精密測量潔凈實驗室設計

精密測量潔凈實驗室設計

摘要：介紹了潔凈室通風及空調(diào)系統(tǒng)的設計過程，主要的設計計算在于確定系統(tǒng)的送風量。按照本文的設計參數(shù)所建造的潔凈實驗室，經(jīng)校核，符合潔凈等級要求。

關(guān)鍵詞：潔凈室； 通風及空調(diào)系統(tǒng)； 送風量

1 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對實驗、研究和生產(chǎn)的環(huán)境要求越來越高，空氣調(diào)節(jié)技術(shù)的內(nèi)容也隨之逐步擴大?，F(xiàn)代空調(diào)技術(shù)不僅包含空氣的溫度、濕度和速度的概念，而且還包含了調(diào)節(jié)其潔凈度、壓力以至成分、氣味的概念，以適應現(xiàn)代化的科學實驗和生產(chǎn)活動對空氣潔凈度的要求。

現(xiàn)代化的科學實驗要求室內(nèi)空氣潔凈度滿足加工的精密化，產(chǎn)品的微型化，產(chǎn)品的高純度和產(chǎn)品的高可靠性。顯然，如果有微粒進入產(chǎn)品，就有可能造成障礙、短路、雜質(zhì)源和潛在缺陷。因此，潔凈室技術(shù)已成為科學實驗和生產(chǎn)活動現(xiàn)代化的標志之一。

本文針對一個具體的潔凈實驗室，給出了潔凈室的通風及空調(diào)系統(tǒng)設計，重點說明其風量的確定。

2 工程概述

本工程位于西安市市區(qū)，為潔凈實驗室改造工程，共有六個房間，分別用于精密測量、齒輪修形、齒輪測量及氣浮塊加工等。根據(jù)業(yè)主要求，實驗室的室內(nèi)條件如下：超凈室 潔凈等級1000級，其中一部分（約占超凈室面積的一半）為100 級；室內(nèi)干球溫度20℃± 1℃，相對濕度50% ± 5% ；準備間和精密測量室 潔凈等級10 000級；室內(nèi)干球溫度20℃± 1℃，相對濕度50% ± 5%；走廊及齒輪修形室、齒輪測量中心、氣浮塊加工室潔凈等級均為100 000級；室內(nèi)干球溫度20℃±2℃，相對濕度50% ± 5% 。需要改造的實驗室總面積為224m2，層高3m。平面概況如圖1 所示。

3 潔凈室的氣流組織和系統(tǒng)設計

潔凈室按照氣流可以分為四類，分別為單向流潔凈室、亂流潔凈室、輻流潔凈室和混合流（局部單向流）潔凈室。根據(jù)工程實際情況，實驗室中房間較多，各個房間情況都不盡相同，所以設計時將超凈室設計為混合流潔凈室，其余房間設計為亂流潔凈室。

4 潔凈室計算

潔凈室和一般空調(diào)房間不同，其送風量不是由系統(tǒng)的冷熱負荷來計算的，因為這樣計算的風量遠小于由凈化要求按換氣次數(shù)或房間截面風速計算得到的風量，因

此，對凈化空調(diào)系統(tǒng)，一般先按凈化要求的換氣次數(shù)或截面風速來計算送風量而不管其冷熱負荷如何。

4.1 亂流潔凈室送風量

亂流潔凈室送風量的理論計算如下：

式中nv —潔凈室換氣次數(shù)，次/h；

V —潔凈室凈體積，m³；

G—單位容積發(fā)塵量，粒/（m³ . min）；

N —亂流潔凈室穩(wěn)定含塵濃度，粒/L；

S —回風量與送風量之比；

ηh —回風通路上過濾器的總效率；

ηx—新風通路上過濾器的總效率。

因為上式難以計算，所以本改造工程中采用經(jīng)驗換氣次數(shù)。

《潔凈廠房設計規(guī)范》建議的動態(tài)級別下?lián)Q氣次數(shù)的經(jīng)驗值分別為：

1 000級                nv≮50

10 000級               nv≮25

100 000級              nv≮15

在本凈化實驗室的設計中，對各個亂流房間的換氣次數(shù)是如下規(guī)定的：1000級80次/h，10 000級40次/h，100 000級20次/h，以確保達到潔凈度等級的要求。

得到亂流潔凈室各個房間的送風量如表1 所示。

4.2 單向流潔凈室送風量

單向流潔凈室送風量以房間截面平均風速為準來計算：

Q₂ = 3600u F （ 3）

式中F —垂直于氣流的房間截面積，m2；

υ—截面平均風速，m/s。

應有υ≥υ_min，υ_min 是在運行中經(jīng)常保持的最低風速，稱為下限風速，按表2 取值。

根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，本凈化實驗室中超凈室的局部單向流部分下限風速設定為0.3m/s。

4.3 系統(tǒng)總風量

系統(tǒng)總的送風量應在潔凈室送風量基礎上再加上系統(tǒng)漏風量。因為工程施工中嚴格按《潔凈室施工及驗收規(guī)范》制作安裝風道系統(tǒng)和空調(diào)設備，根據(jù)相關(guān)資料，其漏風率取表3 所示數(shù)值?？傦L量計算式如下：

式中 ΣQi—各潔凈室送風量之和。

根據(jù)以上計算，并考慮到計算中尚有很大余量，最后確定系統(tǒng)總送風量為30000m³/h。

4.4 系統(tǒng)新風量

《潔凈廠房設計規(guī)范》GB50073-2001 中規(guī)定：潔凈室內(nèi)的新鮮空氣量應取下列二項中的最大值：

（1） 補償室內(nèi)排風量和保持室內(nèi)正壓所需的新鮮空氣量之和；

（2 ）保證供給潔凈室內(nèi)的新鮮空氣量應不小于40m³/（h.人）。

在本潔凈實驗室中，不同潔凈室之間以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差取為20Pa。根據(jù)《潔凈廠房設計規(guī)范》以及正常狀況下室內(nèi)人員情況，最后確定系統(tǒng)總的新風量為4000 m³/h。

5 空調(diào)負荷計算

潔凈室的空調(diào)負荷計算與普通空調(diào)系統(tǒng)相同。根據(jù)氣象參數(shù)、室內(nèi)設計參數(shù)及得熱量等，采用工程上常用的冷負荷系數(shù)法計算。這一部分設計與普通空調(diào)計算沒有區(qū)別，這里不再贅述。

6 結(jié)語

（1） 本潔凈室工程為精密實驗室改造工程，其自身有一定的特殊性。因為房間較多，并且各個房間的潔凈度等級要求各不相同，所以設計時各個等級分開考慮，得到不同的氣流組織形式，即亂流潔凈室和單向流潔凈室。

（2）潔凈室和一般空調(diào)房間有所不同，其送風量不是由系統(tǒng)的冷熱負荷來計算的。在本潔凈室改造工程中，先分別計算各個房間的送風量，對于亂流潔凈室采用經(jīng)驗換氣次數(shù)法，對于單向流潔凈室采用截面平均風速法，最后得到系統(tǒng)總的送風量。

（3 ）系統(tǒng)新風量根據(jù)新的《潔凈廠房設計規(guī)范》GB50073-2001的規(guī)定，并結(jié)合該工程的具體情況取值。

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