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一、一般洁净室分类及特点
1.乱流式(TurbulentFlow):
空气由空调箱经风管与洁净室内之空气过滤器(HEPA)进入洁净室,并由洁净室两侧隔间墙板或高架地板回风。
气流非直线型运动而呈不规则之乱流或涡流状态。
此型式适用于洁净室等级1,000-100,000级。
优点:
构造简单、系统建造成本低,洁净室之扩充比较容易,在某些特殊用途场所,可并用无尘工作台,提高洁净室等级。
缺点:
乱流造成的微尘粒子于室内空间飘浮不易排出,易污染制程产品。
另外若系统停止运转再激活,欲达需求之洁净度,往往须耗时相当长一段时间。
2.层流式(Laminar):
层流式空气气流运动成一均匀之直线形,空气由覆盖率100%之过滤器进入室内,并由高架地板或两侧隔墙板回风,此型式适用于洁净室等级需定较高之环境使用,一般其洁净室等级为Class1~100。
其型式可分为二种:
(1)水平层流式:
水平式空气自过滤器单方向吹出,由对边墙壁之回风系统回风,尘埃随风向排出室外,一般在下流侧污染较严重。
构造简单,运转后短时间内即可变成稳定。
建造费用比乱流式高,室内空间不易扩充。
(2)垂直层流式:
房间天花板完全以ULPA过滤器覆盖,空气由上往下吹,可得较高之洁净度,在制程中或工作人员所产生的尘埃可快速排出室外而不会影响其它工作区域。
管理容易,运转开始短时间内即可达稳定状态,不易为作业状态或作业人员所影响。
构造费用较高,弹性运用空间困难,天花板之吊架相当占空间,维修更换过滤器较麻烦。
3.复合式(MixedType):
复合式为将乱流式及层流式予以复合或并用,可提供局部超洁净之空气。
(1)洁净隧道(CleanTunnel):
以HEPA或ULPA过滤器将制程区域或工作区域100%
覆盖使洁净度等级提高至10级以上,可节省安装运转费用。
此型式需将作业人员之工作区与产品和机器维修予以隔离,以避免机器维修时影响了工作及品质,ULSI制程大都采用此种型式。
洁净隧道另有二项优点:
A.弹性扩充容易;
B.维修设备时可在维修区轻易执行。
(2)洁净管道(CleanTube):
将产品流程经过的自动生产线包围并净化处理,将洁净度等级提至100级以上。
因产品和作业员及发尘环境相互隔离,少量之送风即可得到良好之洁净度,可节省能源,不需人工的自动化生产线为最适宜使用。
药品、食品业界及半导体业界均适用。
(3)并装局部洁净室(CleanSpot):
将洁净室等级10,000~100,000之乱流洁净室内之产品制程区的洁净度等级提高为10~1000级以上,以为生产之用;
洁净工作台、洁净工作棚、洁净风柜即属此类。
洁净工作台:
等级Class1~100级。
洁净工作棚:
为在乱流式之洁净室空间内以防静电之透明塑料布围成一小空间,采用独立之HEPA或ULPA及空调送风机组而成为一较高级之洁净空间,其等级为10~1000级,高度在2.5米左右,覆盖面积约10m2以下,四支支柱并加装活动轮,可为弹性运用。
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或
二、洁净室空调系统的特点
洁净室(CleanRoom),亦称为无尘室或清净室,就是指为保持“室内要求的洁净度等级”采用高效空气过滤器HEPA(HighEfficiencyParticulateAir)超高效空气过滤器ULPA(UltraLowPenetrationAir)等尽力创造的室内空间。
洁净室按用途分类(可分为两大类):
工业洁净室——以无生命微粒的控制为对象。
主要控制空气尘埃微
粒对工作对象的污染,内部一般保持正压状态。
它适用于精密机械工业、电子工业
