不同占用狀態(tài)下輻流潔凈室潔凈度的研究

周玉巖 施麟 宋建立

摘 要：本文探討了輻流潔凈室潔凈度檢測(cè)的具體參數(shù)與方法，并在國(guó)內(nèi)首次對(duì)輻流潔凈室內(nèi)粒子濃度進(jìn)行了空態(tài)、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)下的實(shí)地測(cè)試，對(duì)其自凈時(shí)間、懸浮粒子分布情況進(jìn)行了分析，首次通過(guò)實(shí)測(cè)闡明了輻流潔凈室粒子濃度在不同占用狀態(tài)下的變化規(guī)律，為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：輻流潔凈室；實(shí)測(cè)；占用狀態(tài)；潔凈度；自凈時(shí)間

Abstract：This paper discusses the specific parameters of radial flow clean room cleanliness testing and the method， and for the first time in domestic to the radial flow clean indoor particle concentration in the empty state， under the static and dynamic field tests， the self-purification time， suspended particle distribution was analyzed， and the first time by the measured illuminates the radial flow clean room particles concentration in different occupancy state change rule， lay the foundation for follow-up study.

Key words：Vector-flow lean room； Actual measurement； Occupancy state；Cleanliness； Recovery time

輻流潔凈室（區(qū)）是指以建立潔凈空間為目的，以潔凈氣流通過(guò)潔凈空間頂部中央處或一側(cè)頂角處安裝的半圓柱形、半球形或扇形送風(fēng)末端，并在空間區(qū)域內(nèi)呈輻射狀斜向推動(dòng)污染物至對(duì)側(cè)下方回風(fēng)端口排出室外為方式，建立的潔凈室（區(qū)），如圖1所示。

因其不采用亂流的稀釋原理，又不類似單向流的活塞方式[1]，而是通過(guò)低穩(wěn)速的置換氣流，構(gòu)成由中心向四周輻射發(fā)散的氣流形態(tài)，以較低的能源消耗便可以達(dá)到一定潔凈度的要求。本實(shí)驗(yàn)區(qū)域創(chuàng)造性的把傳統(tǒng)的回風(fēng)管道與彩鋼板建筑空隙結(jié)合，搭建成新型低穩(wěn)速置換氣流潔凈室。通過(guò)檢測(cè)本區(qū)域，六十次每小時(shí)的換氣頻次下，整體內(nèi)部空間可以維持在ISO 5潔凈級(jí)水平，這對(duì)于醫(yī)院、藥品生產(chǎn)、航天科技等需要潔凈空氣的凈化領(lǐng)域，其節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)將展現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 區(qū)域設(shè)計(jì)

本區(qū)域設(shè)計(jì)級(jí)別為《中國(guó)藥典》規(guī)定的A級(jí)水平。區(qū)域長(zhǎng)度6.6m，寬度3.6m，高度2.4m，空間體積為57m.3。潔凈空調(diào)功率為5000m.3/h，采用西門子變頻設(shè)計(jì)，新風(fēng)功率為潔凈空調(diào)功率的十分之一。該區(qū)域總體構(gòu)造為圖1中的a型模式，潔凈風(fēng)路與輻流罩共同構(gòu)建成送風(fēng)部件（如圖2所示），具體方案為送風(fēng)孔道采用1.5mm厚度的鋁合金板制成0.4m直徑的輻流罩，并在其上開4mm直徑的孔洞，讓潔凈空氣輸入?yún)^(qū)域內(nèi)，而污染物則是由墻面下部7個(gè)0.4m×0.6m雙下側(cè)回風(fēng)空氣流場(chǎng)模式[2]排放到室外。

2 檢測(cè)方法

2.1 方法提要

檢測(cè)采用國(guó)際通用的塵埃粒子濃度來(lái)衡量潔凈區(qū)域的空氣潔凈級(jí)別，即根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求收集適宜空間體積內(nèi)的氣體，篩選出其中特定粒徑的塵埃粒子數(shù)量。

