高效過濾器過濾效率與換氣次數(shù)對亂流潔凈室潔凈度的影響

劉靜曉高向榮耿云曉（. 上海凈邦建筑工程有限公司，上海 00；. 蘭州生物制品研究所有限責任公司，蘭州 70046；. 中國電子系統(tǒng)工程第四建設有限公司，上海 00050）

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高效過濾器過濾效率與換氣次數(shù)對亂流潔凈室潔凈度的影響

劉靜曉1高向榮2耿云曉3
（1. 上海凈邦建筑工程有限公司，上海 200331；2. 蘭州生物制品研究所有限責任公司，蘭州 730046；3. 中國電子系統(tǒng)工程第四建設有限公司，上海 200050）

摘 要對某口服固體制劑車間換氣次數(shù)不足導致潔凈度不能滿足要求的問題，經(jīng)分析提出解決問題的辦法并進行處理，然后根據(jù)此問題做專門實驗，測出了不同的過濾效率和不同的換氣次數(shù)條件下的粒子數(shù)，通過與理論計算數(shù)值的比較分析，得出測試結(jié)論和推斷，為以后的設計、選型、施工提出建議和應注意問題。

關鍵詞過濾效率；換氣次數(shù)；潔凈度

空氣凈化技術是創(chuàng)造空氣潔凈環(huán)境，保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量的一項綜合性技術。主要是應用初效、中效和高效濾過器，將空氣中的微粒濾除，得到潔凈空氣，通過與原有室內(nèi)空氣混合將其周圍帶有微粒的空氣帶走，從而達到空氣潔凈的目的[1]。潔凈室建成并投入運行后，主要的產(chǎn)塵源是廠房內(nèi)部的人員和設備，而要保持潔凈度，就需要通過不斷地過濾將產(chǎn)生的灰塵過濾掉，而對于同體積的房間，送風量越大，則對應的換氣次數(shù)越高，潔凈度也就越高，同時，過濾器的選擇也會影響到潔凈度，過濾效率越高，則潔凈度也越高。這里就涉及到了一個過濾次數(shù)和過濾效率共同作用的問題。

1 過濾效率及換氣次數(shù)對潔凈室潔凈度影響問題的提出

某生產(chǎn)車間位于蘭州市某郊縣，為固體口服制劑車間，設計房間潔凈度多為D級，換氣次數(shù)按18次設計，初、中、高效過濾器分別為G4、F8、H13，在建成調(diào)試后進行風量和潔凈度測試時發(fā)現(xiàn)，空調(diào)機組出風量未達到設計要求，只為要求風量的83 %，加上系統(tǒng)漏損，實際房間送風量折換換氣次數(shù)多在12 ~ 15次之間，個別房間潔凈度不能滿足要求。因空調(diào)機組生產(chǎn)周期較長，且設備廠家推諉，無法從總送風量上進行處理，于是專門組織技術力量對此問題進行了分析、解決。

2 現(xiàn)場情況調(diào)查及問題解決

現(xiàn)場小于12 m2的房間設三個采樣點，大于12 m2的房間內(nèi)取采樣點中有代表性三個采樣點的作為代表采樣點[2]，未合格房間送回風口及測點布置分別如圖1、圖2（○為特征采樣點，□為非特征采樣點），對應換氣次數(shù)及測試結(jié)果如表1（不合格房間粒子數(shù)）。

從表1分析可看出：男二更換氣次數(shù)不足，導致最后測得的塵埃粒子數(shù)（0.5 μm）超標，平均超標11.7 %；粉碎混合有一點符合要求，另兩點稍有超過，但所超不多；沸騰干燥與粉碎混合基本相同；工器具存放兩點粒子數(shù)很少，符合正常D級潔凈區(qū)測得粒子數(shù)，一點有些許超過。

根據(jù)四個房間不同的特點，提出了不同的解決辦法，對男二更來說，明顯是換氣次數(shù)低造成的，應該是屬于系統(tǒng)末端，風量不足，可采用導流板導風措施；對粉碎混合和沸騰干燥，因房間體積較大，導流效果不明顯，且超過不多，大家建議通過更換高級別過濾器，即H14來滿足潔凈要求；工器具存放房間狹長，懷疑為氣流組織不好導致，因高效位置無法移動，所以擬采取增加一個回風，來平衡氣流組織。