(半导体、集成电路等)宇航工业、高纯度化学工业、原子能工业、光磁产品工业(光盘、胶片、磁带生产)LCD(液晶玻璃)、电脑硬盘、电脑磁头生产等多行业,按照美国联邦标准Fed•STD•209B,规定的室内空气洁净度以粒径等于及大于0.5μm的悬浮尘粒浓度为基准,按每ft3空气中尘粒数分为100~100,000级;
生物洁净室,主要控制有生命微粒(细菌)与无生命微粒(尘埃)对工作对象的污染。
又可分为:
一般生物洁净室,主要控制微生物(细菌)对象的污染。
同时其内部材料要能经受各种灭菌剂侵蚀,内部一般保证正压。
生物学安全洁净室:
主要控制工作对象的有生命微粒对外界和人的污染。
内部要保持与大气的负压。
首先,洁净室的洁净度往往受到气流的影响,换言之,即人、机器隔间、建筑结构等所产生的尘埃之移动、扩散受到气流的支配。
洁净室系利用HEPA、ULPA过滤空气,其尘埃的收集率达99.97~99.99995%之多,因此经过此过滤器过滤的空气可说十分干净。
然而洁净室内除了人以外,尚有机器等之发尘源,这些发生的尘埃一旦扩散,即无法保持洁净空间,因此必须利用气流将发生的尘埃迅速排出室外。
洁净室内的气流是左右洁净室性能的重要因素,一般洁净室的气流速度是选0.25~0.5m/s之间,此气流速度属微风区域,易受人、机器等的动作而干扰趋于混乱、虽提高风速可抑制此一扰乱之影响而保持洁净度、但因风速的提高,将影响运转成本的增加,所以应在满足要求的洁净度水准之时,能以最适当的风速供应,以达到适当的风速供应以达到经济性效果。
另一方面欲达到洁净室洁净度之稳定效果,均一气流之保持亦为一重要因素,均一气流若无法保持,表示风速有异,特别是在壁面,气流会延着壁面发生涡流作用,此时要实现高洁净度事实上很困难。
垂直层流式方向要保持均一气流必须:
(a)吹出面的风速不可有速度上的差异;
(b)地板回风板吸入面之风速不可有速度上的差异。
速度过低或过高(0.2m/s,0.7m/s)均有涡流之现象发生,而0.5m/s之速度,气流则较均一,目前一般洁净室,其风速均取在0.25~0.5m/s之间。
影响洁净室的气流因素很多,如
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制程设备、人员、洁净室组装材、照明器具等,同时对于生产设备上方气流的分流点,亦应列入考虑因素。
一般操作台或生产设备等表面的气流分流点,应设于洁净室空间与隔墙板间距2/3之处,如此可使作业人员工作时,气流可从制程区内部流向作业区,而将微尘带走;
若分流点配置在制程区前方,将成为不当的气流分流,此时大部份的气流将流至制程区之后,作业员操作所引起的尘埃将被带到设备后面,工作台因而将受到污染,良率也势必降低。
洁净室内的工作桌等障碍物,在相接处均会有涡流现象发生,相对地在其附近之洁净度将会较差,在工作桌面钻上回风孔,将使涡流现象减少最低;
组装材料之选择是否恰当、设备布局是否完善,亦为气流是否成为涡流现象之重要因素。
此外,由于实验基地内人员从事的是比较繁重的脑力劳动——研究。
所以,为了保证他们的实验效率和实验质量,新风量水平应该取的比较合适,而不能仅仅从节能的角度去考虑而忽略了使用者的健康在设计和设备选型时,应注意空调得末端装置和空气的输送管道的噪音控制。
三、关于系统方案的考虑因素
对于某一特定建筑,排除满足不了基本要求的系统外,一般还有几种系统形式可供选择。
通常不可能有绝对最好的系统,只可能是几项主要指标是最优或较优的系统。
需要考虑的指标也有很多,也只能择其重要的或比较重要的指标进行考虑。
通常需要考虑的指标有:
经济性指标——初投资和运行费用或其综合费用;
功能性指标——满足对室内温度、湿度或其他参数的控制要求的程度;
