甄勤

ZHEN Qin

（中國中建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，北京 100037）

（ChinaConstructionEngineeringDesignGroupCorporation Lim ited，Beijing 100037，China）

北京某藥廠潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)

甄勤

ZHEN Qin

（中國中建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，北京 100037）

（ChinaConstructionEngineeringDesignGroupCorporation Lim ited，Beijing 100037，China）

通過北京某藥廠潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，闡述藥廠潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)的方法及要點(diǎn)，重點(diǎn)總結(jié)了潔凈空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量、負(fù)荷的計(jì)算方法及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并用工程實(shí)例分析潔凈空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管管路的布置原則。

潔凈空調(diào)；計(jì)算方法；管路設(shè)計(jì)

1 引言

隨著科技的進(jìn)步以及醫(yī)療技術(shù)水平的提高，人們對(duì)藥品的生產(chǎn)質(zhì)量要求越來越高，為防止藥品在生產(chǎn)過程中的污染，國家頒布了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。1995年7月11日，國家衛(wèi)生部下達(dá)了開展藥品GMP認(rèn)證工作的通知?！夺t(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50457—2008）進(jìn)一步融入了GMP管理理念，以保障藥品生產(chǎn)質(zhì)量為原則，從設(shè)計(jì)中貫徹執(zhí)行《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（GMP）和國家有關(guān)方針政策。在進(jìn)行醫(yī)藥潔凈廠房的相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

凈化空調(diào)系統(tǒng)是控制對(duì)潔凈室內(nèi)潔凈環(huán)境產(chǎn)生影響的物質(zhì)，如粉塵、煙霧、微生物等，并控制房間的溫度、濕度在要求的范圍內(nèi)。空調(diào)凈化系統(tǒng)是在空調(diào)設(shè)備的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化空氣過濾設(shè)施，同時(shí)控制室內(nèi)外壓差，合理安排氣流組織，避免交叉污染?，F(xiàn)結(jié)合北京某制藥廠的潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)，闡述潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2 工程概況

本工程總建筑面積10 000m2，潔凈空調(diào)區(qū)域面積為2000m2，建筑高度14m，共2層，1層主要為辦公室及庫房，2層為制藥車間及包裝間。2層制藥車間設(shè)計(jì)為潔凈度為100 000級(jí)的潔凈車間。

3 藥廠平面布局

潔凈藥廠平面布局設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于控制塵粒及微生物對(duì)藥品的污染。廠區(qū)位置的選擇十分重要，應(yīng)選擇在大氣含塵濃度、含有害氣體濃度、含細(xì)菌濃度低的環(huán)境中。合理布置建筑平面布局、規(guī)劃好人流、物流線路，是控制污染物的關(guān)鍵。建筑平面布置不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致工藝操作不便，人流物流紊亂，造成交叉污染。生產(chǎn)車間內(nèi)工藝布局要與工藝流程一致，避免人流和物流的交叉污染，做到合理的生產(chǎn)操作和有效管理。

該工程采用外廊回收型布局，實(shí)現(xiàn)潔污分流，并且在潔凈車間內(nèi)部設(shè)置正壓走廊，可以有效地控制污染物的流向，在生產(chǎn)過程中避免產(chǎn)塵、產(chǎn)濕房間的污染物流向潔凈要求高的主要房間。人員和物料的出入口均分開設(shè)置，該工程人員進(jìn)出生產(chǎn)區(qū)域的出入口設(shè)置在西北角處，物料進(jìn)出生產(chǎn)區(qū)域的出入口設(shè)置在東南角，人員及物料在進(jìn)入醫(yī)藥潔凈室前均設(shè)置凈化用室和設(shè)施，詳見圖1。

圖1 潔凈車間平面布局

4 潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

潔凈空調(diào)系統(tǒng)的合理設(shè)置，旨在控制生產(chǎn)工藝環(huán)境的空氣潔凈度等級(jí)，控制生產(chǎn)車間的溫度與濕度在要求的范圍之內(nèi)，控制潔凈室的壓差及氣流流向，保障生產(chǎn)車間處于受控狀態(tài)。