2.2 儀器設(shè)備

塵埃粒子濃度儀器型號(hào)為APC Smart Touch，該儀器計(jì)量號(hào)HXBC14-JZ01361。本次實(shí)驗(yàn)設(shè)定采集直徑0.5μm、5.0μm以上的塵埃粒子總數(shù)。

2.3 檢測(cè)程序

2.3.1 位點(diǎn)布局

水平位點(diǎn)布局為：在該區(qū)域由東向西每1.1m設(shè)一點(diǎn)位，由南至北寬每0.9m為一點(diǎn)位如圖2-a所示；垂直位點(diǎn)按照?qǐng)D2-b布局：由底部0.4m開始，每0.4m為一格，共6格，即全室分6層斷面，每層斷面35個(gè)水平點(diǎn)，在57m.3的空間中分布210個(gè)空間采集點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域網(wǎng)格化覆蓋。

2.3.2 采樣程序

塵埃粒子計(jì)數(shù)器在設(shè)定完成等待1min后，自動(dòng)凈化20s，而后啟動(dòng)采集樣本，每次采集樣本9.4L，70s內(nèi)連續(xù)收集3次樣本，每次采樣間隔3s，采樣過(guò)程中盡力避免因外在干擾造成數(shù)據(jù)波動(dòng)。

2.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.4 不同占用狀態(tài)下平面布局

潔凈室的三種占用狀態(tài)：①空態(tài)系指雖然凈化空調(diào)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，卻無(wú)安放工藝設(shè)備或進(jìn)入人員的狀態(tài)；②靜態(tài)系指凈化空調(diào)系統(tǒng)安裝好并已正常運(yùn)行，工藝設(shè)備已安裝完畢而未運(yùn)行的狀態(tài)，且無(wú)人員存在的狀態(tài)。③動(dòng)態(tài)系指，凈化空調(diào)運(yùn)行正常，生產(chǎn)設(shè)備在商定狀況下工作的狀態(tài)正常運(yùn)行，人員按規(guī)定在場(chǎng)或隨機(jī)在場(chǎng)[3]。根據(jù)上述狀態(tài)要求，我們?cè)跐崈羰覂?nèi)放置了3臺(tái)ACB-4A1型垂直超凈工作臺(tái)，其外形尺寸1340×630×1700（長(zhǎng)×寬×高），工作臺(tái)面距離地面0.8m，最大功率180W，具體位置如圖5中所示。按照上述采樣程序的設(shè)置，對(duì)除超凈臺(tái)所占空間外的采樣點(diǎn)檢測(cè)，并對(duì)0.5μm，5.0μm粒徑粒子結(jié)果進(jìn)行分析。

3 懸浮粒子濃度檢測(cè)結(jié)果與分析

3.1 三態(tài)下0.5μm粒子濃度變化

通過(guò)檢測(cè)，不同占用狀態(tài)下同一水平層面，0.5μm粒子濃度在顯著性差異。在本輻流潔凈室的具體參數(shù)下，與空態(tài)相比，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下0.8m、1.2m、2.4m這三個(gè)層面受到的影響較大，如圖6所示。

顯而易見(jiàn)，輻流潔凈室內(nèi)0.5μm粒子在室內(nèi)變化是不均勻的，當(dāng)然這種不均勻分布也不是指每一點(diǎn)的不均勻分布，而是指區(qū)域不均勻分布，存在區(qū)域濃度差。這里我們重點(diǎn)探究0.8m、1.2m水平層面變化成因。由前期工作已知，輻流潔凈室空態(tài)下距離地面0.8m～1.2m層面空間內(nèi)，風(fēng)速值相對(duì)較高，隨著超凈工作臺(tái)的放置，輻流潔凈室顯著特征輻射狀斜向推進(jìn)的氣流被工作臺(tái)阻擋，改變了氣流流場(chǎng)，故在0.8m～1.2m層面空間內(nèi)，0.5μm粒子迅速升高。

