凈化暖通系統(tǒng)常見問題與處理方案應(yīng)用研究

蔣三寶

上海天跡潔凈工程科技有限公司，中國·上海 200000

1 引言

目前中國正處于產(chǎn)業(yè)升級換代的關(guān)鍵階段，中國已經(jīng)在生物醫(yī)藥、食品衛(wèi)生、新型材料應(yīng)用以及電子半導(dǎo)體等行業(yè)取得了舉世矚目的成績。這些行業(yè)的生產(chǎn)廠房對室內(nèi)環(huán)境有著嚴格的要求，包括溫度、濕度、潔凈度以及細菌濃度等。為了給廠房提供良好的生產(chǎn)環(huán)境，就必須確保凈化暖通系統(tǒng)正常運行。凈化暖通系統(tǒng)主要由空調(diào)風系統(tǒng)以及空調(diào)水系統(tǒng)組成，下面主要從這兩種系統(tǒng)常見問題的處理方案措施進行簡單介紹。

2 空調(diào)風系統(tǒng)主要問題與處理方案

2.1 空調(diào)系統(tǒng)送風量計算方法

潔凈室空調(diào)送風量不足將影響房間潔凈度、換氣次數(shù)、房間壓差等，空調(diào)機組送風量必須符合規(guī)范以及設(shè)計要求?？照{(diào)送風量計算包括兩種方式：第一種根據(jù)房間冷熱負荷計算送風量；第二種根據(jù)房間換氣次數(shù)計算送風量。

2.1.1 根據(jù)房間負荷計算送風量

潔凈室房間負荷包括：新風負荷（Q1）、人員負荷（Q2）、電氣照明負荷（Q3）、維護結(jié)構(gòu)負荷（Q4）及設(shè)備負荷（Q5）。

根據(jù)熱量公式：

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=C×M×△T

式中，Q為熱量（J）；C為比熱容 （ J/kg℃）；M為質(zhì)量（kg）。

新風負荷：

Q1=G1×ρ× △I1

式中，G1為新風量（m3/h）；ρ為空氣密度（kg/m3），取1.2kg/m3；△I1為室內(nèi)外新風狀態(tài)點焓差（kJ/kg）。

由以上公式可得出組合式空調(diào)機組送風風量：

G=3600×Q/ρ× △I

式中，G為空調(diào)送風量（m3/h）；Q為空調(diào)制冷量（kW）；△I為空調(diào)箱送風與室內(nèi)要求環(huán)境狀態(tài)點要求焓差值（kJ/kg）；

2.1.2 根據(jù)換氣次數(shù)計算送風量

潔凈室暖通風量設(shè)計常見采用根據(jù)換氣次數(shù)要求計算送風量大小，根據(jù)ISPE 指南經(jīng)驗法則要求：FDA 和ISPE的CNC（D 級動態(tài)標準）潔凈室，6～20 次/h 換氣次數(shù)；ISO8 級（C 級動態(tài)標準）潔凈室，20～40 次；ISO7 級（B級動態(tài)標準）潔凈室，40～60 次/h 換氣次數(shù)；ISO5 級（A 級）潔凈室要求單向流，則不再按照換氣次數(shù)核算風量，通過氣流速度進行計算送風量。最后通過以上兩種方案計算出組合式空調(diào)機組送風量，取兩者中最大值。

2.2 基諾厚普項目空調(diào)送風量不足問題

2.2.1 項目基本信息介紹

福建省基諾厚普生物科技有限公司由新希望集團與臺灣霖揚生技制藥股份公司共同投資建成，為莆田市重點引進外資項目，主要進行仿制藥研發(fā)與生產(chǎn)，建設(shè)有11 條藥品生產(chǎn)線。潔凈車間共計約4000m2，組合式凈化空調(diào)機組34臺，采用螺桿機+冷卻塔+蒸汽鍋爐方式提供空調(diào)冷熱源，下面對此項目調(diào)試期間出現(xiàn)的暖通風系統(tǒng)有關(guān)問題處理進行闡述[1]。

