時，應(yīng)了解凈化空調(diào)與一般空調(diào)負(fù)荷計算的不同點。計算軟件大多是針對-?般空調(diào)而編制的，在計算潔凈室負(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)。可見，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)傳熱計算（特別適合于手算），在一些特殊情況下甚至可以忽略不計（有一定經(jīng)驗后方可這么做）。

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)法的計算步驟（這種方法非常適合手工計算）

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)計溫度?

T2—?外墻、屋面的冷負(fù)荷計算溫度的逐時值（T ) ;?計算時刻的選取和一般空調(diào)相同，通常可在8 時至18時中，每隔l h 取一個計箅時刻。有經(jīng)驗者可根據(jù)具體情況，減少計算的時刻點，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)合壁計算&值；當(dāng)內(nèi)層結(jié)構(gòu)為彩鋼夾芯板，則計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)荷可不必計算，而只需計算相當(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)計規(guī)范》（GB 50019—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，在運行過程中，散發(fā)大量的熱蜇、濕景及粉塵。在設(shè)計時應(yīng)充分調(diào)研、仔細(xì)研究，不能單純按相關(guān)計算公式進(jìn)行冷負(fù)荷計算。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容量，實際的最大運行功率往往小于裝機容量，而實際的運行功率也要比最大功率小。所以，在計算冷負(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，在計算中，應(yīng)分析各種設(shè)備的散熱特點，采用相應(yīng)的冷負(fù)荷系數(shù)。

潔凈室風(fēng)量計算

一、正壓潔凈室送風(fēng)量QⅠ計算

1．亂流潔凈室送風(fēng)量計算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。

實際工程計算中換氣次數(shù)K很難用以上公式計算，一般均采用經(jīng)驗換氣次數(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)驗換氣次數(shù)并不相同。我國《潔凈廠房設(shè)計規(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)量計算所需的經(jīng)驗換氣次數(shù)，見下表：

空氣潔凈度等級GB 50073-2001ISO/DIS 14644—4醫(yī)藥潔凈廠房設(shè)計規(guī)范

6級(1000級)50～6025～56?

7級(10000級)15～2511～25≥25

8級(100000級)10～153.5～7≥15

9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)計規(guī)范》每人每小時新風(fēng)量不得小于40m3計算：Q1-1=人數(shù)×40 m3/h。

(2)對于室內(nèi)有多種有害氣體發(fā)生的情況：

Q1-2= Qa＋Qb＋…＋Qn

Qa= La/Ta Qb= 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0.3～0.5

v1——漏出風(fēng)速

ΔP——室內(nèi)外壓差

ρ——空氣重力密度常取1.2kg/m3。

以上縫隙法公式計算繁瑣，還可以采用另一種換氣次數(shù)法進(jìn)行計算，換氣次數(shù)根據(jù)經(jīng)驗值估算，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。因為潔凈室壓差風(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．補充送風(fēng)系統(tǒng)漏泄所需的新風(fēng)量Q4

Q4=系統(tǒng)送風(fēng)量×εΣ

=QⅡ×εΣ

5．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算

潔凈室潔凈度的計算按均勻分布理論計算，不均勻分布理論計算兩種方式。

1，均勻分布理論計算

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(www.iwuchen.com)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)備時的含塵濃度計算

A.多室含塵濃度計算。

如圖，設(shè)第一潔凈室的含塵濃度N1=3 pc/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。www.iwuchen.com

B.有局部凈化設(shè)備時的含塵濃度計算。

列出穩(wěn)定狀態(tài)時的濃度平衡方程式：