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高大廠房潔凈室設計

作者:admin 發布日期:2018-12-13 關注次數: 二維碼分享
引言

近年來,高大空間建筑物在工業和國防工程中的應用逐步增多,但目前對于高大空間潔凈空調技術的研究和應用都很少。在以往的潔凈空調工程設計中,對于潔凈廠房多采用全空間凈化空調和完全凈化裝修的設計思路,能耗巨大,初投資大,受到的限制也比較多。但高大空間類型的潔凈廠房,往往使用上有特定的要求,如空間上要求、可能使用吊車、并不要求全空間凈化、下層工作區有潔凈度等級和溫濕度控制要求、溫度濕度要求的精度不是很高等特點。

采用簡化裝修和引用舒適性空調系統的噴口設計不僅較好地解決了與生產工藝配合和滿足潔凈度和溫濕度等要求的問題,而且在滿足工藝條件的同時,縮短了工程的施工周期,簡化了潔凈室的裝修標準,減少了空調系統的循環處理風量和冷量,節約了初投資和運行費用。

1、高大廠房的特點分析

(1)高大廠房有其固有的特點,一般情況下高大廠房主要在生產的后工序,一般用在大型設備的組裝為主,對潔凈度要求不高,溫濕度的控制精度要求不高,工藝生產期間設備發熱量不大,人員相對較少。

(2)高大廠房通常為大框架結構,而且經常采用輕型材料,頂板一般不易承受較大荷載。

(3)塵埃粒子的產生和分布對于高大潔凈廠房,主要污染源與一般潔凈室不同,除了人和運動設備發塵以外,表面發塵占有很大的比例。按照文獻[1]所提供的數據,人靜止時的發塵量取105粒/(min·人),人動作時的發塵量按照靜止時的5倍計算,對于普通高度的潔凈室,表面發塵量按8 m2地面的表面發塵量相當于一個人靜止時的發塵量進行取值。對于高大潔凈廠房,其下部人員活動區,凈化負荷較大,上部區域凈化負荷較小,同時,由于工程使用特點,為了安全和考慮到不可預見的塵埃污染,取適當安全系數是必要的。本工程表面發塵量按照6 m2地面的表面發塵量,相當于一個人靜止時的發塵量進行取值。本工程按照每班20人工作計算,人員發塵量僅占總產塵量的20%,而一般潔凈室中人員發塵量占總產塵量的90%左右。

2、高大廠房潔凈室裝修

潔凈室裝修一般包括潔凈室地面、墻板、吊頂、及配套的空調、照明、消防、給排水等與潔凈室相關的內容,根據要求,潔凈廠房的建筑圍護結構和室內裝修,應選用氣密性良好,且在溫度和濕度變化時變形小的材料。

潔凈室內墻壁和頂棚的裝修應符合下列要求:

(1)潔凈室內墻壁和頂棚的表面應平整、光滑、不起塵、避免眩光、便于除塵,并應減少凹凸面。

(2)潔凈室不宜采用砌筑墻抹灰墻面,當必須采用時宜干燥作業,抹灰應采用高級抹灰標準。墻面抹灰后應刷涂料面層,并應選用難燃、不開裂、耐清洗、表面光滑、不易吸水變質發霉的涂料。這樣一般情況下潔凈室裝修主要選擇比較好的彩涂金屬壁板作為內裝修材料。但是對于高大空間廠房來說,因層高比較高,對金屬壁板隔墻的安裝比較困難,強度差,造價高,不能承重等問題。本工程分析了高大廠房潔凈室產塵的特點及房間潔凈度的要求,沒有采用常規的金屬壁板的內裝修做法,在原有土建墻體上打磨進行環氧涂層,整個空間不設吊頂,增加使用空間。

3、高大潔凈廠房的氣流組織

按照文獻[2]對于高大潔凈廠房,采用潔凈分層空調系統可以使系統的總送風量大為減少。風量減少了,要得到較好的潔凈空調效果,采用合理的氣流組織就顯得尤為重要,既要保證送風和回風系統的均勻性,減少潔凈工作區的渦流和氣流回旋,又要增強送風氣流的擴散特性,充分發揮送風氣流的稀釋作用。在萬級或十萬級潔凈度要求的高大潔凈廠房中,可以引用舒適性空調高大空間的設計理念,如機場、展館等大空間使用噴口的方式。

采用噴口,側面送風,氣流可以擴散較長的距離,噴口送風是依靠噴口吹出的高速射流實現送風的方式,主要實用于高大廠房或者層高很高的公共建筑空間的空氣調節場所。噴口采用側送風,將噴口與回風口布置在同一側,空氣以較高的速度、較大的風量集中由設置在空間上的若干個噴口射出,射流行至一定路程后折回,使整個空調區處于回流區,然后有設在下部的回風口抽走返回空調機組。其特點是,送風速度高、射程遠。射流帶動室內空氣進行強烈混合,速度逐漸衰減,并在室內形成大的回旋氣流,從而使空調區獲得較均勻的溫度場和速度場。

