课件-空气洁净技术：第五章 洁净空调系统设计

第5章洁净空调系统设计本章学习要求1、掌握洁净空调系统设计的特点；2、理解洁净空调系统设计的步骤；3、理解洁净空调系统的分类；4、了解净化空调设备的选择；5、掌握洁净空调系统的选用原则。洁净室设计方案的基本原则一、洁净室的设计原则1.必须执行有关现行的标准、规范和规定；2.应根据生产工艺的要求，因地制宜，区别对待；3.建筑所有各专业必须共同协作，相互配合；4.应考虑到洁净室改造的可能性和方便性；5.必须尽量压缩和减少非生产面积及辅助生产面积，以降低投资；6.根据工艺要求，实事求是地确定洁净度级别。洁净室设计方案的基本原则二、综合要求1.厂址选择：①尽量选在周围环境较清洁和绿化较好的地区，并尽量远离铁路、公路和机场。②若条件不允许，必须位于工业污染或人为灰尘较严重的地区时，要选在其全年主导风向的上风侧。洁净室设计方案的基本原则

③无论新建或改建的车间周围，都要进行绿化。厂区路面尽量选用坚固，起尘少的材料。与污染源的距离及方向绿化情况大气尘浓度(mg/m3)绿化减尘率（%）东南（测定时处于下风侧）360米空旷地1.553.3悬铃木（郁闭度0.9）林下0.7西南（测定时处于下风侧）360米空旷地2.437.1刺楸树丛背后1.4东（测定时处于下风侧）250米空旷地0.560悬铃木林带（高15米宽20米郁闭度＜0.9）背后0.2洁净室设计方案的基本原则二、综合要求2.工艺布置：

①洁净室内只布置必要的工艺设备。②在同一洁净室内，尽量将洁净度要求高的工序布置在洁净气流首先到达的区域，容易产生污染的工序布置在靠近回、排风口的位置。洁净室设计方案的基本原则二、综合要求3.建筑要求：

①洁净车间一般采用有密闭窗的厂房，净高一般为2.5m。洁净度高的洁净室要沿外墙设技术走廊。②洁净室的构造尽可能密闭。③建筑隔墙尽可能采用轻型结构。④建筑材料应质地坚硬、耐磨、不起尘。地面材料还要具有防腐蚀性能。洁净室设计方案的基本原则二、综合要求4.其他要求：①洁净室内使用含尘浓度高的各种气体，要装置气体过滤器；②洁净室内各种管道一般均为暗装，要考虑检修方便；③照明灯具可明装或暗装。

④根据情况设置事故照明、安装电话、紧急电铃等设施。洁净室设计方案的基本原则二、综合要求5.洁净室级别的确定：

①在满足生产要求的前提下，尽量采用低洁净度级别；②在同一洁净室内的不同区域，尽量采用不同洁净度级别。洁净室设计方案的基本原则三、系统方案的确定1.净化系统的划分：凡属下列情况之一者，一般分开设置净化系统。①单向流洁净室与非单向流洁净室；②高效空气净化系统和中效空气净化系统；③运行班次和使用情况不同的洁净室。三、系统方案的确定划分原则（续）④不同工序之间若相互影响或产生交叉污染等，应分别设置净化空调系统；⑤温度、湿度的控制要求或精度要求差别较大的系统宜分别设置；三、系统方案的确定划分原则（续）总之：宜照顾送、回风和排风管道的布置，尽量做到布置合理、使用方便，减少管道间交叉重叠；必要时，对系统中个别房间可按要求配置温度、湿度调节装置。洁净室设计方案的基本原则三、系统方案的确定2.系统设计时应考虑的问题：①经综合技术经济比较后，确定系统形式；②在保证新风量和正压条件下，净化系统尽量利用回风；③根据具体情况设置事故排风或防火措施；④尽量选用气流畅通、阻力小的管式或片式消声器。5.1洁净空调系统设计特点风量大；采用二次回风方式；空调冷负荷大、负荷因素特殊；

风机风压高；

正压控制严。

风量大1、换气次数大2、洁净度要求高

洁净室与一般办公楼的送风量比较[m3/(m2h)]建筑类型一般办公楼工业洁净室生物洁净室循环风量20110054新风量54012采用二次回风方式1、洁净风量大2、冷热控制的风量小空调冷负荷大、负荷因素特殊Q=(Gx+Gh1)(ic’-iL)风机风压高1、风量大2、三级过滤

