洁净室设计教程

一、净化空调系统冷源的选择
（一）集中冷冻站和分散独立冷源的比较和选择
大型规模化的生产工厂集中设置冷冻站，对建造投资和运行管理都是比较有利的。但是由于一些温、湿要求差别比较大供冷参数不同；运行规律、运行时间不同的洁净车间来说，在集中冷冻站基础上，就近设置分散、独立、专用的制冷机组，这对节省能源，保证参数和方便运行管理都有很大的好处。
（二）冷媒采用冷冻水还是氟立昂直接蒸发
对于大型的工厂由集中的冷冻站供给冷冻水作为净化空调系统的冷媒较为有利。因冷冻水输送方便，输送过程冷损失较小；而且，冷冻水作冷媒对净化空调系统参数的控制、调节和维护管理也都比较有利。但是小的独立分散的制冷机组可采用水冷冷水机组，也可采用风冷直接蒸发的制冷机组。这要根据具体项目的具体情况而定。
（三）采用压缩式制冷机还是采用直燃式溴化锂吸收式制冷机
活塞式、离心式、螺杆式制冷机都是压缩式制冷机，在净化空调设计中最多采用的还是离心、螺杆等压缩制冷机。因为其投资低，运行管理方便，但其运行耗电很高。压缩式制冷机组的冷冻水供水温度可调，低供水温度可为4℃。但是，在供电紧张而燃气和煤供应较为方便的地区，尤其是有废热废蒸汽可以利用的场合，采用直燃式溴化锂吸收式制冷机更为经济，尤其是这种制冷机组在供冷的同时还可供热。
（四）净化空调系统冷冻水的温度的确定
当以冷冻水作为净化空调系统的冷媒时，在一般的情况下，冷冻水的初温（表冷器冷冻水的进口温度）应比处理后空气的终温（设计计算中确定）至少要低3.5℃；如果是以冷冻方式去湿降温为目的空气处理系统，冷冻水的终温（表冷器冷冻水的出口温度）应比处理后空气的终温低0.7℃；用作干式冷盘管的冷冻水的初温（进口温度）应比洁净室内空气的露点温度至少高2℃。
（五）净化空调系统冷源的选择
1、以冬季防冻为目的新风预热加热器的热媒可采用电加热或蒸汽加热，一般不宜采用热水作热媒，这样预热器本身可能有被冻坏的危险。
2、空调机组内加热器的热媒可采用热水、蒸汽或电加热，其中电加热控制灵活方便，温度控制准确度高，但运行费昂贵，一般在没有热水和蒸汽供应的地方才用电加热；用热水作热媒时不仅调节和管理方便、而且控制精度也高是加热器常用的热媒；当温度的精度要求不高也可采用蒸汽作加热器的热媒。
3、当温度的精度要求很高的时候（如℃）宜在送入洁净室的支管上设温度精度微调节的电加热器是一个可行的方法。
4、净化空调系统的加湿比较方便、可行、经济、可靠的方法是用过热蒸汽（≥0.2MPa）作热媒采用干蒸汽加湿器进行加湿，或采用电热式或电极式加湿器。当相对湿度的精度要求不高且加湿量较大时，宜采用水来加湿，可采用淋水，湿膜或喷雾（高压喷雾或高压微雾）等形式。
二、空调和净化设备的选择
（一）过滤器的分类：按过滤器的性能（效率、阻力、容尘量）进行分类，根据我国有关规范可将过滤器划分为粗效、中效、高效、亚高效、高效和超高效六大类。
（二）空气过滤器的效率和阻力

（三）各类过滤器效率的测试方法
1、一般通风用粗效、中效、高中效过滤器效率的测试方法。
（1）计重法：有人工尘计重法和大气尘计重法，此方法源于美国,国际流行，多用于粗效过滤器的效率测试。
（2）比色法：源于美国，国际通行，用于中效过滤器的效率测试。
（3）人工尘计数法：欧洲通行，将取代比色法，用于中效测试。
（4）大气尘计数法：我国的标准。
2、高效过滤器测试方法
（1）钠焰法：中国标准。
