净化空调设计.ppt

1、净化空调设计 陈泽嘉 中国医药集团重庆医药设计院 2015.6.9.,目录,1. 空气洁净技术发展简述 2. 洁净室级别及环境参数 3. 净化空调设计 4.其他,1. 空气洁净技术发展简述,空调分类： 舒适空调以温度为主要控制对象满足人的舒适 度要求； 精密空调以温度和相对湿度为主要控制对象满足工业生产要求（恒温恒湿） 洁净（净化）空调以空气微粒数为主要控制对象满足工业生产要求（洁净度）,1. 空气洁净技术发展简述,世界空气洁净技术发展简述 1950年，世界第一台高效空气粒子过滤器 在美国研制成功，取得空气洁净技术的首次飞跃，成为洁净技术发展史中第一座里程碑；实现了以0.5m粒径的尘粒数为技术

2、标准来衡量空气洁净度； 1961年，世界第一间单向流洁净室 在美国研制成功，取得了空气洁净技术的重大突破，成为洁净技术发展史中第二座里程碑；,1. 空气洁净技术发展简述, 1963年颁布了 世界第一个洁净室标准 美国联邦标准209，为后来国际标准化组织颁布的洁净室标准ISO14644-1（空气洁净度分级）奠定了基础； 1966年，美国正式完善了无菌单向流洁净手术室的设计与安装，第一次将洁净技术应用于手术室生物微粒控制环境中，其术后感染率从8.9%下降到0.9%；,1. 空气洁净技术发展简述, 1969年，世界卫生组织（WHO）制定了GMP（药品生产质量管理规范）, 这在洁净技术领域中堪称又一重

3、大事件，第一次将洁净技术应用于药品生产中，极大地抑制了药品和化妆品的感染几率；,1. 空气洁净技术发展简述, 80年代以后，洁净技术不断发展，已成为电子、仪器仪表、医学与药物、生物工程等尖端技术的一大支柱 ； 1999年，国际标准化组织（ISO）颁布了第一个关于洁净室的国际标准 ISO14644-1（空气洁净度分级），将空气洁净度分级标准统一并规范化。 （随后陆续颁布该系列标准 ISO14644-27）,1. 空气洁净技术发展简述, 20世纪90年代之后，超大规模集成电路生产迅猛发展，出现了ISO2 级洁净室。 本世纪初，超大规模集成电路，ISO1 级洁净室 （ 0.1m 0.1级） 洁净技术

4、的发展成为电子尖端技术的一大支柱,1. 空气洁净技术发展简述,我国空气洁净技术发展简述 60年代开始初创发展阶段为三线建设服务（电子、机械、航空）1965年有了第一台国产高效过滤器，1966年有了国产洁净工作台（日本1965年） 70年代80年代为大规模集成电路会战服务第一次大普及；（电子、机械、航空）,1. 空气洁净技术发展简述,80年代中期现在为医药行业生产环境现代化服务（GMP、洁净手术室）第二次大普及；（制药、生物、洁净手术室） 本世纪初，超大规模集成电路，ISO1 级洁净室 （ 0.1m 1 级） 电子行业对洁净室的需求仍然占有主导地位。,2. 洁净室级别及环境参数,什么是洁净室？

5、特殊设计的房间，要控制空气中的尘埃粒子数量， 在设计上要控制尘埃粒子对房间的侵入、生存和存留 达到最小，以及相关的温度、湿度和压力得到必要的 控制。（摘自：ISO14644-1） 专门设计建造的有限空间，在空气微粒、温湿度、空气压力、空气压力流动方式、空气运动、震动、噪声、滋生微生物以及照明方面进行了特殊的控制。（摘自：ASHRAE ）,2. 洁净室级别及环境参数,2.1 洁净室的类型 按用途划分 工业洁净室：主要控制对象微粒 生物洁净室：主要控制对象微粒、微生物 按气流流型划分 单向流洁净室 非单向流洁净室 混合流洁净室,2.1 洁净室类型,单向流洁净室,1、气流通过洁净区整个断面 2、断面

6、风速均匀稳定 3、流线单一、大致平行 4、受控气流 靠送风气流“活塞”般的挤压作用，推动室内脏空气迅速排出室外，达到净化目的。 高效过滤器满布率80%,按气流流型划分,2.1 洁净室类型,非单向流洁净室,1、气流速度不均匀 2、气流具有多方向（回流、漩涡） 3、受控气流 依靠送风气流不断混合稀释室内空气，把室内粒子逐渐排除去，直至达到平衡。 保证足够的换气次数 合理气流组织,2.1 洁净室类型,混合流洁净室,1、单向流和非单向流同时存在 2、两种气流互不干扰（独立） 3、受控气流 局部区域单向流保护 背景是非单向流状态,2.2 空气洁净度级别,2.2 空气洁净度级别,2.2 空气洁净度级别,2

