洁净空调系统设计和一般空调设计有何不同？设计时要计算哪些参数

洁净（净化）空调—以空气微粒数为主要控制对象——满足生产要求（洁净度）。

什么是洁净室？

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。

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。

空气洁净度级别：

GB50073-2013《洁净厂房设计规范》规定如下：

GMP洁净区微生物监测的动态标准：

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。

换气次数和截面风速—保证洁净度的重要因素。

《洁净厂房设计规范》GB50073：静态。

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。

单向流风速（A级 100级 ISO5级 ）

国际标准ISO14644-4 —v=0.2~0.5m/s；

洁净厂房设计规范 GB50073-2013-v=0.2~0.4m/s；

电子工业洁净厂房设计规范GB50472-2008-v=0.2~0.45m/s；

中国cGMP 2010版-v=0.36~0.54m/s。

0.2m/s仍然是单向流的保证风速。

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（0.2~0.4m/s）*的均衡速度（指导值）提供气流。”

*（0.2~0.4m/s 在此以GB50073规定值为例）

静压差—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。

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。

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200~300lx；非洁净区最低照度不低于100lx；按各行业规范要求制定。

噪声—控制噪声，保护人员健康，以利工人正常操作。

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。

净化空调与一般空调的主要区别（暖通设计）

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。

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。

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。

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。

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。

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；

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；

5、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。

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。

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。

回风口布置要求：

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）。

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。

**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。

**消除室内热湿负荷

如果洁净室余热量很大，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：

**自净时间的要求；（15~20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。

**换气次数：

《洁净厂房设计规范》推荐下列换气次数（静态）

国际标准ISO14644-4，对微电子行业洁净室，推荐换气次数（动态）：

**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、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。

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；

相对压差—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。

**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）。

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*1.25m3/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。

换气次数法—估算泄漏风量。

不建议采用：

对洁净区房间，不同压差采用不同的换气次数：

ΔP=5~40Pa，n=0.6~4.0 ACH。

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。

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>

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）

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。

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。

空调负荷计算：计算方法同普通空调，参见相关设计手册。

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；

2、一次回风系统

*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、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。

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：

过滤器分类：

我国国标将空气过滤器分为两类：

空气过滤器—粗效、中效、高中效、亚高效；

粗效：捕获≥5µm的大粒子，效率以≥2µm的粒子计算；

中效和高中效：捕获≥1µm的中等粒子，效率以≥0.5µm的粒子计算；

亚高效：捕获≥0.5µm的小粒子，效率以≥0.5µm的粒子计算。

空气过滤器初阻力：

粗效：25~50Pa（G1~G4）；

中效：50~105Pa（M5、M6—原F5、F6）；

高中效：100~140Pa（F7、F8）；

亚高效：120~150Pa（F9、H10、H11）；

高效：160~250Pa（H12~H14）；

超高效：170Pa（U15~U17）。

空气过滤器分类性能指标（摘自GB/T14295-2008）：

高效空气过滤器—高效、超高效。

高效：捕获≥0.5µm的小粒子，效率以≥0.5µm的粒子计算（钠焰法）；

超高效：捕获≥0.5µm的微小粒子，效率以0.1~0.3µm的粒子计算（扫描法）；

初阻力：160~250Pa。

高效空气过滤器 （摘自GB/T13554-2008）

国内外主要国家几种空气过滤器标准比较：

过滤器使用：

净化空调设计常用三级（或四级）空气过滤器组合

粗效+中效+高效（HEPA）

粗效+中效+高中效+高效（HEPA）

空气预过滤的效率越高，对末级高效过滤器的保护越有效。

空气处理机组选择要点：

箱体内壁材料耐腐蚀且易于清洗；

机组漏风率<1%；

风机选择风机性能曲线陡峭的；

干蒸汽加湿器；

微穿孔板消声器；

送风机按净化空调系统总风量和总阻力选择（预过滤器阻力按初阻力的1.5~2倍选择）。

来源：洁净园