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百级洁净室与千级洁净室共用一个系统的设计方法

更新时间:2020-12-07      点击次数:5239

一、单向流、非单向流洁净室合用一个系统的弊端
下图所示为百级、千级合用一个系统的示意图:

由图可以看出,百级洁净室与千级洁净室合用一个系统即共用一个组合式空调机组,采用同一个送风参数送风。通常,百级洁净室的送风量比千级洁净室的送风量大很多,根据相关公式计算可知:在百级与千级洁净室冷负荷相差不太大的情况下(大多数情况下冷、热负荷相差都不大),因系统采用同一送风参数,送风焓差不变(即送风温差不变),送风量越大,在夏季送风带走的热量就越多。所以送风量大的百级洁净室在夏季会出现过冷现象;以此类推,送风量大的百级洁净室在冬季会出现过热现象。为了避免上述过冷、过热的现象出现,采用下图所示系统。即百级洁净室的热湿负荷由集中空调机组承担,洁净度由循环机组与集中空调机组共同承担,如果百级洁净室的热湿负荷较小,也可由新风机组承担其负荷,系统更为简单。

二、设计实例

由图可知,该实验室有一小部分区域要求百级洁净度,而其余部分要求千级洁净度。综合考虑该实验室所在楼层的机房面积级实验室的要求,如果把百级和千级、万级分设成两个系统,百级洁净室的送回风管道尺寸较大,布置在走廊吊顶夹层很困难,穿越剪力墙又不合适,管理起来也不太方便。如果把这两个不同级别的洁净室合用一个系统,则便于管理但百级洁净室存在过冷过共问题。在此情况下,就需要采用技术措施来解决这一问题。下面就夏季工况给出一举两得的设计方法。根据送风量计算公式可得:
百级洁净室:面积5.7x4.4m2=25.08m2
送风量25.08x0.35x3600m3/h=31600m3/h
千级洁净室:面积8.8x5.3m2=46.6m2
送风量46.6x2.6x60m3/h=7270m3/h
万级洁净室:面积2.3x1.8m2=4.1m2
送风量4.1x2.6x25m3/h=267m3/h
非单向流总送风量(7270+267)m3/h=7537m3/h
由负荷计算得:
百级洁净室冷负荷3800W
干级、万级洁净室冷负荷7600W
洁净实验室总冷负荷为(3800+7600)W=11400W
百级洁净室冷负荷占总冷负荷的比例(3800÷11400)x100%=33.3%
千级、万级洁净室冷负荷占总冷负荷的比例(7600÷11400)x100%=66.7%
洁净实验室用一台组合式净化空调机组送风(即合用一套净化空调系统),送风参数相同,只有把百级和千级(包含万级,以下同)的送风量按上述负荷比例分配方可满足其温度要求。
千级、万级洁净室送风量7537m3/h
故应选7537m3/h÷66.7%=11300m3/h的组合式净化空调机组即可满足百级与千级洁净室消除余热余湿的要求。考虑系统漏风系数及风量余量,选用额定风量为12000m3/h、额定冷量15kW的组合式净化空调机组。这样,送给百级洁净室的风量应为12000m3/hx33.3%=3996m3/h方可满足消除余热余湿的要求。
但由满足洁净度要求计算出的送风量为31600m3/h,对于百级洁净室,送入3996m3/h风量不能满足洁净度的要求,怎么办呢?处理方法就是采用循环机组来使百级洁净室的送风量达到31600m3h。
循环机组风量31600m3/h-3996m3/h=27604m3/h,如此大风量的循环机组不可能吊挂于吊顶夹层内,也不可能安装于机房(否则,无风管安装空间)。通常的做法是把大循环机组分成几台小循环机组吊挂于吊顶夹层内,如果条件允许,小循环机组也可用FFU代替。
FFU作为送风循环机组示意图:

中效机组作为送风循环机组示意图:

三、FFU作为送风循环机组的特点
FFU即风机过滤器单元,其顶部进风口有装粗效过滤器的,也有不装粗效过滤器的。有装设送风管接口的,也有不装设的。不装粗效过滤器的FFU外形尺寸的厚度比装粗效过滤器的厚度小、阻力小。所以,其风机压头低、噪声低、功耗小。上图为不接送风支管的自循环式FFU,通过夹道回风。若FFU进风口无粗效过滤器,应在洁净室的回风口处装粗效过滤布进行保护,尽管加一层粗效无纺布保护,在循环回路上也只有两级过滤即粗效、高效,若新风机组未设高中效或亚高效级的过滤器,FFU的寿命将缩短。
百级洁净室送风量由循环机组FFU保证,即系统组合式空调机组送风量的一部分(3996m3/h)送到吊顶夹层内,与回风混合后经FFU送入洁净室,消除洁净室的余热余湿。吊顶夹层内被FFU的风机抽吸成负压,这就降低了安装工程的技术难度,即使FFU与支撑框架间的微小缝隙密封不严,在运行工况下,吊顶夹层内的污染物也不会渗入洁净室内。但净化系统停止运行时,这种污染不可避免。这就增加了系统启动前的自净时间。这种系统形式,对吊顶夹层内的壁面装饰也应严格要求,应采用满足洁净室装修要求的材料进行装饰。特别是对未装设粗效过滤器的FFU机组,更应严格。否则,吊顶夹层的污染会加速FFU内高效过滤器的污染、堵塞速度。对该夹层内的电缆桥架、通信管线、工艺管线均应严格要求,做到不产尘、不宜积尘,不散发有害气体。
该方案可通过中央控制系统逐台控制FFU,如果在某些时段洁净室不需要100级时可停止部分或全部FFU,这种运行方式节能潜力很大。FFU单台噪声不太大,但当联片安装时叠加噪声较大。尽管可把吊顶夹层和回风夹道做成消声箱来减弱噪声,但FFU的风机噪声距洁净室只隔一层高效过滤器,进入洁净室的噪声很难处理,加之FFU直接安装在吊顶框架上,其振动会影响该实验室的实验,故本设计不采用此方案。
FFU的另一种应用是在进风口处装有风管接口,在这种系统形式中,FFU中的风机起接力风机的作用,其全压比不带风管接口的要小,只要能克服高效过滤器阻力即可。这样,也可使空气处理机组的余压减小,降低系统噪声,对吊顶夹层内的装饰要求可降低。但这种系统大的缺点就是风管尺寸大,占用较大的建筑空间。FFU灵活布置的优越性也不能体现,这种系统实际上是把FFU当作一般送风口来使用。优点是能保证每个FFU出风均匀,也能使空气处理机组的余压降低,从而使机组噪声降低。但FFU产生的噪声抵消了上述噪声的降低,且FFU产生的噪声位于送风末端,增加了降噪消声的困难。总之,在这种系统中,风机起的作用是弊大于利,故在该系统中也不采用。也可在回风夹道中设置冷却干盘管来消除洁净室的余热,把新风送入吊顶夹层与经干盘管处理过的回风混合后通过FFU送入洁净室,这种方案的风管系统更为简单。由于FFU的噪声、振动不好处理,在本设计中也不采用。
四、中效机组作为送风循环机组的特点
中效机组即装有中效过滤器的送风机组,吊挂在吊顶夹层,机组出风口与送风天花的静压箱相连,而进风口与回风夹道顶部相连形成自循环系统。为什么循环机组采用中效过滤器,是因为若采用粗效过滤器,虽然可降低风机压头减少噪声的产生,但用粗效过滤器来保护末端的高效过滤器不太科学,这样做会降低高效过滤器的寿命。若采用亚高效或更高级别的过滤器,对末端高效过滤器的保护非常有效,但必然需要增加风机的压头,这样做产生的噪声很难处理。所以,在实际设计选型时,经常采用中效循环机组。中效循环机组的作用与上述FFU的作用相近,但消声、减振效果要优于上述的FFU。所以,在该洁净室工程中采用中效循环机组。该方案的优点是:中效过滤器加回风口粗效过滤层共同保护送风末端的高效过滤器,使高效过滤器的寿命得以延长;中效循环机组可配置低噪声风机,而风机又由机组箱体包围,噪声得到有效隔离;噪声通过机组送风管衰减后进入送风天花的静压箱,可由静压箱内的消声装置进一步减弱,所以消声效果较好。其缺点是要求较大的吊顶夹层空间。本方案采用8台中效循环机组,每台风量为27604m3/h÷8=3451m3/h,取3500m3/h.之所以选8台机组(单台风量3500m3/h/)是综合考虑了送入静压箱风量的均衡性及吊挂机组的体积与重量,机组太大、太重不适于吊挂且占用吊顶夹层空间较大。这方面需平时积累施工经验,了解不同风机及机组的性能、体积与重量。下图为该洁净室送风管平面图。

五、百级送风天花的设计
百级送风天花即满布高效过滤器的送风顶棚,有多种形式,本设计采用液槽密封形式的送风天花。目前,液槽密封结构有两种形式。其一,高效过滤器上装,即带液槽的高效过滤器从上部装入与之配套的框架刀口上,依靠高效过滤器边框液槽内的密封胶与框架刀口来实施对气流的密封。这种结构需要的静压箱高度较大,否则,高效过滤器调转不开。虽然高效过滤器在刀口框架上方,但并非在吊顶夹层内安装,而是在洁净室内把高效过滤器穿过框架口伸入静压箱后再转向放于框架的刀口上。所以,如果夹层空间小,高效过滤器转不开。其二,高效过滤器下装,即高效过滤器带液槽的边在下方,带刀口的框架位于液槽的上方,与前一种情况正好相反,框架的刀口向下,把高效过滤器伸入静压箱内,液槽边在刀口正下方,用压件托住高效过滤器,使其边框液槽与刀口接触来密封空气,高效过滤器的重量由4个压件承担。
带刀口的框架常用的材质有铝合金型材、不锈钢型材。铝型材运输、安装比较方便,可工厂化制作现场组装。但在连接缝处需靠密封胶密封,组装后铆钉外露,不太美观。不锈钢型材采用氩弧焊焊接,比铝型材的插件铆接密封性好。但如果在施工现场焊接,质量不好保证。如果送风天花面积小,可工厂化制作,现场安装,这样质量可得到保证。如果送风天花面积大,工厂化制作后的成品运输又有困难。在本设计中综合上述优缺点,采用不锈钢型材工厂化制作。由于送风天花的面积较大,考虑到运输的因素,把送风天花分割成三部分(即用25mm厚的彩钢夹芯板将静压箱分割成三等分)。每部分安装一整片刀口框架,把每一片框架分割成15个高效过滤器单元。这样做比采用一个大的静压箱均压效果好,但整个送风面的盲区有所增大,不过,经验算满布比能满足垂直单向流的要求。尽管如此,在本设计中采用了高效过滤器下部装设阻尼孔板来消除送风面盲区的影响,以保证百级单向流气流组织。

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