造成能耗大。节能控制的着眼点：1、减少新风量2、控制送风量（换气次数）3、充分利用回风量4、选用高效低阻的过滤器压差控制严工业洁净室和一般生物洁净室应维持正压；生物安全洁净室应维持负压。洁净室（区）之间的静压差范围应为5~10Pa。5.2洁净空调系统的分类5.2.1集中式洁净空调系统(重点）单风机系统和双风机系统风机串联系统和风机并联系统设有值班风机5.2.2分散式洁净空调系统

半集中式洁净空调系统

局部式洁净空调系统

1.集中式单风机系统图5-41-粗效过滤器2-温湿度处理室3-风机4-中效过滤器5-高效过滤器

2.集中式串联风机系统图5-51-粗效过滤器2-温湿处理风机3-温湿度处理室

4-洁净循环总风机5-中效过滤器6-高效过滤器3.集中式双风机系统图5-61-粗效过滤器2-温湿度处理室3-送风机4-中效过滤器5-高效过滤器6-回风机

4.集中式并联风机系统图5-71-粗效过滤器2-温湿度处理室3-风机4-中效过滤器5-高效过滤器5.集中式设值班风机系统图5-81-粗效过滤器2-温湿度处理室3-正常运行风机

4-中效过滤器5-高效过滤器6-值班风机半集中式洁净空调系统图5-9a）室内设置净化工作台b）室内设置空气自净器c）室内设置层流罩

d）室内设置洁净小室e）走廊或套间设置空气自净器f）送风增设高效过滤器送风机组

局部式洁净空调系统图5-10a）柜式空调器与高效过滤器风机机组b）柜式空调器与高效过滤器送风口c）柜式净化空调器d）柜式空调器与洁净小室洁净室系统原理演示洁净室系统原理演示洁净室系统原理演示洁净空调系统设计内容洁净室送风系统（重点）洁净室排风系统新风处理系统洁净室的防排烟5.2.3集中送风方式之一图5-11空调机在侧面、轴流风机送风

5.2.3集中送风方式之二图5-13隧道式送风方式结构形式

5.2.3集中送风方式之三图5-14风机过滤单元送风方式

1-新风处理机组2-FFU3-表冷器4-活动地板5.2.3集中送风方式之四图5-15FMU送风方式示意图

5.2.3集中送风方式之五图5-16微环境洁净厂房示意图

5.2.4洁净室排风系统依据《洁净厂房设计规范》最有效方法局部排风方式考虑粉尘、有害气体、有害物质的不同性质、不同浓度等因素设置局部排风装置洁净室局部排风系统分区原则排风介质混合后能产生或加剧腐蚀性、毒性、燃烧爆炸危险性和发生交叉污染

排风介质中有毒与无毒，毒性相差非常大

易燃、易爆与一般排风

注：以上各种情況，局部排风系统均应单独设置。洁净排风系统设计相关措施防倒灌措施采用设置中效过滤器采用止回阀采用密闭阀采用自控装置其他措施防火、防爆措施排风无公害排放措施若有凝结液的排放措施排风系统常用管材排风系统的风管应采用不燃材料。

排除腐蚀性气体的风管，应采用耐腐蚀的难烧材料或难燃材料。附件、保温材料、消声材料和涂料等均采用不燃材料或难燃材料。5.2.5洁净室新风处理系统新风集中处理及再分配方法。新风进行多级过滤处理：常用三级过滤，即新风经粗效、中效、亚高效过滤处理。有些地方新风还需经过水喷淋或化学过滤器处理。

洁净室新风处理系统图5-20集中式新风处理示意图

1-粗效过滤器2-新风温湿度处理室3-新风风机

4-中效过滤器5-混合风温湿度处理室6-送风机7-高效过滤器

5.2.6洁净室的防排烟

洁净厂房设计规范建筑设计防火规范疏散走廊应设置机械防排烟设施机械防排烟系统宜与通风、净化空调系统合用但必须采取可靠的防火安全措施。5.3洁净室设计一般步骤5.3.1确定洁净室送风方式根据工艺要求确定洁净室的洁净度等级，选择气流流型。决定利用全室空气净化还是局部空气净化。从经济上考虑，非单向流经济，尽量少用全室空气净化。设计空气净化范围的原则全室空气净化适用于工艺设备高大，数量多，且室内要求相同洁净度的场所。局部空气净化适用于生产批量较小或利用原有厂房进行技术改造的场合。采用全室净化与局部净化相结合的净化处理方式。5.3.2确定室内温湿度工艺要求舒适性要求5.4洁净空调负荷计算与舒适性空调相同部分空调负荷包括夏季的空调冷负荷和冬季的空调热负荷。

