淮南高大厂房洁净室设计

近年来，高大空间建筑物在工业和国防工程中的应用逐步增多，但目前对于高大空间洁净空调技术的研究和应用都很少。在以往的洁净空调工程设计中，对于洁净厂房多采用全空间净化空调和完全净化装修的设计思路，能耗巨大，初投资大，受到的限制也比较多。但高大空间类型的洁净厂房，往往使用上有特定的要求，如空间上要求、可能使用吊车、并不要求全空间净化、下层工作区有洁净度等级和温湿度控制要求、温度湿度要求的精度不是很高等特点。

    采用简化装修和引用舒适性空调系统的喷口设计不仅较好地解决了与生产工艺配合和满足洁净度和温湿度等要求的问题，而且在满足工艺条件的同时，缩短了工程的施工周期，简化了洁净室的装修标准，减少了空调系统的循环处理风量和冷量，节约了初投资和运行费用。

1    高大厂房的特点分析

（1）高大厂房有其固有的特点，一般情况下高大厂房主要在生产的后工序，一般用在大型设备的组装为主，对洁净度要求不高，温湿度的控制精度要求不高，工艺生产期间设备发热量不大，人员相对较少。

（2）高大厂房通常为大框架结构，而且经常采用轻型材料，顶板一般不易承受较大荷载。

（3）尘埃粒子的产生和分布对于高大洁净厂房，主要污染源与一般洁净室不同，除了人和运动设备发尘以外，表面发尘占有很大的比例。按照文献[1]所提供的数据，人静止时的发尘量取105粒/（min·人），人动作时的发尘量按照静止时的5倍计算，对于普通高度的洁净室，表面发尘量按8 m2地面的表面发尘量相当于一个人静止时的发尘量进行取值。对于高大洁净厂房，其下部人员活动区，净化负荷较大，上部区域净化负荷较小，同时，由于工程使用特点，为了安全和考虑到不可预见的尘埃污染，取适当安全系数是必要的。本工程表面发尘量按照6 m2地面的表面发尘量，相当于一个人静止时的发尘量进行取值。本工程按照每班20人工作计算，人员发尘量仅占总产尘量的20%，而一般洁净室中人员发尘量占总产尘量的90%左右。

2    高大厂房洁净室装修

    洁净室装修一般包括洁净室地面、墙板、吊顶、及配套的空调、照明、消防、给排水等与洁净室相关的内容，根据要求，洁净厂房的建筑围护结构和室内装修，应选用气密性良好，且在温度和湿度变化时变形小的材料。

    洁净室内墙壁和顶棚的装修应符合下列要求：

（1）洁净室内墙壁和顶棚的表面应平整、光滑、不起尘、避免眩光、便于除尘，并应减少凹凸面。

（2）洁净室不宜采用砌筑墙抹灰墙面，当必须采用时宜干燥作业，抹灰应采用抹灰标准。墙面抹灰后应刷涂料面层，并应选用难燃、不开裂、耐清洗、表面光滑、不易吸水变质发霉的涂料。这样一般情况下洁净室装修主要选择比较好的彩涂金属壁板作为内装修材料。但是对于高大空间厂房来说，因层高比较高，对金属壁板隔墙的安装比较困难，强度差，造价高，不能承重等问题。本工程分析了高大厂房洁净室产尘的特点及房间洁净度的要求，没有采用常规的金属壁板的内装修做法，在原有土建墙体上打磨进行环氧涂层，整个空间不设吊顶，增加使用空间。

3    高大洁净厂房的气流组织

    按照文献[2]对于高大洁净厂房，采用洁净分层空调系统可以使系统的总送风量大为减少。风量减少了，要得到较好的洁净空调效果，采用合理的气流组织就显得尤为重要，既要保证送风和回风系统的均匀性，减少洁净工作区的涡流和气流回旋，又要增强送风气流的扩散特性，充分发挥送风气流的稀释作用。在万级或十万级洁净度要求的高大洁净厂房中，可以引用舒适性空调高大空间的设计理念，如机场、展馆等大空间使用喷口的方式。

    采用喷口，侧面送风，气流可以扩散较长的距离，喷口送风是依靠喷口吹出的高速射流实现送风的方式，主要实用于高大厂房或者层高很高的公共建筑空间的空气调节场所。喷口采用侧送风，将喷口与回风口布置在同一侧，空气以较高的速度、较大的风量集中由设置在空间上的若干个喷口射出，射流行至一定路程后折回，使整个空调区处于回流区，然后有设在下部的回风口抽走返回空调机组。其特点是，送风速度高、射程远。射流带动室内空气进行强烈混合，速度逐渐衰减，并在室内形成大的回旋气流，从而使空调区获得较均匀的温度场和速度场。