（2）DOP法：源于美国，国际通行。
（3）油雾法：在德国和我国通行。
（4）MPPS法：欧洲标准将取代上述各种方法。
（四）各类空气过滤器的功能和作用
1、粗效过滤器：其功能是去除≥5μm的尘埃粒子，在空调净化系统中作为预过滤器。其作用是保护中效、高效过滤器和空调箱内的其他配件，以延长它们的使用寿命。
2、中效过滤器：其功能是去除≥1.0μm的尘埃粒子，在空调净化系统中作为中间过滤器。其作用是减少高效过滤器的负荷，延长高效和空调箱内配件的使用寿命。
3、高中效过滤器：其功能是去除≥1.0μm的尘埃粒子，在空调净化系统中作为中间过滤器，在一般通风系统中可作为终端过滤器。
4、亚高效过滤器：其功能是去除≥0.5μm的尘埃粒子，在空调净化系统中作中间过滤器，在低级净化系统中可做终端过滤器使用。
5、高效过滤器：是空调净化系统中的终端过滤器，它的功能是去除≥0.3μm的尘埃粒子，达到净化目的。是洁净室必备的净化设备。
6、超高效过滤器：其功能是去除≥0.1μm的尘埃粒子，是建造高级别洁净室（0.1μm洁净室）的必备净化设备，是该洁净室的终端净化设备。
（五）空气处理机组的选择
空气处理机组包括空调器（AHU）、新风机组（MAU）和循环机组（RAU），都是空调净化系统常用的空气热湿交换和空气净化处理设备。
1、工业洁净室用空调机组
工业洁净厂房的空气处理机组是服务于净化空调系统的，因此空气处理机组也必须满足净化空调所需的特点。
（1）洁净厂房的温、湿度和洁净度要求严格，一般情况室内热负荷很大、空气处理的焓差很大、冷却后的空气的露点温度很低，因此空气处理机组的保温性能要好（保温材料为聚苯乙烯或聚氨脂发泡时保温层厚度≥40mm），防止表面结露，冷耗过大；同时还应避免冷桥现象的产生。
（2）因净化空调系统总阻力较大，故要求空调机组的风机压头很高（≈1500Pa），因此随之要求空调机组围护板壁的强度和刚度要好，不要产生负压段凹进去，正压段凸出来的变形。
（3）为了减少冷损失和漏风，则要求空调机组的密封性能好，特别是段与段的联接处和门开启处的密封。按标准要求空调机组的漏风率≤1%。
（4）为了保证洁净厂房的温、湿度和洁净度，并且尽量节省能量，要求空调机组有较好的自动控制，如风机的变频等。又因为空气的冷、热、湿处理的功能较多，故空调机组体形较大、长度较长。
2、生物洁净室用空调机组
生物洁净室是以微生物（细菌、病毒等）为主要研究对象的，微生物与尘埃粒子不同，它是活的、不断生长繁殖的粒子，因此服务于生物洁净室的空气处理机组应具备如下特点：
（1）为了方便灭菌、消毒、空调机组的内表面以及内部的零配件应耐腐蚀，表面要光洁。（2）因为潮湿是微生物生长的有利条件。因此，空调机组内部不能集水集尘，结构要方便排水；表冷器凝结水应设有自动防倒吸功能，并顺利排出凝结水；更不能采用淋水段。
（3）空调机组的加湿只能采用干蒸汽加湿器（电极式或电热式蒸汽加湿器），而不能使用湿膜、超声波和高压喷雾等有水的加湿器。
（4）为了防止空气带水，空调器表冷器的断面风速V＜2.0m/s。
（5）空调机组的密封要可靠，其漏风率≤1%。
（6）空调机组的强度和刚度要好，有一定的承压能力。
（7）各级（粗效、中效、亚高效）过滤器的过滤效率要高，而且可采用一次性的抛弃型过滤器。
三、表冷器、加热器、加湿器的选择