4、工程設計實例

某高大潔凈廠房(長40 m、寬30 m、高12m),要求5 m以下為潔凈工作區,凈化等級為靜態萬級,動態十萬級,溫度tn = 22℃±3℃,相對濕度fn= 30%~60%。剖面圖見圖1。

4.1  氣流組織和換氣次數的確定

針對該高大潔凈廠房的使用特點,寬超過30m,不設吊頂,常規的潔凈廠房的送風方式很難滿足使用要求,采用噴口分層送風的方式來保證潔凈工作區(5 m 以下)的溫濕度和潔凈度。在側墻上均勻布置了對吹的噴口送風口裝置,在廠房側墻下部距地面0.25 m 高度附近均勻布置了帶阻尼層的回風口裝置,構成了工作區在噴口回流、集中側下回的氣流組織形式。同時,為了使5 m以上非潔凈工作區的空氣從潔凈度和溫濕度上不形成死區,減少頂棚室外冷、熱輻射對工作區的影響,又能把上部吊車工作中產生的塵埃粒子及時排走,并充分利用擴散到5 m以上的潔凈空氣,在非潔凈空調區布置了一排小型的帶狀回風口,形成了一個小的循環回風系統,可以大大減輕上部非潔凈區域對下部潔凈工作區的污染。本工程根據潔凈度等級和污染物散發量,對6 m以下的潔凈空調區采用了16 h-1的換氣次數,對上部非潔凈區域采用適量的排風,小于4 h-1的換氣次數,實際上整個廠房的平均換氣次數為10 h-1。這樣,同全室進行潔凈空調相比,潔凈分層噴口送風方式不僅較好地保證了潔凈空調區的換氣次數,滿足大跨度廠房的氣流組織,而且大大節省了系統的風量、冷量和風機動力。

4.2  側送噴口送風的計算

4.2.1  送風溫差?ts

潔凈空調所需要的換氣次數比一般空調大得多,于是充分利用潔凈空調的大風量,減小送風氣流的送風溫差,不僅能夠節省設備容量和運行費用,而且使其更有利于保證潔凈空調區的空調精度。本工程計算出的送風溫差為?ts= 6℃。

4.2.2   射流計算

潔凈廠房跨度比較大,寬為30 m,需要保證中間區域搭接要求,又保證工藝工作區在射流的回風區,同時要考慮噪音的要求,本工程送風速度v0= 5 m/s,噴口安裝高度為6 m,氣流以水平方向從噴口送出(? = 00)。本工程對噴口送風氣流進行了計算,噴口直徑取0.36 m,根據文獻[3]計算阿基米德數為0.0035,噴口的送風速度為4.8 m/s,末端的軸心速度為0.8 m/s,平均速度為0.4 m/s,回流的平均速度小于0.40 m/s,滿足工藝使用要求。

由于送風氣流的風量大、送風溫差小,幾乎與等溫射流無異,所以射流長度容易保證,根據阿基米德數可以計算出相對射程x/ds = 37 m,能夠滿足對側送氣流15 m搭接的要求。

4.3  空調工況處理

針對潔凈室設計中送風量大、送風溫差小的特點,充分利用回風,在夏季空調處理方式上取消一次回風,采用最大比例的二次回風,只對新風進行一次性處理然后與大量的二次回風混合,從而取消了再加熱,減少了設備的容量和運行能耗。

4.4  工程實測結果

本工程竣工后,進行了全面的工程測試,整個廠房共設置了20個水平方向和垂直方向的測點。在靜態情況下對潔凈廠房的速度場、溫度場、潔凈度、噪聲等進行了測試,實測效果比較好。在設計工況下的實測結果:

送風口處氣流的平均速度為3.0 m/s~4.3 m/s,兩股對吹氣流搭接處(即射流末端)風速為0.30m/s ~ 0.45 m/s。潔凈工作區的換氣次數保證在15h-1,測得其潔凈度在萬級以內,較好地滿足了設計要求。

室內A 聲級噪聲在回風口處為56 dB,其他工作區均在54dB以下。

5、結論

5.1  對于要求不是很高的高大潔凈廠房,可以采用簡化裝修的做法來實現,既可以滿足使用要求,又能滿足潔凈度的要求。

5.2  對于只要求某一高度以下區域潔凈度級別為萬級或十萬級的高大廠房,采用潔凈分層空調噴口的送風方式是一種比較經濟實用和行之有效的方式。

5.3  對于這種類型的高大空間潔凈廠房,在上部非潔凈工作區設置一排帶狀回風口,排走吊車軌附近產生的塵埃,減少頂棚室外冷、熱輻射對工作區的影響,可以較好地保證工作區潔凈度及溫濕度。

5.4 高大潔凈廠房的高度是一般潔凈室的4倍以上,在正常產塵量的情況下,應該說單位空間凈化負荷遠遠低于一般低矮潔凈室,因此,從這個角度分析,換氣次數的確定,完全可以低于國標推薦的凈化級別的房間換氣次數。研究分析表明,對于高大潔凈廠房因潔凈區的高度不同,換氣次數也不同,一般可取國標推薦的換氣次數的30%~80%即可滿足凈化要求。

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