動(dòng)態(tài)下工作臺(tái)開啟后，由于是上置式吸風(fēng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的動(dòng)能以及其產(chǎn)生的熱效應(yīng)，對(duì)工作臺(tái)上部區(qū)域氣流影響甚大，造成1.2m水平面上0.5μm粒子濃度飆升，但仍在可接受范圍內(nèi)。而在距離地面0.8m處的工作臺(tái)出風(fēng)口處，百級(jí)潔凈出風(fēng)稀釋而降低了其周圍0.5μm粒子濃度，故動(dòng)態(tài)下0.8m水平面處0.5μm粒子濃度較靜態(tài)下不升反降。

3.2 三態(tài)下5.0μm粒子濃度變化

在高效過(guò)濾器運(yùn)行正常的前提下，潔凈室內(nèi)5.0μm粒子濃度的高低，與室內(nèi)衛(wèi)生狀況的好壞密切相關(guān)。潔凈室在經(jīng)過(guò)正常自凈后，室內(nèi)5.0μm粒子總量趨于穩(wěn)定，在圖7中可見(jiàn)，空態(tài)下5.0μm粒子隨著采樣高度的升高而逐漸降低。靜態(tài)下當(dāng)工作臺(tái)放置后，相當(dāng)于室內(nèi)5.0μm粒子污染源增加了，并且由于超凈工作臺(tái)頂部風(fēng)機(jī)不易清潔，故在2.0m水平面以上區(qū)域5.0μm粒子顯著升高。

動(dòng)態(tài)下工作臺(tái)正常運(yùn)行，人員正常操作，這樣就增加并攪動(dòng)了室內(nèi)5.0μm粒子的擴(kuò)散，但同時(shí)由于凝并和沉降作用，使得5.0μm粒子在1.6m水平面上濃度最低。

3.3 空態(tài)下自凈時(shí)間的測(cè)定

按照國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《潔凈室施工與驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定的自凈時(shí)間測(cè)試方法中人工塵為基準(zhǔn)，采用點(diǎn)燃巴蘭香產(chǎn)塵代替氣溶膠，在C4點(diǎn)位離地面1.8m處的室中心點(diǎn)發(fā)煙使發(fā)塵濃度超過(guò)潔凈室潔凈等級(jí)1000倍，即停止，待1min后，在工作區(qū)平面中心點(diǎn)測(cè)定含塵濃度，然后開機(jī)測(cè)得輻流潔凈室實(shí)際自凈時(shí)間與0.5μm粒子濃度對(duì)數(shù)值線性圖[4]。結(jié)果顯示，輻流潔凈室自凈效果明顯，僅用5min左右時(shí)間就將粒子濃度從十萬(wàn)級(jí)將至百級(jí)水平，如圖8所示。

4 討論

通過(guò)分析，本輻流潔凈室設(shè)計(jì)參數(shù)合理，其室內(nèi)中部氣流斜推作用明顯，形成了一種比較合理的氣流流型。通過(guò)比較各水平面粒子濃度變化情況，確定0.8m水平面為輻流潔凈室粒子濃度適宜的測(cè)試面高度；通過(guò)檢測(cè)本區(qū)域六十次每小時(shí)的換氣頻次下，整體空間內(nèi)部可以維持在ISO 5潔凈級(jí)水平；通過(guò)分析空態(tài)、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)下不同粒徑粒子濃度變化的成因，為后續(xù)氣流變化的研究提高基礎(chǔ)。也為醫(yī)院、藥品生產(chǎn)、航天科技等需要潔凈空氣的凈化領(lǐng)域，提供一種節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)明顯的低能耗低穩(wěn)速置換流潔凈室建設(shè)模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]許鐘麟.空氣潔凈技術(shù)原理[M].北京：科學(xué)出版社， 2014.292-296.

[2]陳霖新.潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社， 2013.

[3]許鐘麟 ，馮昕，張益昭，等.關(guān)于潔凈室占用狀態(tài)定義的探討—國(guó)標(biāo)《潔凈室施工及驗(yàn)收規(guī)范》編制組研討系列課題之二[J].暖通空調(diào)，2008，38（2）：14.

[4]任生雄，劉俊杰.自凈時(shí)間檢測(cè)方法的分析與探討[J].建筑科學(xué)， 2012.10（第28卷增刊-2）.