2.2.2 送風量不足原因判斷

空調(diào)系統(tǒng)安裝完工后，在AHU322A 空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試階段出現(xiàn)此空調(diào)機組在50Hz 滿頻工作狀態(tài)下送風量明顯不足情況，無法滿足設(shè)計對房間換氣次數(shù)的要求。出現(xiàn)此情況后，首先安排人員對空調(diào)系統(tǒng)施工安裝質(zhì)量方面進行如下檢查：空調(diào)機組正反轉(zhuǎn)檢查；所有送風管路上手動閥及電動閥檢查；空調(diào)送風風管漏風情況檢查；送回風管沿程阻力核算檢查等。

通過仔細排查發(fā)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)施工安裝質(zhì)量均符合設(shè)計要求，空調(diào)自控等相關(guān)系統(tǒng)運行均正常，因此初步斷定可能由于機組自身送風量偏小導(dǎo)致房間換氣次數(shù)無法滿足要求。首先考慮可能由于設(shè)計原因?qū)е滤惋L量偏小，因此按照風量的計算公式對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計風量進行再次校核，通過計算空調(diào)機組銘牌上所標示機組風量以及機外余壓均滿足設(shè)計要求，因此排除設(shè)計原因的可能。最后推斷應(yīng)該是空調(diào)機組自身問題導(dǎo)致送風量不足的情況，設(shè)備廠家堅稱設(shè)備完全按照設(shè)計參數(shù)生產(chǎn)不存在任何問題。

2.2.3 皮托管測風量解決方案

為盡早將此問題徹底解決，不影響項目的驗收交付時間，因此決定采用皮托管測風量的方式對空調(diào)機組出風口送風量進行測試。皮托管測量風量的要點如下：

皮托管測風量首先需正確選擇測量點截面位置，風量測量孔截面位置應(yīng)選擇在氣流比較穩(wěn)定，氣體流速比較均勻的直管段上，一般沿著氣流方向選在產(chǎn)生局部阻力如彎頭、三通及變徑管件之后4～5 倍風管長邊管徑，和產(chǎn)生局部阻力管件之前1.5～2 倍風管長邊管徑的風管直管段上。如圖1所示。

圖1 風量測量位置示意圖

在實際工程中如果現(xiàn)場風管直管段無法滿足以上要求，則風量測量孔應(yīng)選在風管段為直管段上且測量孔距上游局部阻力管件距離為距下游局部阻力管件距離1.5～2 倍位置。風管測量孔數(shù)量以及測量點數(shù)量的確定需滿足如下要求：

圓形風管測量孔應(yīng)選在圓形截面的兩個相互垂直的直徑端部的位置，圓形風管直徑小于等于1250mm 時，應(yīng)設(shè)置兩個測量孔，可在兩個互相垂直直徑任一端管壁上設(shè)測量孔；圓形風管直徑大于1250mm 時，應(yīng)設(shè)置四個測量孔，即在兩個相互垂直直徑兩端管壁設(shè)四個測量孔。圓形截面上的測量點可根據(jù)直徑大小將截面直徑分為n 等份（n 取值3～6）。每個圓環(huán)上設(shè)4 個測點，四個測量點必須位于兩個相互垂直的直徑上。

矩形風管測量孔設(shè)在風管高度的側(cè)面，風管寬度小于1250mm 時，在風管高度一側(cè)設(shè)測量孔；風管寬度大于1250mm 小于2500 時，在風管高度兩側(cè)設(shè)測量孔；每側(cè)測量位置以及測量點數(shù)量根據(jù)矩形風管尺寸確定，測量孔點數(shù)量及測點越多，測量結(jié)果越精確。

采用畢托管測風量是采用如下公式計算風量：

L=3600×A×（2Pdp/ρ）?