不同的部分洁净室一般处于内区。排风所引起的新风负荷。

洁净区长期供冷。

负荷计算估算指标分类

冷负荷/W·m-2

热负荷/W·m-2电负荷/kW·m-1

半导体器件

60～277040～16300.6～1.3半导体材料

70～1200170～15800.13～0.69电真空

220～580280～5900.04～0.29粗密仪器

310～1330250～8800.11～0.31医疗160～400160～6000.15～0.26制药320～1280270～17800.003～0.089电算中心

230～290——医院（全部）

100～130——5.5洁净室风量计算

5.5.1新风量的确定取下列两项中的大者：①补偿室内排风量和保持室内正压值所需新鲜空气量之和；②保证供给洁净室内每人每小时的新鲜空气量不小于40m3/h。5.5.2送风量确定取下列三项中的最大值：①为保证空气洁净度等级的送风量；②根据热、湿负荷计算确定的送风量；③向洁净室内供给的新鲜空气量。非单向流洁净室送风量计算计算方法:含尘浓度计算：经验换气次数计算：洁净室的换气次数n空气洁净度等级

GB50073—2001ISO/DIS14644—4医药洁净厂房设计规范（1997）6级（1000级）

50～6025～567级（10000级）

15～2511～25≥25

8级（100000级）

10～153.5～7≥15

9级（1000000级）

10～153.5～7≥12①②③

①经验换气次数取值表，换气次数适用于层高小于4.0m的洁净室。②室内人员少、热源小时，宜采用下限值。③大于9级（100000级）的洁净室不小于12次。非单向流洁净室送风量计算其他风量确定方法消除余热的送风量消除余湿的送风量以上二者得出的计算值和由换气次数确定的风量，取三者最大值作为送风量。单向流洁净室送风量计算LD——单向流洁净室洁净送风量，m3/h

υ——断面平均风速，m/sF——垂直气流方向的洁净室断面积，m2单向流洁净室送风量计算空气洁净度等级

GB50073—2001ISO/DIS14644—41～4级0.3～0.50.3～0.55级0.2～0.50.2～0.56级0.1～0.3洁净室的平均风速与换气次数等级气流流型平均风速/m·s-1换气次数/次·h-1ISO8（100000）N/M0.005～0.045～48ISO7（10000）N/M0.005～0.0760～90ISO6（1000）N/M0.125～0.2150～240ISO5（100）U/N/M0.2～0.4240～480ISO4（10）U0.25～0.45300～540ISO3（1）U0.3～0.45360～540高于ISO3（1）U0.3～0.5360～600洁净室的断面平均风速/m·s-1

5.5.3设计其他计算步骤计算气流组织各参数。确定空气处理方案及回风方式。计算空调器处理风量、洁净室循环风量。计算总冷、热负荷，选择空气处理设备。校核洁净室内的微粒浓度和细菌浓度。5.6净化空调设备及系统的选择柜式机组选择过程示意5.6.1空调设备的选择净化空调设备分为：自带冷源和不带冷源两种。柜式空调机组（水冷或风冷）和组合式空气处理机组柜式空调机组的选择1、空调机负荷的确定：表冷器或喷雾室的冷负荷及管道、风机温升负荷之和Q乘以（1+k）。2、选择注意事项

（1）风量在几千至3万m3/h范围内最合适；（2）不需再建制冷机系统和冷冻机房；

（3）要选有一定机外余压的型号。组合式空调机组的选择选择注意事项：1.根据洁净空调房间的冷负荷选择表冷器的排数。2.根据洁净室的级别选择过滤器的类型。3.根据洁净空调房间的加热量选择加热器的排数。4.若需要加湿，根据加湿量选择加湿器的大小。5.根据系统最不利环路的阻力选择风机型号。5.6.2洁净空调系统选择1.循环系统（1）系统形式：新风集中处理系统带“短循环”的系统分散式空调系统直流式系统新风集中处理系统图5-21