能耗指标——能耗实际上已反映在运行费用中,但有时为其他费用所掩盖,而节能是我们的基本国策,应当优先选择节能型系统;
系统与建筑的协调性——如系统与装修、系统与建筑空间和平面之间的协调;
其他,如维护管理方便性,噪声等。
在选择系统之前,还必须了解建筑和空调房间的特点与要求;
如冷负荷密度,冷负荷中的潜热部分比例,负荷变化特点,房间的污染物状况,建筑特点,室内装修要求,工作时段,业主要求和其他特殊要求等。
系统的选择实质上是寻求系统与建筑最优搭配。
全空气系统在机房内对空气进行集中处理,空气处理机组有多种处理功能和较强的处理能力,尤其是较强的除湿能力。
因此适用于冷负荷密度大、潜热负荷大或对室内含尘浓度有严格控制要求的场所,例如人员密度大的餐厅、火锅餐厅、剧场、商场、有净化要求场所等。
系统需要经常维修的是空气处理设备,全空气系统的空气处理设备集中于机房内,维修方便,且不影响空调房间使用,因此,对于天津生物芯片技术实验基地我们初步确定了全空气系统的
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方案。
四、几种系统的特点及优缺点
1、普通集中式空调系统
普通集中式空调系统是典型的全空气系统。
无论在集中式空调系统和局部空调机组中,最常用的是混合式系统,一部分是室内的回风。
夏季送冷风和冬季送热风都用一条风道,此外,管道内风速都用得较低,因此风管断面较大,他常用于工厂、公共建筑等有较大空间可供设置风管的场合。
根据新、回风混合过程的不同,工程上常见的有两种形式:
一种是回风与室外新风在冷却器前混合,成为一次回风式;
另一种是回风与新风在喷水室前混合并经喷雾处理后,在此与回风混合,称为二次回风式。
一次回风系统用再热器来解决送风温差受限制的问题,这样做不符合节能原则。
二次回风系统则采用在喷水室后与回风再混合一次的做法来代替再热器以节约热量与冷量。
2、风机盘管系统
风机盘管空调系统现已被广泛应用于旅馆、公寓、医院和写字楼等场所,用于小型多室住宅建筑的空调系统上。
风机盘管空调系统中的风机盘管机组,简称风机盘管,是指将通风机、盘管和过滤器等部件组装成—体的空调设备,属于半集中式空调系统的末端装置。
习惯上将使用风机盘管做末端装置的空调系统叫作风机盘管空调系统。
五、制冷机房系统设计
一、制冷机房设在实验室同层西面区域。
二、制冷机房内采用空气源热泵机组,给洁净区空调处理机提供冷量。
为满足整个系统的冷量要求,选用清华同方公司生产的FS-L空气源热泵机组。
三、冬季的时候,舒适区需要供热,同时为保证洁净室的湿度要求,需要给机组送风加湿,且必须用纯水。
故从室外引入蒸汽,通过加湿器换热将纯水加热成蒸汽进行加湿。
同时通过换热器换热,为舒适区风机盘管提供60度的热水为舒适区供热。
由于室外管网蒸汽为高压蒸汽,故在进入室内时要减压。
为保证系统正常运行,回水管上要加疏水器,同时在供回水之间要加旁通管以保证条件变化时室内温度稳定。
六、空调系统设计、管材及保温
1.空调系统设计
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一、洁净区夏季空调冷负荷为62Kw。
二、洁净区采用FFU形式。
机组将空气处理到室内状态点后送入各个房间的吊顶内,回风在技术夹道内直接返回吊顶内与新风混合,FFU将处理后的空气,经过净化处理后送入洁净房间。
2.管材及保温
一、空调系统的风道采用不锈钢板制作,钢板规格按照国家有关规定确定,空调系统送风道、回风道集中送风系统送风道采用40mm厚铝箔离心玻璃棉保温板保温。
二、局部排风系统风道采用镀锌钢板制作,钢板规格按照国家有关规定确定。
七、空调系统的选择与划分原则
1.关于系统形式的选择
本章中介绍了各种空调系统形式,那么究竟如何选择这些系统呢?
