净化空调系统风量和压力调试中发现的几个常见问题

同济大学建筑设计研究院 王希星* 徐文华

摘 要

    在净化空调系统调试中，风量平衡和静压差调整是最主要的两项工作。针对现场调试中发现的一些常见问题，分析其产生的原因、提出相应的解决办法，指出了系统设计、施工过程中应注意的事项。

关键词

净化空调系统 调试 风量平衡 静压差

Several Common Problems Found in the Commissioning of Air Volume and Pressurization in Clean Room Air-Conditioning Systems

By WANG Xixing* and XU Wenhua

Abstract

    Air volume balance and space pressurization commissioning are the two uppermost works in clean room air-conditioning system commissioning．The text summarizes several common problems found in site commissioning， analyzes their causes and solutions，points out the proceedings we should pay attention to in the system design and construction．

Keywords

Clean room air-conditioning system Commissioning Air volume balance Space pres-Surization

*Air Conditioning Institute，Tongji University，Shanghai，China

目录：

正文
1 风量、压力调试的思路
2 风量平衡
3 压力调试
4 结语
参考文献
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正文

    净化空调系统是控制洁净室内尘埃粒子和细菌浓度、防止交叉污染的主要手段。系统调试的主要工作集中在风量平衡和静压差调整两个方面。合理的风量是达到洁净度等级的基本条件，而压力控制是净化空调系统中保证系统运行效果、控制污染物流向的主要措施。本文对净化空调系统风量和压力调试中的一些常见问题作简要的分析，以供设计、施工、管理维护人员参考。

1 风量、压力调试的思路

    净化空调系统的风量及其所服务区域的对外压差、区域内各净化房间的风量和房间之间的静压差均有一定的设计值，调试的目的就是把系统的上述参数调整到符合设计要求。

    对一个系统来说，总送风量Qs取决于风机的空气动力性能曲线和管路的阻力特性曲线，其对外的静压差△P_s源于系统新风量Q_sm 与系统排风量Q_se的差值；对一个房问来说，送风量Q _r取决于总风量Q _s和该管段流通数占各并联管路流通数之和的比例，房问静压差△P _r取决于房问的送风量Q_rs与回风量Q_rr、排风量Q _re的差值。系统总送风量、新风量、总排风量和对外压差可以通过调整风机频率转速、总阀门开启度来实现，各房间的风量和压力则通过调整分支管路阀门开度来实现。

    风量与压力之间相互影响是使调试在一些情况下变得比较复杂或困难的主要因素之一。对于一个系统，其对外界的压力与风量的关系如下：

    式中，l _s-系统与外界之间的渗漏量，取决于门缝和洞口的数量和尺寸等。

    对于一个房间，其对相邻房问的压力与风量的关系如下：

    式中，l _r-房间之间的渗漏量，取决于门缝和洞口的数量和尺寸等。

    式(1)、(2)为定性的表达，对于系统或房间的外界压力并非均匀一致的情况，准确的关系式更加复杂。

    在同一系统中，某一房间压力的小幅度变化不会显著影响系统的风量分配，但对于要求房间静压差较大的情况(如生物实验室，压力最高房问比最低房间高100Pa甚至更大)，房间压力变化较大时，影响并联管路的阻抗比例或管路特性曲线，从而反过来影响风量分配。

    由于多方面因素的影响及风量与压力的耦合作用，系统很难完全达到设计值。这里所谓的风量平衡，是指房间之间送风量的平衡(对于一些要控制污染排除效果的场合，排风量可能是控制的首要考虑因素)。在保证系统、房间送风量的前提下，调整系统新风量、排风量的差值或房间送风量与排风量、回风量的差值，使系统对外界和不同洁净度等级的房间之间的静压差达到设计和规范要求。

2 风量平衡

2.1 系统总风量

    系统设计风量的选取应根据规范中规定的设计参数(对于非单向流洁净室为换气次数，对于单向流洁净室为断面平均风速)或按室内发尘量进行计算^[1] ”。由于在绝大多数场合下设计阶段很难确定室内发尘量，系统设计风量一般是按照换气次数确定的，而目前的普遍状况是设计人员从安全的角度考虑大幅度地放大系统的设计风量。《洁净室施工及验收规范》^[2] 、《通风与空调工程施工质量验收规范》^[3] 等相关检测、评定条目均规定风量调试应以设计值为基准，并给出了允许偏差的百分比。在设计值合理的情况下自然问题不大，但如果设计值本来就偏大，则系统调试后的风量远高于实际的要求，在实际调试中发现如8级(原十万级)区域的换气次数达n=25次/h甚至更高，空调机组送风机的耗电量可能是n=15次/h时的2倍，大大增加了系统的运行费用。在调试和检测过程中还发现，有许多工程，在合理的运行管理下，换气次数刚刚达到甚至略低于规范的要求时，室内洁净度完全能够达到其等级要求。苏州某电子厂房的某7级(原万级)生产车间设计风量按换气次数计算n=18.0次/h，实测风量相当于换气次数n=14.1次/h，动态条件下室内洁净度也能达到要求(95%置信度下，≥0.5μm粒子浓度为120颗/2.83升)。过高的换气次数只会造成不必要的浪费。

