潔凈室氣流組織
1、潔凈室分類
合理的潔凈室氣流組織能使室內空氣的流動符合設計要求，保證室內空氣的溫度、濕度、流速及潔凈度等滿足工藝、人員的舒適度要求。
2、潔凈室的氣流組織原則
（1）潔凈室與一般空調氣流組織方式比較
空調形式 | 氣流組織 | 通風量 | 目的 |
一般空調 | 亂流度大 | 較小 | 形成均勻溫、濕度場和速度場 |
凈化空調 | 亂流度小 | 較大 | 控制潔凈度在允許范圍內 |
1）要求送入潔凈房間的潔凈氣流擴散速度快、氣流分布均勻，以盡快稀釋室內含有污染源所散發的污染物質的空氣，維持生產環境所要求的潔凈度；
2）使散發到潔凈室的污染物質能迅速排出室外，盡量避免或減少氣流渦流和死角，縮短污染物質在室內的滯留時間，降低污染物質與產品的接觸機率；
3）滿足潔凈室內溫度、濕度等空調送風要求和人的舒適要求。
單向流潔凈室簡介：
（1）定義：氣流以均勻的截面速度，沿著平行流線以單一方向在全室截面上通過的潔凈室。
（2）特點：在潔凈室內，從送風口到回風口，氣流流經途中的斷面基本上沒有什么變化。全室斷面上的流速比較均勻，在工作區內流線單向平行，沒有渦流。
（2）保證單向流潔凈室特性的重要先決條件：高潔凈度和快速自凈恢復能力。
先決條件：有兩個，1）來流的潔凈度；2）來流的活塞流情況。
（3）實現“活塞流”的重要措施：——在頂棚或墻面滿布高效過濾器；
由于過濾器和頂棚有邊框，不可能百分之百地滿布過濾器；
過濾器的滿布情況——用“滿布比”表示。
（4）滿布比
1）定義式：滿布比=高效過濾器凈截面積/潔凈室布置過濾器截面面積
2）規定：單向流潔凈室的滿布比一般情況下應達到80%；
《潔凈廠房設計規范》（GB50073-2013）規定：垂直單向流潔凈室滿布比不應小于60%，水平單向流潔凈室不應小于40%，否則就是局部單向流。
3）說明：
①理想滿布比為100%時（連邊框都沒有），過濾器后房間內含塵濃度只決定于過濾器送風濃度。
②實際情況滿布為一個比例時，此時就有渦流區，滿布比不同的單向流潔凈室，其含塵濃度是不同的。人員密度不同的單向流潔凈室含塵濃度也不同，所以要適當控制單向流潔凈室的人員數量。
③高效過濾器布置在靜壓箱之外，靜壓箱的送風面為阻漏層時，可以將阻漏層視為高效過濾器末端的延伸，阻漏層上通氣面積可以等同于過濾器面積看待。
單向流潔凈室性能的特性指標（三個）：
（1）流線平行度
1）流線平行的作用：是保證塵源散發的塵粒不作垂直于流向的傳播。
2）潔凈區工作范圍：潔凈度級別是用工作區內的含塵濃度表示的，潔凈區工作范圍的規定如圖所示。
3）說明：若塵源散發塵粒的傳播范圍在允許范圍內，則允許流線略有傾斜。但其傾斜角度應保證所散發的塵粒不超過工作人員的工作范圍進入到相鄰工作人員的工作范圍，而對相鄰區域環境造成影響。
4)結論：①單向流潔凈室要求流線之間既要平行，在0.5m距離內，線間夾角最大不能過25°；②要求流線盡可能垂直于送風面其傾斜角不能小于65°。
（2）亂流度（速度不均勻度）
1）定義：速度場的集中或離散程度
2）定義式：
Bμ——亂流度；
ui——各測點的速度；
n——測點數；
ū——平均速度。
3）應用及物理意義：用于不同速度場的比較——亂流度越大，說明速度場越不均勻，速度的脈動性越大，流線間質點的摻混越嚴重。
4）取值：單向流——不宜>0.2；
實際中，<>
（3）下限風速
1）定義：是指保證潔凈室能控制以下四種污染的最小風速
當污染氣流多方位散布時，送風氣流要能有效控制污染的范圍；不僅要控制上升高度，還要控制橫向擴散距離。
當污染氣流與送風氣流同向時，送風氣流能有效地控制污染氣流到達下游的擴散范圍。
當污染氣流與送風氣流逆向時，送風氣流應能將污染氣流抑制在必要的距離之內；
在全室被污染的情況下，要能以合適的時間迅速使室內空氣自凈。