1、表冷器是空调机组降温去湿的关键设备，一般表冷器由铜管和铝翅片构成。表冷器的换热面积（排数）要经计算求得，在设计中，设计人员要把空气经表冷器处理前后的参数（温度、相对湿度或焓）以及冷冻水的供回水温度提供给供货商，由供货商计算和配置表冷器。表冷器后面要设挡水板，表冷器下部设滴水盘，凝结水排水要通畅，排水管上要合理地设置水封。水封的高度要与空调器内的压力相匹配。
2、加热器是空调机组中的加热设备。在空调机组中有一次加热（预热）和二次加热（再热）两组。加热的热媒有蒸汽、热水和电。
（1）一次加热（预热）器设置在新风进入空调机组处,其目的是为了防冻和防混合结霜、结雾。因此，一次加热器一般用在北方（长江以北）较冷的地区。长江以南不会结冻的地区可不设一次加热器。一次加热后的新风温度一般为+5℃。用加热器后的温度探头来控加热量。一次加热的热媒可以是蒸汽和电，如果用热水做热媒要考虑加热器本身的防冻问题。
（2）二次加热（再热）器设在表冷器之后，设置目的是为了调节洁净厂房内的温、湿度以达到设计参数。因为，二次加热量越小就越节省空调的运行费用，故在设计时要选择二次加热量较小的节能方案。二次加热的热媒可用热水，因为热水在温、湿调节时比较稳定可靠。
（3）当洁净厂房的温、湿度精度要求极高和非常严格时，为了确保其参数有时在风管上还要设置微调的电加热器。
3、加湿器是空调机组中的加湿设备，在冬季时为了保证洁净厂房内必要的相对湿度，必须对空调送风进行必要的加湿。
加湿器一般有两种，一种是以水为加湿源的等焓加湿。如湿膜、淋水、超声波、高压喷雾等加湿器。这种加湿方法简单、价格便宜，加湿量也大，但其加湿的精度较差。一般相对湿度要求在＞10%的情况下用得较多。水加湿的方法不应用在生物洁净室。因为，水加湿会给微生物提供良好生存繁殖条件。另一种加湿方法是以蒸汽为加湿源的等温加湿。如蒸汽加湿器、干蒸汽加湿器、电极式（电热式）蒸汽加湿器等。这种加湿方法必须有蒸汽源，如果没有蒸汽必须用电来产生蒸汽。此种加湿方法价格较高，但加湿精度很高，当相对湿度要求≤±5%时应采用等温加湿方法。它广泛应用在电子工业的洁净厂房和生物洁净室的加湿中。
4、淋水室和化学过滤的应用
（1）淋水室是空调热湿交换的空气与冷媒直接接触的方式。此种淋水形式不仅可用于热湿交换上，还可以对新风进行品质上的处理。例如，集成电路用的洁净厂房其污染源不仅仅是尘埃粒子，而且，重金属离子和分子级低浓度的化学污染也成为超大规模集成电路生产的重要污染源，当净化空调系统的新风采用淋水室的湿法处理时，可以去除新风中的NH4、SO4、NO3等分子级的化学污染，当采用自来水和纯水两级淋水时其效果会更好。
（2）活性碳过滤器和化学过滤器是空调机组中去除异味和分子级低浓度的化学污染的重要设备，一般多用在新风机组中。
四、消声器和消声弯头的选择
1、洁净厂房的噪声按国家规范“洁净厂房设计规范”（GB 50073-2013）的规定，单向流洁净室空态噪声≤65dB(A)；非单向流洁净室空态噪声≤60dB(A)。这就要求在净化空调系统的送风、回风管道上（排风管道上）都要设置必要的消声设备，尤其在回风管道上。消声器的选择要进行计算。
2、洁净厂房的净化空调系统的消声器和消声弯头不应给净化系统带来污染。可采用微孔板式消声器和消声弯头，也可选用其他洁净空调系统专用的阻式或抗式消声设备。
五、净化空调机组送风机的选择
净化空调系统的送风机设在空调机组内，其送风机应具有如下特点：