4.1 潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

1）按照生產(chǎn)工藝的要求確定潔凈車間的潔凈度等級(jí)，確定氣流流型；

2）確定室內(nèi)外參數(shù)；

3）計(jì)算潔凈室的冷熱負(fù)荷；

4）確定各個(gè)房間的壓差值，計(jì)算壓差風(fēng)量；

5）計(jì)算新風(fēng)量；

6）計(jì)算送風(fēng)量；

7）計(jì)算回風(fēng)、排風(fēng)量；

8）氣流組織設(shè)計(jì)；

9）空調(diào)總的冷、熱負(fù)荷計(jì)算；

10）確定空調(diào)系統(tǒng)加熱、冷卻、加濕、除濕等處理方案，選擇空氣處理設(shè)備；

11）布置空調(diào)機(jī)房及管路系統(tǒng)。

4.2 潔凈室室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

潔凈室室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定遵循以下原則，當(dāng)生產(chǎn)工藝對(duì)潔凈室的潔凈度等級(jí)及溫濕度有特殊要求時(shí)，按照工藝的要求確定設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)生產(chǎn)工藝對(duì)此沒有提出特殊要求時(shí)，應(yīng)按照國家相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)確定。

根據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50457—2008）中規(guī)定：“生產(chǎn)工藝對(duì)溫度和濕度沒有特殊要求時(shí)，百級(jí)、萬級(jí)的醫(yī)藥潔凈室溫度應(yīng)為20～24℃，相對(duì)濕度應(yīng)為45%～60%；十萬級(jí)、三十萬級(jí)的醫(yī)藥潔凈室溫度應(yīng)為18～26℃，相對(duì)濕度應(yīng)為45%～65%?！盵1]

本工程潔凈車間是十萬級(jí)，工藝無特殊要求，因此室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)定為：溫度為18～26℃，相對(duì)濕度為45% ～65%。

4.3 潔凈室負(fù)荷計(jì)算

潔凈室負(fù)荷計(jì)算包含下列內(nèi)容。

1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)引起的負(fù)荷：潔凈室的冬季熱負(fù)荷與

一般空調(diào)的計(jì)算方法相同，而夏季的冷負(fù)荷的計(jì)算方法有所不同，位于建筑內(nèi)區(qū)的潔凈室，在計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)引起的冷負(fù)荷時(shí)可按穩(wěn)態(tài)傳熱公式計(jì)算，詳見公式（1）[2]：

式中，K為內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)(如內(nèi)墻、樓板等)的傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；F為內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的面積，m2；twp為夏季空調(diào)室外計(jì)算日平均溫度，℃；Δtls為鄰室溫升℃，可按表1選?。籺n為室內(nèi)計(jì)算溫度，℃。

表1 鄰室溫升

2）潔凈室工作人員的人體散熱量。

3）潔凈室內(nèi)照明燈具的散熱量。

4）潔凈室內(nèi)設(shè)備、器具、管道等其他內(nèi)部熱源散熱量。

5）潔凈室內(nèi)伴隨各種散濕過程的散熱量。

4.4 各個(gè)房間壓差值的確定

控制好潔凈室的壓差，是為了保證在空氣平衡暫時(shí)被破壞時(shí)，潔凈室不會(huì)與周圍環(huán)境及鄰室相互污染，保證潔凈室處在受控狀態(tài)。

根據(jù)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50073—2013)中規(guī)定：“潔凈室與周圍的空間必須維持一定的壓差，不同等級(jí)的潔凈室之間的壓差不宜小于5Pa，潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差不應(yīng)小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差不應(yīng)小于10Pa?！盵3]

