洁净室回风系统设计方式对洁净室的影响

洁净室有一定的空气洁净度级别、要对多个参数进行控制(空气洁净度、风量、风速、压力、温度、湿度、细菌浓度等)。洁净空调系统是实现洁净室控制的主要手段。

合理的气流流向和压力分布对洁净空调系统至关重要。

洁净室按气流组织主要有单向流、非单向流、辐流、混合流。用的最多的有单向流、非单向流和混合流(局部单向)。单向流是利用“活塞”般的挤压作用,迅速把室内污染物排出,工作区内流线单向平行,没有涡流,洁净度高。本文主要就非单向流进行分析,指出在洁净室空调系统设计中存在的问题。

目前,非单向流洁净室气流组织的主要形式是:高效送风口顶送(或侧上送)侧下回风。高效送风口布置形式为吊顶均布,或是布置于受保护的工艺生产线上方,回风口布置于侧墙下方。

从一般空调来看,影响房间气流组织及空调参数的主要因素是送风口的布置,回风口对房间各工况影响极小。所以,在设计洁净空调时,许多设计师也是出于这种理念,对洁净室回风口布置的极为随意,找空余墙角或墙边布置上就行,完全不考虑室内气流流向对工艺操作面的影响,使得洁净室失去了意义。

有的设计中回风口设于单向流洁净工作台旁,室内其它区域污染空气流向洁净工作台,严重影响受保护区;有的设计回(排)风口又远离产生污染的工艺设备(如粉碎机等),是的这些工艺设备产生的污染空气流到相对洁净区域甚至全洁净室。

《医药工业洁净厂房设计规范》GB50457-2008明确指出:回风口位置宜远离洁净工作台;易产生污染的工艺设备附近应设排风口;有局部排风装置或需排风的工艺设备,宜布置在洁净室下风侧。所以,在洁净室空调设计时,要同时有建筑底图和工艺布置图,根据工艺要求进行设计:顶上布置高效送风口时,尽量靠近工艺设备均布。

布置回风口时,根据生产工艺特点,洁净度要求高的,回风口布置在远离设备侧;产尘或产生其它污染气体的,回(排)风口布置在最靠近设备处,这样,才能保证洁净室的洁净度,最大限度的保证洁净室工艺设备的安全有效使用。

洁净室回风口设计中存在的另一个问题是,回风口布置的太少,回风速度偏大。有的洁净室空调设计,一个洁净区,面积很大,布置了4个高效送风口,但回风只有一个,布置在一个墙角。这样做,使得全室空气流向一处,必然存在死角,洁净空气难以到达,使该区域尘埃粒子增多,影响洁净度。而回风速度大,会在回风口附近甚至工作面高度形成较强涡流,使得尘粒扩散,同样影响洁净室空气质量,影响洁净度。

所以,非单向流洁净室回风口要根据风量布置,风速不能过大,以不大于2m/s为宜。回风口要布置于两面(或多面)墙上,为了不增加卫生死角,一般对角布置。洁净室宽度不大于3m时,可以单侧布置。  

因洁净室造价较高,一般洁净室面积较小,工艺人员布置完工艺设备后,给空调设计人员所留空间较小,所以洁净室空调设计中常见两相邻洁净室共用一回风夹道的情况,这样设计的后果是,相对压力值低的洁净室无法回风,压力高的房间空气压入相对低压力房间,正压值不能准确调试,洁净室内没有有序的梯度压力分布,污染气体有可能污染高洁净度房间,有可能引起交叉污染。以笔者遇到的某工程为例,见下图,其中图1为空调设计人员所设计的回风口布置图,图2为工艺要求的洁净室正压分布图。 

由图1可看到,原设计人员设计的回风系统为:洁净走廊分别和饮片粉碎、混粉共用一回风夹道,回风夹道两侧开回风口;二更分别同缓冲洗手共用回风夹道;清洁间更是和洁净走廊、药材暂存三间共用同一回风夹道。由图2(工艺要求的压差分布)可知,洁净走廊与混粉、洁净走廊与饮片粉碎、与清洁间、二更与缓冲洗手间压力不同,这样做有什么后果呢?

系统自调试阶段就陷入麻烦,压差调不正确,要不混粉、饮片粉碎等回不了风,要不洁净走廊保证不了+15Pa的正压,二更和缓冲洗手出于同一压力。施工单位用阻塞混粉等低压力房间的回风口、关小其送风口的方法终于调试压力成功,交付使用。

在使用中问题就来了,低压力级别房间洁净度不达标,只能开大送风口阀门。后来,要么房间受污染空气漏至外洁净走廊,污染整个区域,要么洁净走廊风吹进这些低压力房间,导致其无法回风,房间新风量严重不足,严重影响使用,使用方只能关闭洁净空调进行生产。这样,运行不到一年就进行改造设计。

笔者对其回风口做如下改造设计: 

根据生产工艺及正压要求,不同正压值要求房间分设回风柱,各在回风口或回风管接阀门进行调节,回风口设过滤网。另外,饮片粉碎、混粉等污染洁净间,在靠近污染工艺设备处设排风口,及时把产生的污染空气排出洁净室外。

改造后经调试,洁净区与普通区压差+10Pa,洁净走廊与混粉等污染房间压差+5Pa,测试正压值和洁净度一次通过,运行近两年也没出现问题。

任何靠空间密封来维持洁净室无菌和洁净度是无济于事的,只有保持无菌区域内的压力高于外界,才能防止污染物的侵入。并且洁净区域内各不同级别的洁净功能间需要不同的压力控制,以确保洁净气流定向流动,气流只能从洁净区流向非洁净区,从高一级别洁净室流向低一级别洁净室,从同一洁净室洁净度要求高的区域流向要求低的区域,只有保证在任何情况下都能维持洁净室内有序的梯度压力分布不变,才能真正有效的控制洁净度。

空调设计人员要注意回风系统对洁净室的影响,布置回风口时: 

1)风口风速不能过大,尽可能在洁净室对角或对侧布置,同时,应避免布置在洁净度要求高的区域或设备近旁,排风口尽量靠近污染源; 

2)不同正压值洁净室不能共用回风夹道。