    净化空调系统与舒适性空调系统相比较，一个特点是系统使用多级过滤，末端送风口一般都采用高效过滤器风口(也有高效/亚高效过滤器设在空调机组内部的情况)，过滤器在系统阻力中所占的比例较高，而且随着使用时间的增加，捕集的尘埃积聚在过滤介质上，使过滤器阻力不断上升直至达到终阻力(初阻力的2倍或2.5倍)而被更换或处理。要保证过滤器阻力变化的整个过程中空调机组的送风量都能满足要求，必须根据系统设计风量下的最大阻力选配风机，同时采取措施避免在过滤器阻力达到终阻力前系统风量过大的问题。一个较为经济合理的解决方案是采用变频器控制风机的转速。在工程竣工调试时，根据设计风量把风机设置在较低的运行频率上，同时定义一个控制参数(如管路中某断面上的平均风速或动压)，在此后的运行过程中，控制系统通过调整风机转速维持这个控制参数在设计的状态。在实际工程中，这种形式的系统已经得到了较为普遍的应用，但还是存在很多问题，如风机没有考虑裕量导致变频器失去意义、控制参数选取不合理、自控调试未与暖通系统调试配合等。

    在图纸表达上，一些设计以考虑了裕量的设备的额定风量和压力作为设计值，这也是导致上述设计换气次数偏高的一个原因。这种情况下，调试又以设计值为依据进行，也造成在过滤器、表冷器阻力增大以后，风量很快就达不到设定的控制参数而出现系统报警的情况。

2.2 风口风量

    在单个风口风量的调试中发现的一个较为普遍的情况是：为了设计和运行管理的方便、简化备件，设计中一般尽量选用同种规格的带过滤器风口。对于这种系统，送风量完全依靠过滤器之前的阀门进行调整，对于设计风量较小的风口，阀门只有在接近完全关闭时才能保证风量达到要求。这种系统可能出现两个方面的问题，一是阀门开启度过小时会产生尖厉的啸声，一是系统运行一段时间后，末端风口处的高效过滤器阻力上升，风量较小的风口过滤器阻力上升幅度较小，该支路阻抗平方根倒数占各并联管路阻抗平方根倒数之和的比例变大，送风量也变大，从而导致系统的风量平衡和压力状态被破坏。

    因此建议高效过滤器送风口选用2-3种尺寸规格；采用同一规格的过滤器风口时，应注意支管尺寸和阀门的性能，尽量避免啸声的出现，并采取措施减轻因过滤器阻力上升不一致导致的风量失调和相关压力变化。对于要求较高的场所，末端风口前可加设定风量阀门，这样可以通过定风量阀门抵消过滤器阻力不均匀变化对系统风量分配的影响；在阀门布置受限制或需要控制造价时，同一支管上的几个风口可以合用一个定风量阀。

3 压力调试

3.1 一般问题

    房间的压力取决于两个方面，一是房间送风量与回/排风量的差值，二是房间的气密性。房间的气密性由门窗缝隙尺寸、施工质量等决定。设计送风量与设计回/排风量的差值一般是按照换气次数或跟据预计的门窗缝隙尺寸确定的。在设计值比较合理的情况下，调试过程中只要稍微调整回/排风量，房间的压力即可以达到要求，但是在设计值不合理或现场实际情况与预想状态相差很大的情况下，房间压力就很难保证。

    一般来说，药品生产厂房等的小房间易出现对外静压差过高的问题。如某诊断试剂厂房内的一间7级(原万级)缓冲室，面积2.92m ²，层高2.7m，门缝总长度11.2m，设计送风量200m ³/h，无回/排风。在送风量调整到218m ³/h时，该房间对相邻房间的静压差分别为84Pa、72Pa，门缝处有尖厉的啸叫声产生。在按换气次数的最小要求将送风量调整至125m3/h后，房间对相邻房间的静压差分别变为40Pa、31Pa。如果要完全解决静压差过大的问题，还是应该在该房间内增加回风口。由于药厂采用的密闭门密封性较好，只要较小的风量差就可以保证房间所需的静压差，因此在设计中应采取措施防止类似问题的出现。