式中，L為風量（m3/h）；A為測量截面面積（m2）；Pdp為平均動壓值（Pa）；ρ為空氣的容重，在20℃條件下取1.2kg/m3。

測量截面在氣流比較均勻穩(wěn)定的直管上，各測點動壓值算術(shù)平均值即為風管平均動壓Pdp。

Pdp=（Pd1+Pd2+Pd3+Pd4…+Pdn）/n

通過以上方法核算出AHU322A 空調(diào)機組送風量數(shù)值，通過核算最終確定由于空調(diào)機組設(shè)備原因?qū)е滤惋L量偏小。經(jīng)與空調(diào)廠家再次溝通，廠家確認由于設(shè)備原因?qū)е麓饲闆r，統(tǒng)一安排人員至現(xiàn)場更換電機，最終空調(diào)機組風量偏小問題得以順利解決。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)加濕量不足問題

2.3.1 潔凈室濕度重要性

潔凈室環(huán)境對暖通凈化系統(tǒng)溫濕度有嚴格要求，普通潔凈室濕度正常要求為40%～60%，在此濕度范圍可以有效抑制細菌生長。對于生物醫(yī)藥潔凈室而言相對濕度如無法控制，則無法通過GMP 驗證，將嚴重影響廠房的投入使用以及產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3.2 空調(diào)加濕量核算

福建基諾厚普項目空調(diào)系統(tǒng)在調(diào)試過程中出現(xiàn)AHU531 空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)房間濕度冬季白天最高維持在40%，低于設(shè)計濕度所要求的50%要求，空調(diào)機組加濕量不足的情況。出現(xiàn)此種情況后首先對設(shè)計加濕量進行校核。

從圖2 可知狀態(tài)點I 至狀態(tài)點J 為空調(diào)加濕的過程，G為回風狀態(tài)點，H 為回風與新風混合狀態(tài)點，K 為空調(diào)送風狀態(tài)點，通過查焓濕圖以及混合狀態(tài)點空氣參數(shù)的計算方式得出各空調(diào)功能段空氣狀態(tài)點具體參數(shù)如表1所示。

圖2 空調(diào)機組運行示意圖

表1 空調(diào)狀態(tài)點參數(shù)表

加濕量計算公式如下：

M=G×ρ×△AH×K

式中，M為加濕器量（kg）；G為風量（m3/h）；ρ為空氣的容重，在20℃條件下取1.2kg/m3；△AH：空調(diào)加濕器前后兩個狀態(tài)點絕對含濕量差值（g/kg）；K為加濕器加濕量調(diào)整系數(shù)，取值1.1～1.2。

通過以上公式可以計算出加濕器加濕量：

M=3000×1.2×（0.0082-0.0041）×1.2=17.7kg/h

通過以上方法核算，空調(diào)機組AHU531 加濕量參數(shù)完全滿足濕度要求從而排除空調(diào)機組加濕量設(shè)計不足問題。

2.3.3 空調(diào)加濕量不足問題解決方案

排除加濕量設(shè)計偏小問題后，對空調(diào)系統(tǒng)安裝及調(diào)試過程進行重新檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)此組合式空調(diào)機組吊裝于房間吊頂內(nèi)，吊頂空間狹小，夾層風管及相關(guān)管道眾多，空調(diào)箱上原回風口由于空間受限，無法接回風管道，因此將空調(diào)回風管道接至空調(diào)新風管道上，空調(diào)新風閥門與回風總閥在壓差調(diào)試過程中全部調(diào)整為全開狀態(tài)?？紤]新風管主管尺寸大于回風管尺寸，因此，考慮此空調(diào)新風量可能大于設(shè)計風量。通過對空調(diào)箱新風口風速測量，計算出空調(diào)新風量比設(shè)計新風量大。因此通過調(diào)整新風回風閥門開度，將空調(diào)機組新風量減少約1/3 后房間濕度上升至設(shè)計值，系統(tǒng)運行正常[2]。

2.4 房間溫度過低問題

2.4.1 項目基本信息介紹

凈化空調(diào)系統(tǒng)溫度對工藝生產(chǎn)以及生產(chǎn)人員舒適性存在很大影響，在空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試過程中房間溫度過高、溫度過低也是非常常見問題。上海賽增醫(yī)療科技有限公司研發(fā)中心項目為長春金賽藥業(yè)在上海新建研發(fā)中心總部項目，項目裝修面積1500m2，施工范圍包括潔凈室以及普通裝修兩部分。