潔凈室 | 下限風速（m/s） | 條件 |
垂直單 向流 | 0.12 | 平時無人或很少有人進出，無明顯熱源。 |
0.3 | 無明顯熱源。 |
≯0.5 | 有人，有明顯熱源。如0.5仍不行，則宜控制熱源尺寸和加以隔熱。 |
水平單 向流 | 0.3 | 平時無人或很少有人進出。 |
0.35 | 一般情況 |
≯0.5 | 要求高或人員進出頻繁的情況 |
ISO14644-1標準對單向流潔凈室建議的平均風速：ISO5級（100級）0.2～0.5m/s；高于ISO5級0.3～0.5m/s。
3）說明：下限風速是潔凈室應經常保持的最低風速，過濾器阻力升高，風速將下降。因此設計時要考慮這個因素確定初始風速或風量、風速可調節。
3、單向流潔凈室氣流組織的主要形式
根據潔凈室內氣流的流動方向，分為兩大類：1、垂直單向流氣流組織；2、水平單向流氣流組織。
垂直單向流潔凈室氣流組織：9種
（1）垂直單向流滿布過濾器，格柵回風
（2）垂直單向流滿布孔板，格柵回風；
（3）垂直單向流滿布阻尼層，格柵回風
（4）垂直單向流兩側下回風，過濾器送風
（5）垂直單向流兩側下回風，孔板送風
（6）垂直單向流兩側下回風，阻尼層送風
（7）垂直單向流，周邊壓出式回風，滿布過濾器送風；
（8）無氣幕局部垂直單向流；
（9）有圍擋壁的局部垂直單向流。
垂直單向流滿布過濾器，格柵回風； | 
| （1）可以獲得均勻向下的單向平行氣流，自凈能力強，能夠達到最高的潔凈度級別； （2）工藝設備可以任意布置，可簡化人凈設備； （3）頂棚結構復雜、造價和維護費用高。 |
| 垂直單向流滿布孔板，格柵回風； | 
| ①為了降低潔凈室的造價，同時使氣流均勻和頂棚美觀，可以將高效過濾器布置在兩側，頂棚滿布孔板，起到使氣流均勻的作用。 ②但是側布高效過濾器不容易滿足風量的要求，因此這種方式可以應用于潔凈面積較小，風量不大的潔凈室。 |
| 垂直單向流滿布阻尼層，格柵回風，高效過濾器側布； | 
| ①側布高效過濾器面積不容易滿足風量的要求，特別是不容易滿足大于80%額定風量的要求 ②阻尼層的作用是要保證其下方為均勻的平行單向流，因此孔板的開孔率應在60%以上。 |
| 垂直單向流兩側下回風+過濾器送風 | 
| ①垂直單向流潔凈室造價高另一個重要原因是使用了格柵地板，一般采用鑄鋁、塑料、鋼材等，材料價格比較高；且會產生視覺不舒適感（行走和放置物件，有不穩感）。 ②全頂棚送風兩側下回風潔凈室是對地板回風方式的改進。國外有人稱其為“準單向流潔凈室”。 |
| 垂直單向流兩側下回風+孔板送風 |
| 與典型的垂直單向流相比較，從頂棚和地面兩個方面降低了潔凈室的造價。 |
| 垂直單向流兩側下回風+阻尼層送風 |
| 這是為了降低潔凈室的造價，采取的另一種對滿布高效過濾器送風，地板回風方式的改進方法。 |
| 垂直單向流+周邊壓出式回風+滿布過濾器送風 |
| ①最簡易的垂直單向流潔凈室； ②氣流平行性不如兩側下回風式； ③壓出的氣流有利于所在環境潔凈度的提高。 |
| 無氣幕局部垂直單向流 |
| ①只在需要平行流的地區形成局部單向流； ②投資大為減少。 |
| 有圍擋的局部垂直單向流 |
| 可延伸垂直單向流的有效長度，等于加寬了進風口或縮短了送風口至工作區的距離。 |
4、水平單向流潔凈室（據送回風口的相互關系和氣流方向）：
（1）水平單向流直回式
（2）水平單向流隧道式：①全側墻回風式；②全地面回風式；③側墻和地板組合回風式。
（3）水平單向流一側回式
（4）水平單向流雙側回式
（5）水平單向流上回風式
（6）水平單向流對送式
| 水平單向流直回式 ：送風墻滿布高效過濾器水平送風，全墻面回風；回風墻一般安裝中效過濾器。 |