1、有足够的余压。一般除克服机外管网系统的总阻力以外，还要考虑克服高效过滤器的终阻力和一定的安全裕量。但风机压头选得过大不但能耗大，而且还会产生较大的噪声。
2、要有足够的送风量。即消除室内余热、余湿和净化的最大风量，并且还应有10%的的安全裕量。
3、风机应为变频风机，送风量依系统阻力变化可以自动调节，即保证了洁净厂房内的温、湿度和洁净度又做到节省耗源。
4、要高效率和低噪声。
六、FFU及干冷盘管的选择
（一）FFU（风机过滤器单元）
FFU是普通应用在单向流和混合流中的重要净化设备。它是有标准模数尺寸（1200×600mm，600×600mm，1200×1200mm等）的风机和过滤器（高效过滤器、超高效过滤器）的组合体做为洁净室的终端设备，分散或集中地布置在洁净厂房的吊顶上。为了保证洁净厂房的室内参数，它经常与干冷盘管和新风机组配合使用。
其性能参数参考是：
1、断面平均风速为0.45m/s，而出风速度的均匀性应为平均风速的±15%。
2、FFU的机外余压应≥100Pa，尽量是140Pa以上。
3、FFU的单体噪声应≤50dB(A)。因在单向流洁净厂房中往往成百台上千台的FFU集中设在吊顶上，如果单体噪声太高，则叠加噪声就不能被接受。
4、断面风速可调。智能化调节，变频调节都是可行的。
5、FFU风机的寿命最少应大于50000小时。
（二）干冷盘管
干冷盘管是新风机组加干冷盘管加FFU空调净化送风方案的洁净厂房控制温度的关键换热设备，设置在洁净厂房回风夹道的下部或上部。对其性能要求如下：
1、为了避免在系统正常运行时干冷盘管产生结露现象，因此通过干冷盘管的进水水温要高于室内空气露点1～2℃。
2、为了导走洁净厂房空调系统启动时产生的冷凝水，干冷盘管系统还要设置滴水盘和排水系统。
3、干冷盘管的排数可为双排，而且空气通过时阻力不能太大，因此盘管铝翅片的间距可为3mm。
4、为了减少空气通过盘管的阻力，通过盘管的风速应＜2m/s。
七、施工图的绘制
（一）施工图主要设计文件有：图纸目录、设计与施工说明、设备表、计算书和图纸。
（二）施工图内容
1、图纸目录
2、设计与施工说明
（1）设计说明：主要介绍设计概况、设计依据、设计范围、室内外的参数，冷、热媒的来源和参数，采暖、通风、空调、净化系统的冷、热、湿负荷的指标和系统方案及其控制方法。
（2）施工说明：说明设计中使用的材料、附件、系统的工作压力和试验压力以及施工安装的要求和注意事项。
3、设备表
设备的名称、规格型号、技术参数、数量、服务对象。
4、设计图纸
（1）平面图： 建筑轮廓、轴线、房间名称、地面标高、指北针。
采暖平面图的散热片位置、片数、管道位置和主管编号、管道配件、干管标高坡度坡向。通风空调净化风管画双线，水管画单线，管道的管径、安装标高、设备和管道、风口的大小和定位尺寸，管道的配件如消声器、防火阀、调节阀等规格型号。
（2）剖面图：在管道多、交叉多的平面图表示不清楚的地方画剖面图，剖面图要给出设备、管道等与建筑的板、柱、梁、地之间的人才关系，注明设备、管道、配件的尺寸和标高。
（3）流程图、系统图和自动控制原理图。
（4）节点详图。
计算书的内容包括：空调净化的负荷计算书；风量计算书、管道的水力计算书；设备（制冷机、空调器、冷却塔、水泵风机等）的选择计算书等。所有图纸中，净化空调原理图和净化空调自动控制原理图非常重要的图纸，它能反映出设计的全部内容。如：系统型式，冷、热量大小，节能优化，室内的温湿度、洁净度等重要内容。