2.4.2 空調(diào)盤管制冷量核算

此項目空調(diào)AHU301 在滿負荷運行情況下，出現(xiàn)冬季實驗室溫度偏低情況，房間溫度始終維持在19℃以下。為解決此問題，首先對機組冷熱源運行情況、自控系統(tǒng)以及風閥、過濾器等安裝情況進行檢查，通過檢查均未發(fā)現(xiàn)異常，因此考慮對空調(diào)機組設(shè)計參數(shù)進行檢查。通過計算空調(diào)機組送風量以及空調(diào)機組出風口與室內(nèi)狀態(tài)點的焓差，根據(jù)空調(diào)負荷計算公式：

Q=G×ρ× △I

計算出此臺空調(diào)機組盤管制冷量為23kW，現(xiàn)場核對空調(diào)機組銘牌上空調(diào)盤管制制冷量為19kW，因此得出房間溫度偏低是空調(diào)機組熱量計算偏小所引起。

2.4.3 房間溫度過低問題解決方案

將現(xiàn)場檢查情況反饋于設(shè)計師，設(shè)計師重新對空調(diào)參數(shù)進行計算，最終確認此問題。隨即組織設(shè)計師與設(shè)備廠家針對設(shè)備加熱功率不足問題召開專題會議，討論處理方案。由于更換空調(diào)機組加熱盤管費用及貨期較長，經(jīng)各方討論決議，解決處理方案為在空調(diào)機組內(nèi)新風口位置增加電加熱及電氣控制配件，新增電加熱功率為6kW，最終房間溫度過低問題得以解決。

3 空調(diào)水系統(tǒng)問題與處理方案

3.1 空調(diào)水系統(tǒng)介紹

空調(diào)水系統(tǒng)作用主要為空調(diào)末端設(shè)備提供冷熱源，將空調(diào)主機冷熱源通過水系統(tǒng)管道輸送至空調(diào)末端設(shè)備，再將空調(diào)末端設(shè)備熱量通過水系統(tǒng)管道輸送回空調(diào)主機，從而實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的溫度控制?？照{(diào)水系統(tǒng)由兩部分組成，包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。

3.1.1 冷凍水系統(tǒng)組成及原理

冷凍水系統(tǒng)主要包括冷凍水管道、機組蒸發(fā)器、空調(diào)末端設(shè)備。低溫冷凍水從熱泵機組蒸發(fā)器流出，通過冷凍水泵輸送進冷凍水管道內(nèi)，通過冷凍水流動將冷量帶入室內(nèi)，從而降低房間溫度，最后將熱量帶回到空調(diào)主機蒸發(fā)器。

3.1.2 冷卻水系統(tǒng)組成及原理

冷卻水系統(tǒng)部分包括冷卻水管道、冷卻水泵、冷卻水塔及空調(diào)冷凝器等組成。冷凍水系統(tǒng)通過水系統(tǒng)帶走室內(nèi)大量的熱量，帶回空調(diào)主機。此熱量通過熱泵主機換熱器傳給冷卻水系統(tǒng)，因此冷卻水溫度升高。冷卻水泵通過冷卻水管網(wǎng)將升溫后的冷卻水輸送進冷卻水塔，冷卻塔與室外大氣進行熱交換，從而實現(xiàn)降低冷卻水管網(wǎng)水溫效果。

3.2 空調(diào)水系統(tǒng)水容量不足問題與解決方案

3.2.1 項目基本信息介紹

和元生物技術(shù)（上海）股份有限公司是一家聚焦基因治療領(lǐng)域的生物科技上市公司?；蛑委熕幬镩_發(fā)實驗室建設(shè)項目裝修工程為和元生物新建GMP 實驗室項目，裝修面積1600m2共4 層，全部為潔凈室裝修，潔凈等級C 級。此項目共有四管制風量熱泵機組9 臺，組合式空調(diào)機組為8 臺，冷熱水系統(tǒng)水泵共計6 臺。