| 特點：①沿氣流方向潔凈度不同，流線可能略下傾。只在第一工作區達到最高潔凈度，沿空氣流動方向，含塵濃度逐漸增高。②表面沉降微粒少；③造價低于垂直單向流。 適用場合：適合工藝過程有多種潔凈度要求的場所，如手術室等。
對制藥用或細菌培養用等特殊用途的潔凈室，為避免室內操作過程發生的特殊微粒污染管道系統，或為了收集這種微粒進行集中處理，則在全循環情況下，送風墻上布置中效過濾器，回風墻上布置高效過濾器。 |
| 水平單向流隧道式 |
| ①在布置高效過濾器的送風墻的對面沒有回風墻，是向外敞開的； ②沒有管路循環空氣，而將內部空氣向周圍環境排出； ③不能用把壓力提高到比周圍環境高的方法防止和排除污染，而是靠空氣的速度防止污染的侵入； ④內部的溫濕度宜與環境溫濕度相同。 |
|
| 水平單向流隧道式：全側墻回風式 |
| 該氣流組織形式的室內回風穿過工作臺進行循環，對工作臺臺面會造成污染，并且可能會對界面處產生誘導氣流，降低潔凈工作臺的潔凈等級。 |
| 水平單向流隧道式：全地板回風式氣流組織 |
| 該氣流組織形式的潔凈工作臺位于潔凈室內，潔凈室的回風全部由地面排出。 由于隧道回風參與全室回風，容易導致回風速度不均勻引起的氣流偏轉現象，不容易維持潔凈度級別。 |
水平單向流隧道式：側墻+地板回風式氣流組織 |
| 可以避免回風穿過工作臺和室內回風與工作臺共用回風道所帶來的弊端。 利用設在操作面正下方的條狀回風口，使潔凈隧道回風可以自成循環，操作面前方回風氣流較強，有利于排除污染。 |
非單向流氣流組織及其主要形式
非單向流潔凈室：指氣流以不均勻的速度呈不平行流動，伴有回流或渦流的潔凈室，以前稱為“亂流潔凈室”，美國FS-209C開始稱為“非單向流潔凈室”，之后，這一稱謂被國際社會普遍采用。
非單向流潔凈室靠送風氣流不斷稀釋室內空氣，把室內污染逐漸排出，達到平衡。
工作原理：利用干凈氣流的混合稀釋作用，把室內含塵濃度很高的空氣稀釋，使室內污染源所產生的污染物質均勻擴散并及時排出室外，降低室內空氣的含塵濃度，使室內的潔凈度達到要求
為保證稀釋作用達到很好的效果，最重要的是：氣流擴散得越快越好。
（1）換氣次數
非單向流潔凈室的換氣次數的取值
空氣潔凈度等級 | 換氣次數（次/h） | 備注 |
ISO6級(千級) | 50～60 | 適用于層高小于4.0米的潔凈室對于室內人員少和熱源少的及宜采用下限值 |
ISO7級(萬級) | 15～25 |
ISO8～9級(10萬~100萬) | 10～15 |
（2）氣流組織
要求：氣流組織的作用是保證能均勻的送風和回風，充分發揮潔凈氣流的稀釋作用。因此要求單個風口有足夠的擴散作用；整個潔凈室內風口布置均勻，數量盡可能多，要盡量減少渦流和氣流回旋。
非單向流只能達到ISO6級以下的潔凈室；ISO5級(100級)或更高潔凈度的潔凈室，需要采用單向流潔凈室。
（3）自凈時間：
定義：室內從某污染狀態降低到某潔凈狀態所需要的時間。
意義：反映了潔凈室從污染狀態恢復到正常狀態的能力，因此自凈時間越短越好。非單向流潔凈室自凈時間一般不超過30分鐘。
計算式：
T——非單向流潔凈室自凈時間（min）;
N0——潔凈室原始含塵濃度，即t=0時的含塵濃度（pc/L）;
N——潔凈室穩態時的含塵濃度（pc/L）;
n——換氣次數（次/h）
| 散流器頂送 |
| 形式簡單，適宜于小面積的潔凈室。 |
帶擴散風口過濾器頂送
|
| 增大了過濾器頂送的潔凈氣流作用范圍，比過濾器頂送多一個出口積塵的機會，長期不運行后再運行時要先擦凈擴散風口。 |
| 風口側送 |
| 這種氣流組織形式比過濾器頂送簡單，特別適用于無頂棚空間的房間。 可利用走廊，風管設于走廊頂棚中。 適合有一般空調要求的潔凈室。 |
| 風口斜送 |
| 用于房間長度不夠側送或不允許回流的場合（如手術室）。 |