表1 不合格房間粒子數(shù)Tab. 1 Number of qualified room particles

圖1 男二更、工具箱存放間風口平面布置Fig. 1 Arrangement of the outlet plane of male two more & working apparatus

圖2 粉碎混合間、沸騰干燥間風口平面布置Fig. 2 Outlet plane layout of mixed air & boiling dry

按不同解決辦法處理后，沸騰干燥、粉碎混合、工器具存放都達到了要求，其中沸騰干燥、粉碎混合的粒子數(shù)在允許范圍內(nèi)，工器具存放在塵埃數(shù)很少，但男二更導流效果不明顯，增加風量后勉強達到236 m3/h，兩點符合要求，一點稍有超標，再次更換高效濾芯為H14后合格。

3 模擬模型的建立和計算處理

我們知道潔凈度就是圍繞灰塵問題的技術，而潔凈室內(nèi)的人員和物品是產(chǎn)塵的主要原因，要維持潔凈度，就需要通過換氣不斷地將產(chǎn)生的塵埃高效去除掉[3]，那么換氣次數(shù)、高效過濾效率、潔凈度之間的相互影響是怎樣的呢？潔凈度符合要求后，我們根據(jù)廠房情況，做了風量、過濾效率對潔凈度影響的試驗。

在空調(diào)機房中新建了三間2.5 m×2.5 m×2.5 m的潔凈間，從空調(diào)主風管引風，每支支管設置調(diào)節(jié)閥，并設排風機進行全排，送回風口及測點布置分別如圖3（每點取樣三次，取平均值）?？紤]到初中效過濾器對最后潔凈度的影響和最后理論塵埃數(shù)量計算的方便，試驗用初中效繼續(xù)分別為G4、F8，三個房間分別安裝高效過濾器，風量500 m3/h，第一組數(shù)據(jù)為送風量按GMP驗證指南推薦換氣次數(shù)保持不變，分別用H12、H13、H14、U15過濾器，第二組數(shù)據(jù)為采用H13高效過濾器，調(diào)節(jié)風量；第三組數(shù)據(jù)為采用H14高效過濾器，調(diào)節(jié)風量，分別測得塵埃粒子數(shù)，并列表得出不同的換氣次數(shù)下對應的塵埃數(shù)如表2、表3、表4。

圖3 測試房間風口平面布置Fig. 3 Test room outlet layout plan

表2 風量保持不變時不同過濾效率下的粒子數(shù)Tab. 2 The number of particles in different filtration efficiency at constant air flow rate

表3 安裝H13過濾器時不同換氣次數(shù)下的粒子數(shù)Tab. 3 The number of particles in different ventilation times when installing H13 filter

表4 安裝H14過濾器時不同換氣次數(shù)下的粒子數(shù)Tab. 4 The number of particles in different ventilation times when installing H14 filter

在已知換氣次數(shù)的前提下，求室內(nèi)含塵濃度k按式（1） （2） （3） （4）計算：

式中 n1— 已知的換氣次數(shù)（次/ h）；

B — 塵埃在空氣中不均勻系數(shù)的修正值；

ni— 室內(nèi)含塵濃度的理論值（粒/ L）；

圖4 固定換氣次數(shù)下不同高效過濾器對應的塵埃數(shù)Fig. 4 The number of dust in different high efficiency filters under fixed exchange rate

圖5 H 13高效過濾器不同換氣次數(shù)下對應的塵埃數(shù)Fig .5 H 13， the number of dust in the different air exchange rate of the high efficiency filter

圖6 H 14高效過濾器不同換氣次數(shù)下對應的塵埃數(shù)Fig. 6 H 14， the number of dust in the different air exchange rate of the high efficiency filter

ax— 過濾器的總效率。在本實驗中為G4、F8和末端高效三個一起的效率，在公式（4）中：

am— 末端高效過濾器效率；

ac— 初效過濾器效率對大于等于0.5 μm粒子去除效率，對于玻璃纖維過濾器可取10 %~20%，一般取15 %；

az— 中效過濾器對大于等于0.5 μm粒子去除效率，可取40 %~50 %，一般可取40 %；

Mn— 大氣含塵濃度，工業(yè)城市內(nèi)Mn= 3×105個/ L，工業(yè)城市郊區(qū)Mn= 2×105個/ L，非工業(yè)城市或農(nóng)村Mn= 1×105個/ L；

q — 室內(nèi)人員密度（個/ m2）。

根據(jù)上述公式，取Mn為（3×105）個/ L，室內(nèi)人員2人，按試驗換氣次數(shù)計算可知，在換氣次數(shù)為15次的第一組試驗中，理論計算塵埃粒子數(shù)目應為（5.52×105~ 5.62×105） pc/ m3，遠低于實驗數(shù)據(jù)測得的粒子數(shù)據(jù)。經(jīng)分析認為個原因是未做緩沖間，從測點三得粒子數(shù)遠大于另兩點可知因為有室外粒子進入房間所致。