新风集中处理后与回风混合处理的系统示意图

带“循环管”的系统图5-22

串联送风方式示意图

5.6.2洁净空调系统选择2.排风系统的选择总则对净化空调系统，减少排风，尽量利用回风。需排风的工艺设备宜布置在洁净室下风侧。排风系统形式无机排风湿式处理有机排风干式处理特殊排风湿式处理泵的排风湿处理热排风湿处理5.6.2洁净空调系统选择3.单风机和双风机的选择集中式净化空调系统大多采用单风机系统。在技术经济比较认为合理，可在系统中增设回风机，即成为双风机系统。4.总之：根据工艺情况选择合理的系统形式、送风型式、气流组织等。5.7洁净室净化系统设计保证生产环境或其他用途的洁净室所要求空气洁净度，所采取的综合措施：1.采用产生污染物质少的工艺及设备；2.产尘少、不易滋生微生物的室内装修材料及家具；3.减少人员及物料带入室内的污染物质；4.合理的压差控制。5.7洁净室净化系统设计空气中主要污染物质的净化方式

污染物质类别

主要净化方法

悬浮颗粒

过滤法，洗涤分离法，静电沉积法，重力沉降法，离心力和惯性力分离法等

细菌等微生物

过滤法，紫外线杀菌法，消毒剂喷雾法，加热灭菌法，臭氧杀菌法，焚烧法

有害气体

吸附法，吸收法，溶解法，焚烧法，氧化剂催化法

洁净室设计基础原始资料1、建设地区室外大气的气象资料和室外大气的含尘浓度；

2、洁净室的设计参数；

3、生产工艺资料（生产设备产热、产湿量，排风量，排放有害物的品种、性质、浓度和排放量；

4、建筑原始资料；5、所需要的冷源、热源、电源的性质。5.8电子行业FFU设计5.8.1电子行业洁净室的特点具有高效的净化空气能力气流分布要求很均匀恒温恒湿控制精度高新风量大，换气次数高洁净室空调冷负荷大但湿负荷很小

5.8电子行业FFU设计图5-23干盘管—FFU系统洁净室5.8.2FFU洁净空调系统FFU系统优点：灵活性大，布满率高FFU上部顶棚为负压空气流动系统的阻力小，出风口的风速低单位风量能耗较低

图5-24焓湿图及热湿处理过程5.8.3电子行业FFU设计5.8.3电子行业FFU设计1.确定空气处理过程中的各状态点2.根据洁净室空调冷负荷计算总风量和换气次数5.8.3电子行业FFU设计3.根据新风量选择新风机组新风量计算公式新风机组的制冷量计算式5.8.3电子行业FFU设计4.根据回风风量计算干盘管-FFU的负荷回风比确定公式干盘管的负荷计算公式5.8.3电子行业FFU设计5.室内人员发尘量计算单位为pc/（m3·Min）

5.8.3电子行业FFU设计6.FFU的送风含尘浓度5.8.3电子行业FFU设计7.换气次数的确定据空调冷负荷要求的换气次数据洁净室含尘浓度计算换气次数二者取大值为最后确定的换气次数；如果选用了nc，还要重新确定FFU的台数。

5.9生物洁净室设计

生物洁净室设计的特点

主要控制悬浮粒子生物微粒的污染内部材料要能经受各种灭菌剂侵蚀依据《药品生产质量管理规范》房间一般保持正压5.9生物洁净室设计5.9生物洁净室设计

1.过滤器的选择可采用亚高效过滤器或过滤效率较低的高效过滤器作为末端过滤器。2.防止交叉污染的措施（1）工艺布局合理，按照GMP设计建筑（2）净化空调系统设计合理5.9生物洁净室设计（2）净化空调系统设计合理①不同的污染气流不要合到一起，除非各种污染气流经过滤处理并符合要求后。②对于产生剧毒性、强致敏性、高生物活性或粉尘性微粒的洁净室，应单独设净化空调系统。5.9生物洁净室设计（2）净化空调系统设计合理③若回风经过滤或吸附等处理后，仍不能避免交叉污染则不要回风。④严格控制房间正负压，防止相邻房间气流出现反灌现象，这一点在生物洁净室的设计及使用过程中应特别重视。5.10值班风机系统设计为防止下班后室外污染物渗入洁净室，或室内危险气体逸至其他房间或室外，应设值班运行系统，维持房间正负压。在潮湿环境，值班时需供冷水去除空气水分，防止室内表面长霉；