輻流潔凈室氣流組織的基本原理
輻流潔凈室氣流組織的基本原理：輻流潔凈室(或矢流潔凈室)，它應屬于非單向流，但其流線近似向一個方向流動，性能比較接近于單向流的效果，而又遠比單向流在構造上簡單，費用低。其流線：不單向，不平行，不交叉，不同于單向流和非單向流，靠斜推作用推出塵粒，保證一定的潔凈度。
據高效過濾器形成的形狀不同，主要形式（3種）：扇形；半球形；半圓形。
1）空態時流線不交叉，流線間橫向擴散比較弱，在下風向上角有非常弱的反向氣流，污染在室內的滯留時間短于非單向流潔凈室的自凈時間。
2）靜態時，在障礙物的下風側或兩側出現渦流區，因此在輻流潔凈室中應盡可能避免在流線方向上的障礙。
3）設置扇形送風口時，回風口對流場和濃度場的影響均很小；設置半圓柱形送風口時，低回風口對控制污染有利，一般回風口高度宜取0.3m。
4）輻流潔凈室的氣流分布不如單向流潔凈室的氣流分布均勻，風口和過濾器均比常規風口和過濾器復雜一些，并且在非空態時容易產生渦流區。
輻流潔凈室的設計參數：
1）半圓柱形送風口：房間高度/房間長度=025~0.5
室寬宜在6～12m之間；
半圓柱形送風口的圓柱半徑≈0.5m；
回風口高度≈0.3m；
半圓柱形送風口的送風速度=0.45～0.6m/s。
2）扇形送風口
扇形送風口的送風速度=0.45～0.55m/s；
《潔凈廠房設計規范》規定：建議
1-4級應垂直單向流，5級應垂直單向流或水平單向流，6-9級宜非單向流。
醫藥工業潔凈廠房氣流組織與送風量
潔凈室壓差控制
1、潔凈室的壓差：指潔凈室與周圍空間（廠房外環境、潔凈度不同的潔凈室、一般房間）所必須維持的靜壓差。
2、潔凈室壓差控制的目的：是為了保證潔凈室在正常工作或空氣平衡暫時受到破壞時，潔凈室的潔凈度免受鄰室的污染或污染鄰室。
3、壓差控制的正壓與負壓選擇
（1）潔凈室與鄰室維持正的靜壓差（簡稱正壓）是較為常見的情況。工業潔凈室和一般生物潔凈室都是采用維持正壓。
（2）使用有毒、有害氣體或使用易燃易爆溶劑或有高粉塵操作的潔凈室、生產致敏性藥物、高活性藥物的生物潔凈室以及其他有特殊要求的生物潔凈室需要維持負的靜壓差（簡稱負壓）。
《潔凈廠房設計規范》（GB50073-2013）規定：
——潔凈室與周圍的空間必須維持一定的壓差，并應按生產工藝要求決定維持正壓差或負壓差。不同等級的潔凈室以及潔凈區與非潔凈區之間的壓差應不小于5Pa，潔凈區與室外的壓差應不小于10Pa。
建議采用的靜壓差
目的 | 非單向流潔凈室與任何相通的相差一級的鄰室/Pa | 非單向流潔凈室與任何相通的相差一以上級的鄰室/Pa | 單向流潔凈室與任何相通的鄰室/Pa | 潔凈室與室外（或與室外相通的房間）/Pa |
一般(防止縫隙滲漏) | 5 | 5～10 | 5～10 | 15 |
嚴格（防止開門進入的污染） | 5 | 40或 對緩沖室5 | 10或 對緩沖室5 | 對緩沖室10 |
無菌潔凈室 | 5 | 對緩沖室5 | 對緩沖室5 | 對緩沖室10 |
維持靜壓差風量計算：
計算方法：兩種——縫隙法和換氣次數法
1、縫隙法——更合理和精確的計算方法
（1）縫隙法維持靜壓風量計算公式：
式中：
LC——維持潔凈室壓差值所需的壓差風量（m3/h）;
μP——流量系數，通常取0.2～0.5;
Ap——縫隙面積（m2)
ΔP——靜壓差（Pa）;
Ρ——空氣的密度（kg/m3）.
（2）經驗公式：LC=aΣ(q·l)
LC——維持潔凈室壓差值所需的壓差風量（m3/h）;
a——根據圍護結構氣密性確定的安全系數，一般可取1.1～1.2;
q—當潔凈室為某一壓差值時，其圍護結構單位長度縫隙的滲漏風量（m3/(h·m)）,由表4-5查取;
l——潔凈室圍護結構的縫隙長度（m）.