3.2.2 水容量不足問題原因分析

此項目空調(diào)水系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)風冷熱泵主機在末端空調(diào)內(nèi)機一半以上關(guān)機情況下，風冷熱泵主機經(jīng)常出現(xiàn)出水溫度低報警情況，影響空調(diào)系統(tǒng)正常運行。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)在所有末端空調(diào)內(nèi)機開啟的情況下，風冷熱泵主機10～15min 啟停一次，啟停較為頻繁，根據(jù)經(jīng)驗此種情況可能與空調(diào)水系統(tǒng)水容量不足有關(guān)。

3.2.3 空調(diào)水系統(tǒng)水容量核算

空調(diào)系統(tǒng)水容量大小直接影響主機制熱時間即主機啟停時間的長短，因此對空調(diào)機組的水容量進行核算。根據(jù)熱量公式：

Q=C×M×△T

可以得出在水系統(tǒng)升溫5℃情況下，水流量L（m3/h）=Q（kW）×0.172，因此1kW 熱量可以將0.172m3水一個小時內(nèi)升溫5℃。

由于關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)水容量計算目前暫并無準確的計算規(guī)則，需結(jié)合空調(diào)主機設(shè)備性能以及設(shè)計要求決定。水容量并不是越大越好，空調(diào)水系統(tǒng)水容量越大空調(diào)主機啟停間隔越長，空調(diào)主機啟動對水系統(tǒng)升溫處理的時間。為避免空調(diào)外機頻繁啟停，筆者結(jié)合理論計算、相關(guān)經(jīng)驗及空調(diào)設(shè)備廠家技術(shù)人員提供意見，得出可按照空調(diào)主機1kW 冷量對應(yīng)15～25L 水經(jīng)驗值考慮冷凍水系統(tǒng)水容量。

3.2.4 空調(diào)水系統(tǒng)水容量不足問題解決方案

根據(jù)計算空調(diào)冷凍水系統(tǒng)實際所需水容量約4.2m3，但原水系統(tǒng)設(shè)計水容量僅為2.8m3，因此確定原水系統(tǒng)水容量偏小。后經(jīng)與設(shè)計院溝通確認，原水系統(tǒng)增加一臺1.5m3儲能水箱，最終水系統(tǒng)運行正常。

3.3 水流不足問題原因分析

空調(diào)水系統(tǒng)在運行過程中，水流不足報警也是水系統(tǒng)常見問題，水流不足報警將導(dǎo)致主機無法正常啟動，對房間溫濕度控制造成嚴重影響。引起水流不足的報警原因很多，本處主要闡述常見幾種典型原因：

①水流開關(guān)自身問題，如觸頭螺絲的過緊以及水流開關(guān)插入管道內(nèi)彈片的長度過長等。

②主機、水泵及空調(diào)末端過濾器堵塞問題。

③管道內(nèi)空氣未排盡，特別管道系統(tǒng)最高點位置務(wù)必設(shè)置排氣閥。

④主管壓差旁通閥開度問題。

具體問題需根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行具體分析，只有找到問題本質(zhì)，才能采取針對性處理方案[3]。

4 結(jié)論與建議

運行正常的凈化暖通系統(tǒng)可以為精密儀器設(shè)備制造提供恒溫恒濕系統(tǒng)環(huán)境，可以滿足生物醫(yī)藥等對高潔凈度、低細菌濃度的要求，對潔凈室正常使用至關(guān)重要。凈化暖通系統(tǒng)組成復(fù)雜，在施工及運行調(diào)試過程中會出現(xiàn)各類問題，只有對暖通系統(tǒng)原理充分了解且具有一定的現(xiàn)場管理經(jīng)驗才能快速有效地處理問題。論文主要對暖通系統(tǒng)常見問題進行簡單分析與總結(jié)，供大家在處理暖通系統(tǒng)調(diào)試運行過程出現(xiàn)問題時提供解決思路，并作為參考。同時暖通技術(shù)方面新的技術(shù)、新的設(shè)備材料、新的工藝推陳出新，我們每一個暖通人員只有在工作中不斷學習并總結(jié)經(jīng)驗，才能適應(yīng)凈化暖通系統(tǒng)對專業(yè)技術(shù)能力越來越高要求，為祖國暖通技術(shù)發(fā)展貢獻自己的力量[4]。