4    工程设计实例

    某高大洁净厂房（长40 m、宽30 m、高12m），要求5 m以下为洁净工作区，净化等级为静态万级，动态十万级，温度tn = 22℃±3℃，相对湿度fn= 30%~60%。剖面图见图1。

4.1  气流组织和换气次数的确定

    针对该高大洁净厂房的使用特点，宽超过30m，不设吊顶，常规的洁净厂房的送风方式很难满足使用要求，采用喷口分层送风的方式来保证洁净工作区（5 m 以下）的温湿度和洁净度。在侧墙上均匀布置了对吹的喷口送风口装置，在厂房侧墙下部距地面0.25 m 高度附近均匀布置了带阻尼层的回风口装置，构成了工作区在喷口回流、集中侧下回的气流组织形式。同时，为了使5 m以上非洁净工作区的空气从洁净度和温湿度上不形成死区，减少顶棚室外冷、热辐射对工作区的影响，又能把上部吊车工作中产生的尘埃粒子及时排走，并充分利用扩散到5 m以上的洁净空气，在非洁净空调区布置了一排小型的带状回风口，形成了一个小的循环回风系统，可以大大减轻上部非洁净区域对下部洁净工作区的污染。本工程根据洁净度等级和污染物散发量，对6 m以下的洁净空调区采用了16 h-1的换气次数，对上部非洁净区域采用适量的排风，小于4 h-1的换气次数，实际上整个厂房的平均换气次数为10 h-1。这样，同全室进行洁净空调相比，洁净分层喷口送风方式不仅较好地保证了洁净空调区的换气次数，满足大跨度厂房的气流组织，而且大大节省了系统的风量、冷量和风机动力。

4.2  侧送喷口送风的计算

4.2.1  送风温差?ts

    洁净空调所需要的换气次数比一般空调大得多，于是充分利用洁净空调的大风量，减小送风气流的送风温差，不仅能够节省设备容量和运行费用，而且使其更有利于保证洁净空调区的空调精度。本工程计算出的送风温差为?ts= 6℃。

4.2.2   射流计算

    洁净厂房跨度比较大，宽为30 m，需要保证中间区域搭接要求，又保证工艺工作区在射流的回风区，同时要考虑噪音的要求，本工程送风速度v0= 5 m/s，喷口安装高度为6 m，气流以水平方向从喷口送出（ß = 00）。本工程对喷口送风气流进行了计算，喷口直径取0.36 m，根据文献[3]计算阿基米德数为0.0035，喷口的送风速度为4.8 m/s，末端的轴心速度为0.8 m/s，平均速度为0.4 m/s，回流的平均速度小于0.40 m/s，满足工艺使用要求。

    由于送风气流的风量大、送风温差小，几乎与等温射流无异，所以射流长度容易保证，根据阿基米德数可以计算出相对射程x/ds = 37 m，能够满足对侧送气流15 m搭接的要求。

4.3  空调工况处理

    针对洁净室设计中送风量大、送风温差小的特点，充分利用回风，在夏季空调处理方式上取消一次回风，采用更大比例的二次回风，只对新风进行一次性处理然后与大量的二次回风混合，从而取消了再加热，减少了设备的容量和运行能耗。

4.4  工程实测结果

    本工程竣工后，进行了全面的工程测试，整个厂房共设置了20个水平方向和垂直方向的测点。在静态情况下对洁净厂房的速度场、温度场、洁净度、噪声等进行了测试，实测效果比较好。在设计工况下的实测结果：

    送风口处气流的平均速度为3.0 m/s~4.3 m/s，两股对吹气流搭接处（即射流末端）风速为0.30m/s ~ 0.45 m/s。洁净工作区的换气次数保证在15h-1，测得其洁净度在万级以内，较好地满足了设计要求。

    室内A 声级噪声在回风口处为56 dB，其他工作区均在54dB以下。

5    结论

5.1  对于要求不是很高的高大洁净厂房，可以采用简化装修的做法来实现，既可以满足使用要求，又能满足洁净度的要求。

5.2  对于只要求某一高度以下区域洁净度级别为万级或十万级的高大厂房，采用洁净分层空调喷口的送风方式是一种比较经济实用和行之有效的方式。

5.3  对于这种类型的高大空间洁净厂房，在上部非洁净工作区设置一排带状回风口，排走吊车轨附近产生的尘埃，减少顶棚室外冷、热辐射对工作区的影响，可以较好地保证工作区洁净度及温湿度。

5.4 高大洁净厂房的高度是一般洁净室的4倍以上，在正常产尘量的情况下，应该说单位空间净化负荷远远低于一般低矮洁净室，因此，从这个角度分析，换气次数的确定，完全可以低于国标推荐的净化级别的房间换气次数。研究分析表明，对于高大洁净厂房因洁净区的高度不同，换气次数也不同，一般可取国标推荐的换气次数的30%~80%即可满足净化要求。