（三）施工现场的工地工作
1、施工图交底。设计人员向施工单位和建设甲方介绍设计内容、施工要求、设备选择以及施工时的注意事项等。
2、施工图变更修改。应施工单位或建设单位的要求对原设计的施工图进行合理的修改变更以满足施工方或建设方的要求。
3、配合建设单位和施工方对工程进行调试和竣工验收。
4、必要的现场服务和参加现场的例行会议。
（四）洁净室的竣工验收调试，性能测试和洁净室的综合评价
调试前的准备工作；单机试车；联动调试；洁净室的性能测试和综合评价。
1、调试前的准备工作
（1）调试的组织准备
成立以建设单位（业主）为组长的有设计单位、施工单位、监理单位人员参加的调试小组。调试小组领导调试的全面工作，调试小组协调各方面的关系，调试小组为调试工作提供各种软硬条件。
（2）编制调试大纲
在调试小组领导和组织下，编制调试大纲。调试大纲是调试工作的指导性文件。调试大纲的内容包括：组织分工、人员安排、物资调动；调试项目、调试方法、调试仪表；调试程序、调试进度、调试计划安排等。调试大纲的编制使调试人员思想明确、认识统一、步调一致、行动整齐，使调试工作顺利进行。
（3）施工现场质量的会检
在调试小组的领导组织下，有建设单位、设计单位、施工单位、监理单位的有关领导和技术人员参加，对施工现场、施工质量进行全面会检。从冷冻站、换热站、锅炉房、变配电站、空调机房到供冷、供热、供电系统、空调净化系统和自动控制系统。从设备（冷冻机、锅炉、水泵、冷却塔、空调器等）、配件（阀门、风口、消声器等）、管道和管线到保温、设备基础、管道支吊架等的工程施工质量进行全面会检。看是否按图施工、查与设计图不符之处，找施工质量不合格项目并查其原因。并对施工、加工、安装等质量问题逐一填写“缺陷明细表”，提出整改意见，限期（正式调试之前）整改完毕。
（4）空调设备、空调系统的清扫
（a）调试之前对洁净室进行全面、彻底的清扫是十分必要的。对洁净室的地面、墙面、吊顶、门窗进行认真、全面、彻底的大扫除；对空调设备、空调管道（送风管、回风管、新风管），空调配件（清声器、阀门、风口等）进行检查、检漏和擦试。达到洁净要求为止。
（b）安装粗效、中效过滤器进行空吹。在彻底清扫的基础上，安装空调器内的粗效和中效过滤器。对整个净化空调系统进行空吹，空吹时间为24～36小时，使整个系统得到初步的净化。
（c）安装高效过滤器。系统空吹后可以安装高效过滤器。高效过滤器在安装之前，要求对其逐一进行检漏，对有泄漏者进行堵漏。检漏在临时检漏台上进行，尘源利用大气尘。被检合格的高效过滤器方能进行安装，安装完毕后对高效过滤器的安装密封再进行检漏（利用尘埃粒子计数器扫描），达到安装合格。
（d）高效过滤器安装检漏合格后再对净化空调系统进行第二次空吹。空吹时间24小时，然后方可进行入调试程序。
（5）测试仪器、仪表、工具的准备
（a）调试前要对调试中所用的仪器仪表进行调试和标定（超过使用时间还需重新进行标定）。所用的仪表包括测量风速、风量、温度、相对湿度、压差、噪声、振动、转数、时间、大气压力和洁净度的仪器仪表等。
（b）调试所用的器材、工具的准备。如：电工工具、管工工具、扳金工工具、钳工工具以及爬高上下的梯子等。并且请施工单位配合电工、管工、扳金工和钳工。
（c）调试和测试工作所用的图纸和记录表格的准备。
2、单机试车