7、.2 空气洁净度级别,GMP 洁净区微生物监测的动态标准,2.3 洁净室控制参数,悬浮粒子和微生物影响产品纯度、交叉污染和无菌程度;，实现洁净度级别重要参数 温度和相对湿度 影响产品工艺条件和细菌繁殖条件以及人员舒适度。 2024 4560%（A、B、C级） 1826 4565% （D级以及以下） 换气次数和截面风速 保证洁净度的重要因素,2.3 洁净室控制参数,洁净厂房设计规范GB50073,静态,2.3 洁净室控制参数,截面风速指单向流工作区域的风速 工作区域的概念： 中国距地0.8m以上1.5m以内的区域 美国距地0.6m以上，天花板0.9m 以下的区域,2.3 洁净室控制参数,单向流风

8、速（A级 100级 ISO5级 ） 国际标准 ISO14644-4 v=0.20.5m/s 洁净厂房设计规范 GB50073-2013-v=0.20.4m/s 电子工业洁净厂房设计规范 GB50472-2008-v=0.20.45m/s 中国cGMP 2010版-v=0.360.54m/s 0.2m/s仍然是单向流的保证风速,2.3 洁净室控制参数,常规洁净室： “单向气流系统应从终端过滤器或空气分配器系统以下 15-30cm 处的 规定检验位置 以（0.20.4m/s）*的 均衡速度（指导值）提供气流。” *（0.20.4m/s 在此以GB50073规定值为例）,2.3 洁净室控制参数,静压

9、差洁净室保持其内部压力（静压）的重要参数 正压差：防止外界污染洁净室（大部分洁净室） 负压差：防止洁净室污染外界（某些危险微生物污染的洁净室） 压差指相邻房间的门关闭时 门两侧的压力差值,2.3 洁净室控制参数,静压差（Pa）,*：指相同洁净度级别的不同功能区域（间） *：0 指适当的压差梯度或流向,2.3 洁净室控制参数,照度影响产品的工艺生产条件 洁净区里通常是人工 照明 ，最低照度不低于150lx ，主要 工作区通常200300lx 非洁净区最低照度不低于100lx 按各行业规范要求制定,2.3 洁净室控制参数,噪声控制噪声，保护人员健康，以利工人正常操作 单向流洁净室 65dB(A)

10、空态 混合流洁净室 65dB(A) 空态 非单向流洁净室 60dB(A) 空态,3. 净化空调设计,净化空调设计目的 提供符合 洁净室 要求的系统，确保其满足产品的生产环境。,3. 净化空调设计,净化空调与一般空调的主要区别（暖通设计）,3. 净化空调设计,单向流洁净室（ISO5 A级）设计方案: 1、隔离器（Isolator）及隔离装置 （RABS） 2、AHU循环系统 3、AHU+FMU空气自循环系统 4、AHU+FFU 空气净化单元循环 5、FMU空气自循环系统,3. 净化空调设计,1、隔离器 （Isolator） 全封闭， 全自动控制 实时监控， 自带ISO5级 循环装置,3. 净化空

11、调设计,单向流洁净室（ISO5级 A级）设计方案: 2、隔离器装置（RABS） 主动型（开式、闭式） 工艺设备自带单向流循环系统。 开式 闭式,3. 净化空调设计,单向流洁净室（ISO5级 A级）设计方案: 1、隔离器装置（RABS） 被动型（开式、闭式） 工艺设备只带屏障系统， 由暖通专业组织循环风。 开式,3. 净化空调设计,单向流洁净室（ISO5级 A级）设计方案: 2、AHU循环系统 AHU处理全部的循环空气并控制区域内的温、湿度， 一般用于小面积区域； 风管截面及占用空间较大，风管敷设有难度 AHU需要空调机房 最大优点房间噪声低。,AHU系统循环,3. 净化空调设计,单向流洁净室（

12、ISO5级 A级）设计方案: 3、AHU+FMU空气自循环系统 利用AHU和FMU分别实现循环 AHU保证核心区内温、湿度要求，布置在机房； FMU保证核心区内净化循环风量要求，布置在吊顶； 用于大面积区域特别是全室ISO5级；,3. 净化空调设计,3. 净化空调设计,单向流洁净室（ ISO5级 A级）设计方案: 4、AHU+FFU 空气净化单元 与上述AHU+FMU有相同处， AHU保证核心区内温、湿度要求，布置在机房； FFU保证核心区内净化循环风量要求，布置在吊顶； 用于较小面积区域 ISO5级或A级；,空气洁净度级别,3. 净化空调设计,单向流洁净室 （ISO5级 A级）设计方案: 5

13、、FMU风机自循环系统 有2种方式 带冷源：保证区域内温湿度和循环风量要求 不带冷源：仅保证循环风量要求 风机布置在吊顶；,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计要点: 1、对气流组织 的基本要求 * 作用：有效组织送风和回风方式，充分发挥洁净空气的稀释作用，快速排出室内污染。 * 基本原则：气流方向要适应微粒自然沉降的方向，以最快速度排出污染。,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计要点: 送风口布置要求： 1）均匀布置 2）避开工艺设备的进、排风口 3）采用同一规格HEPA 4）送风管布置应有利于气流平衡,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计要点: 回风口布置要求