3.2 医院洁净手术室的压力问题

    医院洁净手术室是一个近几年国内大量修建的洁净室类型，相应的建设标准和规范也已先后实施。在调试过程中，我们发现洁净手术室压力调试很容易出现问题。

《医院洁净手术部建筑技术规范》 (以下简称《技术规范》) [4]中关于房间静压差在表4.0.1中规定“洁净走廊等房间对相邻低级别洁净室的静压差大于0”即可。但《洁净室施工及验收规范》 ^[1] 第5.4.4条规定，“不同洁净度级别的相通的洁净室之间，高级别的保持相对正压，低级别的保持相对负压。最小静压差不应小于5Pa，最大静压差不应大于30Pa”，虽然《技术规范》为国家标准且发布时间更晚，但考虑到使用过程中的压力波动，在笔者参与的实际调试中，除麻醉室、负压手术室外，相邻洁净度等级不同的房间静压差以5Pa作为最小值，取得了较好的效果。

    医院洁净手术室常出现对外静压差达不到规范要求的情况。因为手术室与洁净走廊之间的门一般是电动侧开门，开启、关闭均需侧向滑行，电动门的密闭性较差。在多次调试中发现，对于I级洁净手术室，同样采用1600mm×2000mm的电动门和900mm×2000mm的推拉门，要达到对外有8Pa的压力，新风量与排风量的之差很大程度上取决于施工质量，既有700m ³/h的情况，也有需
要2000m ³/h的情况。

    目前洁净手术部多采取图1所示的系统形式，整个洁净手术部采用独立的新风系统与各洁净室的循环机组、排风机所组成，新风送到循环机组的送风管上，新风量主要靠定风量阀门的设定值来进行调整。但在调试中我们发现，实际送入手术室的新风量与定风量阀门的设定值经常有偏差很大的情况。

图1 常见洁净手术室流程图

经分析，问题产生的几个原因是：

(1)阀门质量的问题；
(2)阀门前后的作用压差在定风量阀的作用范围之外。

    以国内市场占有率很高的某品牌定风量阀门为例，其某系列阀门的有效作用范围是50～l000Pa，但在上海某中医院的手术室净化空调系统中，我们发现某新风支管定风量阀门前后的作用压差为913Pa时通过阀门的新风量接近于0(阀门风量设定值为800m ³/h)。

    图1所示的空调系统中，很容易出现阀门前后的作用压差偏大或偏小的问题。由于新风均接在循环机组送风管上，需要继续克服接点的送风管静压、送风管、高效过滤器、静压箱等的流动阻力，因此对新风机组的出口余压要求较高；而由于各独立循环系统的阻力情况差异很大，且往往新风机组所负担的手术室较多、管路较长，很容易出现个别定风量阀门作用压差偏小或偏大的问题，在机组使用一段时间后，由于各手术室高效过滤器阻力差异增加，这种情况会更加严重。

    文献^[5]所建议的类似于图1的手术部空调系统中选用的定风量阀门为电动双位阀，即在手术室使用时，定风量阀门位于高位档，维持手术室对外压差；手术室不使用时，定风量阀门位于低位档，维持手术室对外的微正压。但很多工程出于造价的考虑选用机械式定风量阀，在阀门可靠性较差的情况下，手术室不使用时进入房间的新风量可能反而更大，从而造成使用中的手术室对外压力偏小的情况。

    使用图1所示的系统时，建议在选用可靠双位定风量阀门(特别要注意有效的压力变动范围)的前提下，对风系统管路进行水力计算，合理匹配新风空调箱与各空调机组出口余压。

4 结语

    总体来说，在净化空调系统调试中所发现的问题都源于系统设计的疏漏、施工中的不规范操作，绝大多数问题都是可以避免的。调试面对各种各样的具体问题，任务是对设计、施工等工作的修正和完善，但调试不是万能的，合理的设计和严格的施工是首要的。本文指出了一些应在设计时注意的常见问题， 目的是使设计的系统更合理，从而保证调试的可能性。

参考文献

1GB50073-2002《洁净厂房设计规范》
2 JGJ71-90《洁净室施工及验收规范》
3 GB50243-2002《通风与空调工程施工质量验收规范》
4 GB50333-2002《医院洁净手术部建筑技术规范》
5 沈晋明，孙光前．洁净手术部空调系统与净压控制．洁净与空调技术，2000 (4)

*王希星，男，硕士，助理工程师.同济大学建筑设计研究院

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