潔凈室壓差的設(shè)計(jì)是以潔凈室功能、污染物種類及數(shù)量等因素來確定的，該工程潔凈車間根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置正壓走廊，有效地控制污染物由走廊傳播擴(kuò)散到其他房間。包衣間及壓片間、顆粒包裝間等這些具有易燃易爆氣體或產(chǎn)塵的房間的靜壓值要設(shè)計(jì)的相對(duì)偏低些，該潔凈車間壓差布局如圖2所示。

圖2 潔凈車間壓差布局

4.5 壓差風(fēng)量計(jì)算

在工程設(shè)計(jì)中潔凈室壓差風(fēng)量的確定通常采用房間換氣次數(shù)法計(jì)算，壓差換氣次數(shù)是根據(jù)房間的正壓值、潔凈室維護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性條件等綜合確定的，在設(shè)計(jì)中通常參考表2中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2 正壓換氣次數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

例如該項(xiàng)目中，器具存放間要求正壓值為30Pa（表中第7行），潔凈室的體積為24m3，潔凈室沒有外窗、密閉性較好（表中第4列第7行），此潔凈室壓差風(fēng)量為:

4.6 潔凈室新風(fēng)量計(jì)算

根據(jù)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50073—2013）的規(guī)定：“潔凈室內(nèi)的新鮮空氣量應(yīng)取下列兩項(xiàng)中的最大值：（1）補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓值所需新鮮空氣量之和；（2）保證供給潔凈室內(nèi)每人每小時(shí)的新鮮空氣量不小于40m3?！毕旅嬉栽擁?xiàng)目中顆粒包裝間為例，闡述新風(fēng)量的計(jì)算方法。

該項(xiàng)目中顆粒包裝間的面積為23m2，體積為92m3，工作人員4人，設(shè)計(jì)正壓值為20Pa，生產(chǎn)工藝中有產(chǎn)塵點(diǎn)設(shè)置有除塵排風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)算：

保持正壓所需新風(fēng)量為

除塵排風(fēng)量為600m3/h

由上述原則該房間新風(fēng)量最終確定為：

該項(xiàng)目由于需要除塵排風(fēng)及要求全排風(fēng)的房間較多，因此該項(xiàng)目潔凈空調(diào)的新風(fēng)比達(dá)到了54%。

4.7 潔凈室送風(fēng)量計(jì)算

潔凈空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量的確定是潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)計(jì)算中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，潔凈空調(diào)系統(tǒng)所送入的風(fēng)量不僅要滿足室內(nèi)溫濕度的要求，還要滿足潔凈室內(nèi)的空氣潔凈度的要求，并保證潔凈室所需的新風(fēng)量要求。

潔凈空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量計(jì)算偏大則會(huì)造成設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用的增加，系統(tǒng)送風(fēng)量計(jì)算偏小則會(huì)造成潔凈室的溫濕度及空氣潔凈度失控。

根據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50457—2008）中規(guī)定：“醫(yī)藥潔凈室的送風(fēng)量應(yīng)取下列最大值：（1）為保證空氣潔凈度等級(jí)需要的送風(fēng)量，按有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算或按室內(nèi)發(fā)塵量計(jì)算；（2）根據(jù)熱濕負(fù)荷計(jì)算確定的送風(fēng)量；（3）向醫(yī)藥潔凈室內(nèi)供給的新鮮空氣量?！?/p>

由于潔凈室內(nèi)的產(chǎn)塵量很難準(zhǔn)確計(jì)算，因此在計(jì)算為保證空氣潔凈度等級(jí)所需要的送風(fēng)量時(shí)，通常根據(jù)醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范所提供的換氣次數(shù)值，并結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)確定。

在選擇換氣次數(shù)時(shí)，根據(jù)潔凈室內(nèi)的生產(chǎn)情況遵循以下原則：潔凈室內(nèi)人員少，發(fā)塵量少，產(chǎn)熱產(chǎn)濕少時(shí)選取表2中的下限值反之則選取上限值。