14、： 1）尽量两侧均匀布置 2）避开遮挡物 3）风口上边缘距地0.5米 4）采用竖向百叶 5）安装过滤器（低阻的）,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计要点: 2、对送风量 的基本要求（换气次数） 能稀释房间微粒； 消除室内热湿负荷 规范推荐的换气次数； 自净时间的要求； 气流组织的影响,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计要点: *稀释房间微粒； 由已知洁净度求换气次数 采用简化公式计算得出 根据所要求的洁净度级别、房间面积、室内人数、室内发尘 量和新风比等，通过特定的公式和图表求出。,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计要点: *消除室内热湿负荷 如果洁净室余热

15、量很大，则送风量按夏季最大冷负荷计算 如果洁净室余湿量很大，则送风量按室内最大散湿量计算,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计要点: *自净时间 的要求；（1520分钟） 自净时间洁净室从污染状态恢复到其正常洁净度状态所 需要的时间。 根据洁净室自净前的污染浓度以及设计浓度等参数，通过特定的公式和图表求出。,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计要点: *换气次数 洁净厂房设计规范推荐下列换气次数（静态）,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计要点: 国际标准ISO14644-4 对微电子行业洁净室 推荐换气次数（动态）,3. 净化空调设计,非单向流（乱流）洁净室设计

16、要点: *气流组织 的影响 送、回风口的布置位置直接影响送风量的大小，设计应充分考虑这个因素。 终上所述： 最后确定出的送风量或换气次数应同时 满足上述5个方面的要求。（即取其中最大值）,3. 净化空调设计,3、压差设计 *三个概念 房间压差抵御外部泄漏（渗漏）保证洁净度 相对压差保证气流流向保护产品，防止污染 气锁区域隔离，“控制”压差保护产品（外部空间），防止污染,3. 净化空调设计,3、压差设计 压差 洁净房间建立压差，以减少来自非洁净区、室外、吊顶、 以及类似区域的污染。 正压差 ：防止外界对房间的污染； 负压差：防止房间有害空气污染外界；,3. 净化空调设计,3、压差设计 相对压差

17、相对压差的建立主要用于减少粒子在暴露的工艺操作保护 区和与其无关的区域之间的传播，防止污染和交叉污染。,3. 净化空调设计,3、压差设计 *如何产生压差 房间正压差：送风=排风+漏出风 （余风量为正值） 房间负压差：送风+漏入风=排风 （余风量为负值）,3. 净化空调设计,3、压差设计 压差计算方法： 当房间门关闭时，房间要保持一定的压差值所需要的送风量计算： 压差法计算泄漏风量 L=0.827*A*P0.5*3600*1.25 m3/h 0.827漏风系数 A缝隙总面积 P压力差 1.25不严密处附加系数,3. 净化空调设计,3、压差设计 换气次数法估算泄漏风量 不建议采用 对洁净区房间，不

18、同压差采用不同的换气次数 P=540Pa n=0.64.0 ACH,3. 净化空调设计,3、压差设计 气锁用以阻隔外界或邻室气流和保证压差而设置的小室，一般设置于洁净区的出入口。,3. 净化空调设计,气锁的三种类型 气锁的两道门联锁， 始终只能一道门开 启，由此保证压差。 用于关键区域。 气锁两端的压力差,3. 净化空调设计,梯度气锁 最常用形式，气流从 压力高处通过气锁室流 向压力低处。 用于不同洁净区之间 或洁净区与非洁净区之 间的隔离。 作用：保护产品；（不被外界污染）,3. 净化空调设计,正压气锁 气锁室位于压力最高处， 气流从气锁室向外流出。 用于分隔不同区域之间 的气流。 作用：保

19、护产品（不被外界污染），保护外界不被污染，防止洁净区 内的污染外溢；用于强效药品（高活性、高毒性、高致敏）的隔离,3. 净化空调设计,负压气锁 气锁室位于压力最低处， 气流由外向气锁室流入。 用于分隔不同区域之间 的气流 作用：即保护产品， 又保护其他区域不被污染，防止洁净区含产品空气 外溢；如用于强效药品（高活性、高毒性、高致敏）的隔离。,3. 净化空调设计,空调负荷计算： 计算方法同普通空调，参见相关设计手册。,3. 净化空调设计,空调方案设计 常用基本方案： 1、直流系统 全新风，用于不允许使用循环风 的区域； 空调设备表冷器处理焓差大， 加大排数；,3. 净化空调设计,2、一次回风系统

20、 *一定比例的室外新风与室内回风混合，适用于绝大部分洁净区。 *系统简单易控制，仍是目前的首选。 *通过加热盘管来调整送风参数 *是各国GMP指南和国际ISPE推荐的 空气处理方式。,3. 净化空调设计,3、二次回风系统 * 用于洁净度较高，风量大的洁净区域。 * 由于没有了一次回风的冷却后再加热 过程，有节能效果。 * 不适用于散湿量较大的区域，如水针 车间的配液、灌封等区域。 * 调整参数的手段单一，不易控制，适用于室内热源较稳定 的区域,3. 净化空调设计,4、特殊方案 低湿系统 用于相对湿度较低的区域 采用转轮除湿机+AHU,3. 净化空调设计,过滤器分类 我国国标将空气过滤器分为两类：