2、換氣次數法——用于估算，較多被采用
（1）換氣次數法維持靜壓風量計算公式：Lc=nV
式中：
LC—維持潔凈室壓差值所需的壓差風量（m3/h）;
n—房間的換氣次數（次/ h)，由下表查取;
V—房間體積（m3)
室內壓差值/Pa | 有外窗、氣密性較差的潔凈室 | 有外窗、氣密性較好的潔凈室 | 無外窗、土建式潔凈室 |
5 | 0.9 | 0.7 | 0.6 |
10 | 1.5 | 1.2 | 1.0 |
15 | 2.2 | 1.8 | 1.5 |
20 | 3.0 | 2.5 | 2.1 |
25 | 3.6 | 3.0 | 2.5 |
30 | 4.0 | 3.3 | 2.7 |
35 | 4.5 | 3.8 | 3.0 |
40 | 5.0 | 4.2 | 3.2 |
45 | 5.7 | 4.7 | 3.4 |
50 | 6.5 | 5.3 | 3.6 |
（2）換氣次數的經驗值
潔凈室壓差值（Pa） | 相應壓差對應的換氣次數（次/h) | 備注 |
5 | 1~2 | 氣密性差的取上限，氣密性好的取下限 |
10 | 2~4 |
潔凈室壓差控制的基本原理
是控制送風量、回風量和排風量。
正壓壓差的控制措施：
(1)回風口控制
(2）余壓閥控制
(3)調節回風閥或排風閥
(4)差壓變送器控制
(5)調節新風閥
| 回風口控制 |
| 方法：通過回風口上的百葉可調格柵或阻尼層改變其阻力來調整回風量，達到控制室內壓力的目的。 特點：結構比較簡單、經濟，格柵控制調節量方便。但格柵不易關死，且調節幅度不大，會對氣流方向產生影響。 |
| 余壓閥控制 |
| 方法：通過手動或自動調整余壓閥上的平衡壓塊，改變余壓閥的閥門開度，實現室內的壓力控制 特點：余壓閥安裝簡單 ，但長期使用后關閉不嚴； 全關閉仍正壓低于要求值時，余壓閥對壓差的控制將失效。 |
| 調節回（排）風閥 |
| 根據檢測的室內壓力值，通過調節回（排）風管上的電動閥開度，改變回（排）風量，而控制室內壓力。 |
| 差壓變送器控制 |
|
|
| 調節新風閥 |
|
|
潔凈室緩沖與隔離
1、緩沖設施的設置場合
壓差控制是防止將污染帶進或帶出潔凈室的重要措施。但當需要的壓差值太大，不容易辦到時，就要加設輔助設施（緩沖設施），以防止將室外污染物帶入室內，或者減少室內污染物發生量。
2、常見的緩沖設施（四種）
（1）氣閘室；
（2）緩沖室；
（3）空氣吹淋室；
（4）傳遞窗。
2、常見的緩沖設施
（1）氣閘室
概念：設置在潔凈室入口，用以隔離室外或鄰室污染氣流并進行壓差控制的小室。
特點：門聯鎖但不能同時開啟；
對不送潔凈風的氣閘室，只能起緩沖作用，但不能有效防止外界污染物入侵；
設置場合：設置在當兩側需要的壓差太大而又難以達到的場合。
（2）緩沖室
概念：設于潔凈室入口，門連鎖但不能同時開啟的潔凈小室。
作用：一方面可以防止污染物進入潔凈室；另一方面具有補償壓差作用。
特點：相對于潔凈室為負壓，相對室外環境是正壓；
屬于準潔凈區域，需進行適量的潔凈送風。
（3）空氣吹淋室
概念：是進行人身凈化和防止污染空氣進入潔凈區的裝置。
工作原理：利用噴嘴噴出的高速氣流使衣服抖動起來，從而把衣服表面沾的塵粒吹掉。
設置場合：通常設置在潔凈室人員的入口處。
分類：小室式和通道式。
（4）傳遞窗
概念：是潔凈室內外與潔凈室之間傳遞物件的開口裝置，設有兩扇不能同時開啟的門，它可以暫時隔斷潔凈室內外氣流，防止污染物發生傳播
設置場合：通常設置在不同級別的潔凈區，以及潔凈區和非潔凈區之間的隔墻上。
分類：四種（機械式，氣閘室，滅菌式和封閉可取式）。
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