該工程潔凈車間的潔凈級(jí)別為100 000級(jí)，人員密度大，有一定的產(chǎn)塵量，因此選取換氣次數(shù)為15次/h?？紤]到風(fēng)管及設(shè)備的氣密性，由于在施工過程中的疏漏及生產(chǎn)運(yùn)行中由于設(shè)備的震動(dòng)，管道及設(shè)備的連接處存在一定的漏風(fēng)率，故最終換氣次數(shù)確定為18次/h，以確保潔凈室生產(chǎn)環(huán)境的可靠性。

4.8 潔凈室回風(fēng)量的計(jì)算

由風(fēng)量平衡原理可知進(jìn)入潔凈室的風(fēng)量與排出潔凈室的風(fēng)量是相等的，潔凈室的送風(fēng)量是新風(fēng)量與回風(fēng)量的總和，因此潔凈室的回風(fēng)量為送風(fēng)量減去新風(fēng)量。

4.9 潔凈室氣流組織設(shè)計(jì)

根據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50457—2008）規(guī)定：“氣流流型應(yīng)滿足空氣潔凈度等級(jí)的要求，空氣潔凈度100級(jí)時(shí)，氣流應(yīng)采用單向流流型；空氣潔凈度10000級(jí)、100 000級(jí)和300 000級(jí)時(shí)，氣流應(yīng)采用非單向流流型。非單向流氣流流型應(yīng)減少漩渦區(qū)?！?/p>

該工程潔凈車間的潔凈度級(jí)別為100 000級(jí)，故氣流組織采用非單向流形式，設(shè)計(jì)為頂送風(fēng)下側(cè)回風(fēng)，回（排）風(fēng)采用預(yù)制型回（排）風(fēng)夾墻形式，這種回風(fēng)形式相比普通回風(fēng)柱具有布置靈活、氣流更加均勻的特點(diǎn)。

4.10 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

送風(fēng)量、新風(fēng)量、送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)等參數(shù)確定后就可以計(jì)算空調(diào)負(fù)荷，空調(diào)負(fù)荷包含房間（空調(diào)區(qū)）負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷、再熱負(fù)荷等。該工程經(jīng)計(jì)算，2層潔凈車間的空調(diào)總冷負(fù)荷為573kW，再熱負(fù)荷為146.7kW，總熱負(fù)荷為409.3kW，加濕負(fù)荷為219.8kW。

4.11 空氣處理方案的確定及設(shè)備選型

根據(jù)工程的實(shí)際（冷、熱源等）條件，確定空調(diào)系統(tǒng)空氣處理方案。該工程冷源為設(shè)置在1層動(dòng)力站房的水冷冷水機(jī)組提供的7～12℃冷水，熱源為一次蒸汽通過動(dòng)力站的汽水換熱器提供的90～70℃的熱水，空調(diào)加濕采用蒸汽加濕?？照{(diào)系統(tǒng)采用一次回風(fēng)系統(tǒng)，由此確定該項(xiàng)目的凈化空調(diào)系統(tǒng)處理方案為：新風(fēng)經(jīng)由初效過濾段與回風(fēng)在混合段混合，經(jīng)過表冷擋水段、風(fēng)機(jī)段、中間段、熱水加熱段、蒸汽再熱段、干蒸汽加濕段、中間段、中效過濾段、送風(fēng)段，處理后，經(jīng)末端高效過濾器送入潔凈室，見圖3。

圖3 空氣處理流程圖

5 潔凈空調(diào)機(jī)房設(shè)計(jì)

潔凈車間的凈化空調(diào)機(jī)房應(yīng)臨近所服務(wù)的潔凈空調(diào)區(qū)，因?yàn)闈崈艨照{(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求做到風(fēng)管線路最短，以降低輸送能耗，同時(shí)也要避免噪聲和振動(dòng)對(duì)潔凈室的影響。

6 潔凈空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)

