精密测量洁净实验室设计

精密测量洁净实验室设计

摘要：介绍了洁净室通风及空调系统的设计过程，主要的设计计算在于确定系统的送风量。按照本文的设计参数所建造的洁净实验室，经校核，符合洁净等级要求。

关键词：洁净室； 通风及空调系统； 送风量

1 引言

随着现代工业的发展，对实验、研究和生产的环境要求越来越高，空气调节技术的内容也随之逐步扩大。现代空调技术不仅包含空气的温度、湿度和速度的概念，而且还包含了调节其洁净度、压力以至成分、气味的概念，以适应现代化的科学实验和生产活动对空气洁净度的要求。

现代化的科学实验要求室内空气洁净度满足加工的精密化，产品的微型化，产品的高纯度和产品的高可靠性。显然，如果有微粒进入产品，就有可能造成障碍、短路、杂质源和潜在缺陷。因此，洁净室技术已成为科学实验和生产活动现代化的标志之一。

本文针对一个具体的洁净实验室，给出了洁净室的通风及空调系统设计，重点说明其风量的确定。

2 工程概述

本工程位于西安市市区，为洁净实验室改造工程，共有六个房间，分别用于精密测量、齿轮修形、齿轮测量及气浮块加工等。根据业主要求，实验室的室内条件如下：超净室 洁净等级1000级，其中一部分（约占超净室面积的一半）为100 级；室内干球温度20℃± 1℃，相对湿度50% ± 5% ；准备间和精密测量室 洁净等级10 000级；室内干球温度20℃± 1℃，相对湿度50% ± 5%；走廊及齿轮修形室、齿轮测量中心、气浮块加工室洁净等级均为100 000级；室内干球温度20℃±2℃，相对湿度50% ± 5% 。需要改造的实验室总面积为224m2，层高3m。平面概况如图1 所示。

3 洁净室的气流组织和系统设计

洁净室按照气流可以分为四类，分别为单向流洁净室、乱流洁净室、辐流洁净室和混合流（局部单向流）洁净室。根据工程实际情况，实验室中房间较多，各个房间情况都不尽相同，所以设计时将超净室设计为混合流洁净室，其余房间设计为乱流洁净室。

4 洁净室计算

洁净室和一般空调房间不同，其送风量不是由系统的冷热负荷来计算的，因为这样计算的风量远小于由净化要求按换气次数或房间截面风速计算得到的风量，因

此，对净化空调系统，一般先按净化要求的换气次数或截面风速来计算送风量而不管其冷热负荷如何。

4.1 乱流洁净室送风量

乱流洁净室送风量的理论计算如下：

式中nv —洁净室换气次数，次/h；

V —洁净室净体积，m³；

G—单位容积发尘量，粒/（m³ . min）；

N —乱流洁净室稳定含尘浓度，粒/L；

S —回风量与送风量之比；

ηh —回风通路上过滤器的总效率；

ηx—新风通路上过滤器的总效率。

因为上式难以计算，所以本改造工程中采用经验换气次数。

《洁净厂房设计规范》建议的动态级别下换气次数的经验值分别为：

1 000级                nv≮50

10 000级               nv≮25

100 000级              nv≮15

在本净化实验室的设计中，对各个乱流房间的换气次数是如下规定的：1000级80次/h，10 000级40次/h，100 000级20次/h，以确保达到洁净度等级的要求。

得到乱流洁净室各个房间的送风量如表1 所示。

4.2 单向流洁净室送风量

单向流洁净室送风量以房间截面平均风速为准来计算：

Q₂ = 3600u F （ 3）

式中F —垂直于气流的房间截面积，m2；

υ—截面平均风速，m/s。

应有υ≥υ_min，υ_min 是在运行中经常保持的最低风速，称为下限风速，按表2 取值。

根据表格中数据，本净化实验室中超净室的局部单向流部分下限风速设定为0.3m/s。

4.3 系统总风量

系统总的送风量应在洁净室送风量基础上再加上系统漏风量。因为工程施工中严格按《洁净室施工及验收规范》制作安装风道系统和空调设备，根据相关资料，其漏风率取表3 所示数值。总风量计算式如下：

式中 ΣQi—各洁净室送风量之和。

根据以上计算，并考虑到计算中尚有很大余量，最后确定系统总送风量为30000m³/h。

4.4 系统新风量

《洁净厂房设计规范》GB50073-2001 中规定：洁净室内的新鲜空气量应取下列二项中的最大值：

（1） 补偿室内排风量和保持室内正压所需的新鲜空气量之和；

（2 ）保证供给洁净室内的新鲜空气量应不小于40m³/（h.人）。

在本洁净实验室中，不同洁净室之间以及洁净区与非洁净区之间的压差取为20Pa。根据《洁净厂房设计规范》以及正常状况下室内人员情况，最后确定系统总的新风量为4000 m³/h。

5 空调负荷计算

洁净室的空调负荷计算与普通空调系统相同。根据气象参数、室内设计参数及得热量等，采用工程上常用的冷负荷系数法计算。这一部分设计与普通空调计算没有区别，这里不再赘述。

6 结语

（1） 本洁净室工程为精密实验室改造工程，其自身有一定的特殊性。因为房间较多，并且各个房间的洁净度等级要求各不相同，所以设计时各个等级分开考虑，得到不同的气流组织形式，即乱流洁净室和单向流洁净室。

（2）洁净室和一般空调房间有所不同，其送风量不是由系统的冷热负荷来计算的。在本洁净室改造工程中，先分别计算各个房间的送风量，对于乱流洁净室采用经验换气次数法，对于单向流洁净室采用截面平均风速法，最后得到系统总的送风量。

（3 ）系统新风量根据新的《洁净厂房设计规范》GB50073-2001的规定，并结合该工程的具体情况取值。

参考文献：

[1] 许钟麟. 洁净室设计[M]. 北京.地震出版社，1998.

[2] 许钟麟. 空气洁净技术原理[M]. 同济大学出版社，1998.

[3] 毕礼毅. 电子厂房洁净室设计及探讨[J]. 工程建设与设计，1999，（2）.

[4] 陈霖新. 洁净厂房的设计与施工[M]. 化学工业出版社，2002.

[5] GB50073－2001，洁净厂房设计规范[S].