浅析某血液制品车间的洁净空调设计

随着我国加入WTO，医药行业面临的是国际化的激烈竞争，怎样在源头进行控制，显得至关重要。作为医药行业中的暖通专业设计人员，设计的目标不仅是通过国家的GMP认证，更要致力于不断改善自己的设计效果，使之可以节省投资、利于施工。洁净空调与普通舒适性空调不同，在具备温湿度控制功能的同时，还需对洁净度、气流组织、压差等因素进行控制。同时，由于生产工艺的区别，生产设备的变化，药厂的空调设计也是多样性的，笔者曾参与了多项洁净空调的设计工作，本文结合工程实例对洁净空调系统的设计进行分析，并探讨了洁净空调在设计方面应注意的问题。

1 工程实例分析

工程实例为安徽某药厂，其主要生产医用血液制品，以血液制品生产主车间作为设计对象。该车间建筑占地面积8625m ² ，总建筑面积为17152m ² ；地上二层，一层层高为6.9m，二层层高为5.4m，吊顶高度为2.7m。一层主要为药品生产区域，二层局部为质检综合办公区域，空调机房集中设置于二层，冷冻机房设于一层。

1.1 洁净空调系统的划分

洁净空调系统的划分是以工艺生产需求为基础的，因此除考虑将不同洁净级别的空调系统划分开外，还需结合工艺生产的特殊温湿度要求。由于血液制品的特殊生产工艺，在蛋白分离低温区及小制品前后制作低温区的特殊温度要求（本项目设为6/10℃，湿度不作要求），将这部分区域划分为独立的洁净空调系统。

其次，需考虑运行班次和使用时间是否一致，并将生产工艺中某工序散发的物质或气体对其他工序的产品有影响的洁净空调系统分开设置。

最后，由于该车间净化系统较多，吊顶内除空调专业的送风、回风、排风、除尘、水管等管道外，还需预留出电缆桥架，消防管线、工艺管道的空间，故洁净空调系统的划分要兼顾风管布置的合理性，尽量减少管道的交叉重叠。

基于以上几点，该车间一层生产区域共划分为16个洁净空调系统JK-1至JK-16。具体划分结果如表1所示。

1.2 洁净空调风量计算

1.2.1 新风量及送风量的确定

洁净室的新鲜空气量应取下列两项中的最大值：

（1）补偿室内排风量和保持室内正压值所需新鲜空气量之和；

（2）保证供给室内每人每小时的新鲜空气量不小于40m ³ 。

洁净室的送风量应取下列三项中的最大值：

（1）满足空气洁净度等级要求的送风量 ；

（2）根据热、湿负荷计算确定的送风量；

（3）上述满足要求的新风量。

1.2.2 压差风量的确定

洁净区室内正压设计按GMP要求，洁净区与非洁净区之间、相邻不同级别房间之间的压差不小于10Pa，相同洁净度等级不同功能的操作间之间保持适当的压力梯度。本项目中压差风量采用换气次数法确定。

各个系统风量的计算遵循以上原则及方法，在此不作详述，计算结果详见表2。

表1 洁净空调系统的划分及室内设计参数

Tab.1 Partition and interior designparameters of clean airconditioning  system

1.3 洁净空调空气处理流程

本工程均设计为集中空调系统。其中，根据不同系统的情况，又分设一次回风和二次回风系统。

1.3.1 一次回风系统

一次回风系统即首先将回风与经初效过滤的新风混合，夏季时，混合后的空气通过表冷处理至露点，经过再热处理到所需温湿度；冬季时，混合后的空气则经过加热加湿处理到所需温湿度，最后经中效、高效过滤器过滤后送入室内（如图1）。一次回风系统的冷负荷由新风冷负荷、室内冷负荷、风机冷负荷及再热冷负荷构成。

1.3.2 二次回风系统

二次回风系统的空气处理流程如图2所示，新风与一次回风混合后，经表冷冷却，再与二次回风混合来代替再热，避免了冷热相抵。不难看出，二次回风系统的冷负荷构成中节省了再热负荷，同时空调系统耗冷量也相对减少，二次回风系统不仅可以节省初投资及运行费用，还可以降低机组内阻力。本工程结合实际情况，将回风量较大且送风焓差较小的JK-8、JK-13、JK-15，设为二次回风系统。

表2 洁净空调系统风量及冷热参数表

Tab.2 Wind amount ，coolingand heating capacity of clean air-conditioning system

图 1 一次回风空气处理流程示意图

Fig.1 Air-conditioning flow of primaryreturn air

随着室外气象条件的变化和室内热扰的变化，室外状态点、热湿比和空调负荷都会发生变化，必须对二次回风系统进行运行调节才能保证室内空气状态点，也才能实现运行节能。与一次回风系统相比，二次回风系统除需要确定新回风混合比以外，还需通过一定的逻辑关系控制一次回风与二次回风的比例，以达到控制送风温度的目的。

图2 二次回风空气处理流程示意图

Fig.2 Air-conditioning flow ofsecondary return air

1.4 气流组织设计

B 级、C 级、D 级洁净区气流组织设计为乱流型，主要采用上送侧下回的方式，并使产生湿热的区域处于下风侧。送风经高效过滤器带扩散板进行均匀顶送，回风（或排风）经房间内的回风夹墙，通过无纺布阻尼回风口回到组合式空调器或者排至室外。局部A 级洁净区采用A 级区域吊顶满布FFU（Fan Filter Unit，风机高效过滤单元），室内空气通过回风夹墙至静压箱，再经FFU（或循环风机箱）送至室内的方式（见图3、图4）。局部A级洁净区工作面内断面风速不低于（0.45±20 %）m/s。