单机试车是对工程中的所有的设备、配件等单体进行试车。单机试车的目的是对这些设备、配件的安装质量和产品出厂质量的检查和考核。单机试车的主要内容有：水、电先行。即首先对供水供电的设备和系统进行检查和考核。如水泵、变压器、配电箱、开关等。要保证供水、供电的正常、可靠。进而，对供冷设备（冷冻机、冷却塔、冷冻水泵、冷却水等）、供热设备（锅炉、换热器、热水泵等）、空调设备（表面冷却器、加热器、加湿器、过滤器、风机等）、自动控制设备、仪表、阀门以及各系统的配件进行单体考核。看是否能满足设计要求和正常运行。尤其对转动设备如风机、水泵要试转看是否运转平稳，有无杂音和碰撞和反转现象；用电设备接线是否正确；冷冻机和锅炉是否能达到设计要求；空调器中表冷器的降温去湿能力、加湿器的加湿能力等等进行单体检查、考核。如果出现故障和发现问题，应立即排除。对于大型设备如冷冻机、锅炉、空调器等（尤其是进口设备）在单机试车时要有生产厂家的调试人员现场指导或由生产厂家负责试车，待运转正常后再移交给使用单位。单机试车为联动调试做好各个单体设备的准备工作。
3、联动调试
联动调试一般情况下分为两个阶段进行，即风量分配阶段和联动调试阶段。
（1）风量分配
风量分配即将各个洁净室的送风量、回风量、新风量、排风量全部按设计要求调整到设计风量。因为一个洁净厂房可能有多个空调送风系统和排风系统，或一个空调送风系统要负担多个洁净室的送风。因此，风量分配调试工作是一项工作量大、时间长、耐心细致的工作。风量分配调试工作也是整个调试工作的重点工作。常用的风量分配调试方法采用标准风口法。
标准风口法：一个洁净室可能有几个、几十个空调送风口、回风口。因为它们之间都是相通的，当调整某一个风口送风的风量时其他送风口的风量也会跟其变化。因此，采用标准风口法。所谓标准风口法，就是在风量分配之前，将所有阀门都开到最大的情况下，在所有的送风口这中找到最不利的送风口（送风量最小的送风口），将此风口作为标准风口。在标准风口上设一监测仪表，随时测试标准风口的风量变化。然后调整其它所有风口风量。因为调整任何一个风口风量时，都会影响已调整过的风口的风量的变化；因此，在调整任何一个风口风量时，都要以标准风口当时风量为参照风量，使所有被调风口的风量均随标准风口的风量变化而同步变化。当一个净化空调系统负责多个洁净室空调时，调试要以洁净室为单位由末端向总干管方向进行，对各洁净室首先调整其送风量的相对关系量，然后，再用系统的总阀门来将每个送风口，每个洁净室的送风量都调整为真实的设计送风量。
（2）联动调试
联动调试在风量调整和单机试车后进行。联动调试就将净化空调系统和为净化空调系统服务的所有系统即：供冷系统（冷冻机、冷却塔、水泵以及供冷系统上所有的配件）、供热系统（锅炉、水泵以及供热系统上所有配件）、供电系统（配电箱、变频器……）和自动控制系统全部投入运行，考核各系统的综合性能和联动性能。必要时，在洁净室内人为的设置一定量的负荷，考核温、湿度探头、中间仪表和执行机构的联动是否敏感、协调；考核温、湿度探头是否准确，精度是否合格。
4、洁净室的性能测试和综合评价
在风量调整和联动调试的基础上，洁净室空调净化系统以及为其服务的所有系统，均处于正常运行状态。接着进行洁净室的性能测试和综合评价。
洁净室性能测试内容包括：
洁净度测试、风量测试、正压测试、风速测试（单向流洁净室 ）温度、相对湿度测试、噪声测试等。