潔凈空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)具有風(fēng)管尺寸大、管路系統(tǒng)復(fù)雜等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少管道的交叉重疊，便于管道施工及維護(hù)。為保證系統(tǒng)各處的風(fēng)量能滿足要求，風(fēng)管管徑設(shè)計(jì)時(shí)要通過水力計(jì)算來確定。

6.1 送風(fēng)系統(tǒng)

該工程潔凈車間共設(shè)置了2個(gè)空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)1擔(dān)負(fù)主要生產(chǎn)房間及走廊，系統(tǒng)2擔(dān)負(fù)防爆區(qū)及生產(chǎn)過程中產(chǎn)塵較多的房間。圖4為該生產(chǎn)車間的空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)圖。

由于潔凈空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量通常較大，因此新風(fēng)取風(fēng)口的設(shè)計(jì)要特別注意，新風(fēng)口的大小要根據(jù)新風(fēng)量計(jì)算，使新風(fēng)經(jīng)過新風(fēng)口的風(fēng)速控制在2m/s以下，并且要求使用防雨百葉，以防止雨水由新風(fēng)口進(jìn)入系統(tǒng)中造成對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的污染。

6.2 回風(fēng)、排風(fēng)及排煙系統(tǒng)

回風(fēng)系統(tǒng)的劃分要與送風(fēng)系統(tǒng)一致，當(dāng)生產(chǎn)過程中有大量粉塵產(chǎn)生、有易燃易爆物質(zhì)、有病原體、有放射性物質(zhì)、產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)等情況時(shí)，凈化空調(diào)系統(tǒng)的空氣不應(yīng)循環(huán)使用，這些區(qū)域需要設(shè)置排風(fēng)或除塵系統(tǒng)。

圖4 空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)圖

潔凈廠房的疏散走廊應(yīng)設(shè)置排煙設(shè)施，不滿足自然排煙條件的走廊要設(shè)置機(jī)械排煙，通常潔凈室的內(nèi)部疏散走廊還需要設(shè)置機(jī)械排煙補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。

在該項(xiàng)目中，洗衣房、器具清洗間、潔具間、消毒液配制間等產(chǎn)濕的房間設(shè)置了排風(fēng)系統(tǒng)；稱量配料間、粉碎過篩間、壓片間、膠囊填充間、顆粒包裝間等產(chǎn)塵的房間設(shè)置了除塵排風(fēng)系統(tǒng)；包衣間、配漿間、包衣機(jī)房等大量使用乙醇的房間設(shè)置了防爆排風(fēng)系統(tǒng)。潔凈室的疏散走廊不能滿足自然排煙條件，按要求設(shè)置了機(jī)械排煙系統(tǒng)。

7 結(jié)語

潔凈空調(diào)系統(tǒng)具有系統(tǒng)風(fēng)量大，負(fù)荷大，管路復(fù)雜等特點(diǎn)，為使?jié)崈羰铱諝獾臐崈舳?、溫度、濕度、壓差均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)注意以下內(nèi)容：

1）潔凈室相關(guān)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)選擇的準(zhǔn)確性；

2）潔凈空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量、冷熱負(fù)荷及壓差風(fēng)量的計(jì)算；

3）風(fēng)管管路的合理布置。

【1】GB 50457—2008醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【2】陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(第2版)[K].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

【3】GB 50073—2013潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

APharmaceuticalCleanAirConditioningDesigninBeijing

Themethodsandkeypointsofdesignofpharmaceuticalcleanairconditioningwereelaborated in thispaper，whichbasedon the case of a pharmaceutical clean air conditioning design in Beijing.The calculation method of the air volume and load of air conditioning system，and theprinciplesofductarrangementwerealsoemphaticallysummarizedinthispaper.

cleanairconditioning;calculationmethod;pipelinedesign

TU276+.91；TU831

B

1007-9467（2016）08-0080-05

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.018

2016-05-19

甄勤（1982～），女，河北定州人，工程師，從事暖通設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）zhenqindhr@163.com。