本工程中存在较多大面积A 级区域，当单向流装置面积较大，且采用室内循环风运行时，应采取减少A 级区与室内周围环境温差的措施。该车间设计时，将大面积A 级区采用中效风机箱加高效过滤器进行循环送风（见图4），风机箱增设表冷盘管，将车间其他空调系统所使用的7 ~12℃供回冷冻水就近接入，从而实现降低A 级区温度的目的。

图3 A 级区配循环风机剖面图

Fig.3 Profile of grade a clean roomwith a circulating fan

图4 低温洁净空调系统空调箱示意图

Fig.4 Air handle unit of low-temperatureclean air-conditioning system

2 洁净空调的控制

2.1 温湿度控制

本工程对所有洁净空调系统的温度、湿度进行了监控和控制，控制精度为：温度±2℃，相对湿度±10%，依靠控制冷水及蒸汽管上的电动二通阀实现。

2.2 压差控制

洁净室的压差通过控制房间送风量、回风量、排风量的方式来实现，该方式较为简便，初投资低，是目前使用较为广泛的一种方式。各系统的送风、回风与排风系统的启闭应连锁，正压洁净室连锁，开启时先开启送回风，关闭时先关闭排风。负压洁净室的连锁顺序与正压洁净室相反。

空调系统的主要洁净房间设置压差显示及温湿度就地显示，洁净区内室内压力不同的洁净室之间、洁净区与非洁净区之间，有门连通时均应设置压差显示仪。重要房间的高效过滤器前后设压差显示报警。空调机组的初、中效过滤段前后、排风机组中效过滤前后均需设置压差显示。

2.3 噪音控制

洁净室对噪音要求较高，而由于洁净空调系统风压较大，产生的噪音及振动也相对较大，噪音的控制尤为重要。本工程将组合式空气器集中设置于二层空调机房，设计时尽量使管路气流顺畅，使用低阻阀件，风管风速均控制在经济流速范围内，送、回风总管上均设微穿孔板消声器。

3 其他问题

3.1 洁净空调的消毒

本工程为血液制品生产区域，采用臭氧灭菌跟甲醛熏蒸相结合的消毒方式。

在空调机房设置臭氧消毒器，将其连接至洁净空调系统的送风管道中，除对洁净区空气、设备及墙、地、吊顶进行灭菌外，同时可杀灭空气净化过滤系统和循环风道系统的霉菌，能有效延长高效过滤器的使用寿命。不足之处是由于臭氧具有氧化性，风口及风管都需采取一定的防氧化措施。

此外，洁净区域还通过甲醛熏蒸的方式进行消毒灭菌。甲醛消毒的方式较多，本次设计由于业主要求甲醛空气不流经空调系统，故仅考虑甲醛熏蒸之后甲醛空气的排除问题。设计时在各个净化系统的回风总管处设置三通管路，一端接至空调器回风，另一端接至排风机，两端上分别设电动阀。消毒时，关闭所有消毒房间的送、回、排风系统，消毒后，打开送风管及接至排风机一端的电动阀，将空气排出室外，排风结束后，打开回风电动阀，关闭排风电动阀，进入正常循坏。

3.2 低温洁净空调系统

车间JK-3、JK-6、JK-10系统为低温洁净空调系统。先由冷冻机房的冷水机组提供与其他系统一样的7/12℃冷冻水，再经一台乙二醇水换热机组提供1/3℃低温乙二醇作为低温系统的冷源。

由于流经组合式空调器表冷盘管的乙二醇水温较低，低温系统的表冷盘管存在可能结霜的问题，设计时，将JK-3、JK-6、JK-10 设置为双表冷的组合式空调箱，同时设置两个风道用于融霜时的切换使用（如图4），当一组盘管结霜时，气流将切换至另一风道，经另一组盘管制冷，而结霜盘管则通入热水融霜，其中气流及冷热水的切换都使用电动阀连入空调自控系统进行控制。送风通道的切换及盘管的交替融霜设计，使得盘管在结霜时，系统仍能保持正常运行，不至于延误生产时间，影响生产工艺。

4 设计不足及优化

4.1 A 级区域中，采用风机箱+表冷盘管+风机过滤单元的空调方式，在一定程度上解决了A级区域与周围区域存在温差的问题，但同时由于7~12℃冷冻水的接入，也增加了表冷盘管表面结露长菌的可能性。为解决这一问题，可以使用干表冷盘管来进行冷冻降温。干表冷盘管，顾名思义就是表面不结露的盘管，通常通过干表冷盘管的冷冻水温度为13~18℃，由于车间正常情况下产生的冷冻水温度低于其要求，故需增设系统以产生干表冷盘管所需的二级冷冻水，二级冷冻水可由循环水泵混水产生。

4.2 低温空调系统中，采用1~3℃低温乙二醇作为低温系统的冷源，在融霜时需切换成热水，这就不可避免的存在着乙二醇溶液的流失，虽然消耗的仅为表冷盘管内的部分乙二醇溶液，流失量较小，但基于设计优化的角度，也应尽量减少乃至避免该损失的发生。可就近车间工艺设备产生的压缩空气，将盘管内剩余的乙二醇溶液压回管网，或者设一个乙二醇回收水箱，切换时利用压缩空气的压力或者另设一个水泵，将溶液储至水箱内。

5 结束语

洁净空调系统与普通空调系统有很大区别，它更考验设计师的综合技术，设计问题复杂多变，对于大局的统筹及对于细节的处理，最后都是关乎项目设计及正常运行的关键。目前的洁净空调技术已日趋成熟，作为设计师，需要在既有的设计基础上不断推陈出新，在保障基本要求的同时，更应着眼于节能设计措施的研究与应用。

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