在應用H13過濾器的第二組試驗中，理論計算塵埃粒子數(shù)目應為（3.28×105-8.42×105） pc/ m3；在應用H14過濾器的第三組試驗中，理論計算塵埃粒子數(shù)目應為（3.23×105~ 6.35×105） pc/ m3，由實驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)分析可已得出如下結(jié)論：

（1）相同換氣次數(shù)、相同過濾效率下，實驗房間測得數(shù)據(jù)大于實際運行房間數(shù)據(jù)，分析可知原因，因為房間沒有緩沖間，而是直接與外界相連通，所以說明緩沖的設置是很有必要的。

（2）過濾效率會對潔凈度產(chǎn)生影響，但H14相對于H13過濾效率提高并不多。

（3）高級別過濾器過濾效率對塵埃粒子濃度有影響，但是影響有限，明顯沒有換氣次數(shù)影響大。用提高過濾效率的方法來降低換氣次數(shù)、送風量是相當不可取的。

4 實際應用

潔凈室是在實際的工程中有較多應用，無論藥廠、電子廠、醫(yī)院手術室還是航空陀螺儀生產(chǎn)，所有需要控塵的地方都要用，而由于設備廠家、設計、施工單位等種種原因，經(jīng)常會出現(xiàn)最終送風量無法滿足要求的情況，在更換皮帶輪做超頻運行還不能滿足送風量的情況下，如果現(xiàn)場測出數(shù)據(jù)與實際要求相差很少，可考慮更換高等級的高效過濾器。

提醒廠家和設計單位，在做潔凈室設計和空調(diào)機組選型時，一定要保證足夠的換氣次數(shù)并選擇合適的風機、高效過濾器，施工單位則需要盡量控制漏風率，使空調(diào)送風能夠送到室內(nèi)。

5 結(jié)束語

“提高過濾效率以降低換氣次數(shù)”，是個十分可怕的念頭。只有當現(xiàn)場已成既成事實且無法改變時，可作為臨時的補救措施，但關鍵還是要從源頭上，從送風量、換氣次數(shù)上去滿足要求，潔凈室主要塵源是人和設備，相比之下，經(jīng)高效過濾器進入室內(nèi)的粉塵量要少得多。尤其是三級過濾器配置齊全，高效選用沒有問題的情況下，更換更高一級過濾器對潔凈度并沒有太大影響。

參考文獻

[1]許鐘麟. 潔凈室設計[M]. 北京：地震出版社出版社，1994.

[2]中華人民共和國建設部.通風與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[3]許鐘麟. 藥廠潔凈室設計、運行與GMP認證[M].上海：同濟大學出版社，2002.

Effects of Filtering Efficiency and Air Changing Number of High Efficient Filter to Cleanness of Turbulent Clean Room

Liu Jingxiao1, Gao Xiangrong2, Geng Yunxiao3
（1. Shanghai Net State Construction Engineering Co., Ltd, Shanghai 200331; 2. Lanzhou Institute of Biological Products Co., Ltd, Lanzhou 730046; 3. China Electronics System Engineering, The Fourth Construction Co., Ltd, Shanghai 200050）

Abstract:The problem that cleanliness cannot reach the requirement due to insufficient air exchange existed in oral solid preparation workshop. The cause was analyzed in this article and the treating method was proposed. The specific experiment was then carried out so as to measure particle number under the conditions of different filtering efficiency and different number of air exchange. By comparing the results from experiment and theory, the conclusion of the experiment was obtained, based on which some proposals were presented for the design and construction later.

Keywords:filtering efficiency; number of air exchange; cleanliness

作者簡介：劉靜曉（1979—），男，高級工程師，主要從事化工與醫(yī)藥給排水工程設計和項目管理工作。

收稿日期：2015-07-02

中圖分類號：TQ 051.8+5

文獻標識碼：A

文章編號：2095-817X（2016）01-0034-000