对于某一特定建筑,排除满足不了基本要求的系统外,一般还有几种系统形式可供选择。
通常不可能有绝对最好的系统,只可能是几项主要指标是最优化的系统。
需要考虑的指标也有很多,也只能择其重要的或比较重要的指标进行考虑。
通常需要考虑的指标有:
经济性指标——初投资和运行费用或其综合费用;
功能性指标——满足对室内温度、湿度或其它参数的控制要求的程度;
能耗指标——能耗实际上已反映在运行费用中,但有时为其它费用所掩盖,而节能时我们的基本国策,应当优先选择节能型系统;
系统与建筑的协调性——如系统与装修、系统与建筑空间和平面之间的协调;
其它,如维护管理方便性,噪声等。
在选择系统之前,还必须了解建筑和空调房间的特点与要求;
如冷负荷密度,冷负荷中的潜能部分比例,负荷变化特点,房间的污染物状况,建筑特点,室内装修要求,中作时段,业主要求和其它特殊要求等。
系统的选择实质上是寻求系统与建筑最优搭配。
下面举例说明系统选择的分析方法:
(1)全空气系统在机房内对空气进行集中处理,空气处理机组有多种处理功能和较强的处理能力,尤其是有较强的除湿能力。
因此适用于冷负荷密度大、潜热能大或对室内含尘浓度有严格控制要求的场所,例如人员密度大的大餐厅、火锅餐厅、剧场、商场、有净化要求场所等。
系统经常需要维修的是空气处理设备,全空气系统的空气处理设备集中于机房内,维修方便,且不能影响空调房间使用,因此全空气系统也适用于房间装修高级、常年应用的房间,例如侯机大厅、宾馆的大堂等。
但是全空气系
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统有较大的风管及需要空调机房,在建筑层高低、建筑面积紧张的场所,他的应用受到了限制。
(2)高大空间的场所宜选用全空气定风量系统。
在这些场所,为使房间内温度均匀,需要要有一定的送风量,故应采用全空气系统中的定风量系统。
因此,像体育馆比赛大厅、侯机大厅、大车间的空调都宜用全空气定风量系统。
(3)一个系统有多个房间或区域,各房间的负荷参差不齐,运行时间不完全相同,且各自有不同要求时,宜选用全空气系统中的变风量系统、空气-水风机盘管系统、空气-水诱导器系统等。
如果这些系统中有多个房间的负荷密度大、湿负荷较大,应选用单风道变风量系统或爽风道系统。
空气-水风机盘管、和空气-水诱导器系统适用于负荷密度不大、湿负荷也较小的场合,如客房、人员密度不大的办公室等。
(4)一个系统有多个房间,又需要避免各房间污染物互相传播时,如医院病房的空调系统,应采用空气-水风机盘管系统、一次风为新风的诱导器系统或空气-水辐射板系统。
设置于房间内的盘管最好干工况运行。
(5)旧建筑加装空调系统,比较适宜的系统是空气-水系统;
一般不宜采用全空气集中空调系统。
因为空气-水系统中的房间负荷主要由水来承担,携带同样冷、热量的水管远比风管小很多,在旧建筑中布置或穿楼层较为容易;
空气-水系统中的空气系统一般是新风系统,风量相对比较少,且可分层、分区设置,这样风管尺寸很小,便于布置、安装。
如果必须在此使用全空气集中空调时,也应尽量将系统划分得小一些。
2.系统划分的原则
一幢建筑不仅有多种形式的系统,而且同一种形式的系统还可以划分成多个小系统。
系统划分的原则如下:
(1)系统应与建筑物分区一致。
一幢建筑物通常可分为外区和内区。
外区又称周边区,是建筑中带有外窗的房间或区域:
如果一无间隔墙的建筑平面,周边区指靠窗外一侧5~7m(平均6cm)的区域;
内区是除去周边区外的无窗区域,当建筑宽度<
10cm时,就无内区。
周边区还可以分为不同朝向的周边区。
不同区的负荷特点各不相同。
一般说,内区中常年有灯光、设备和人员的冷负荷,冬季只在系统开始运行时有一定的预热负荷。
周边区的负荷与室外有着密切的关系,不同朝向的周边区的围护结构冷负荷差别甚大。
北向冷负荷小;
东侧上午出现最大冷负荷;
西测下午出现最大冷负荷;
南
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向冷负荷并不大,但四月、十月南向的冷负荷与东、西向相当。
冬季周边区一般都有热负荷,尤其在北方地区,其中北向周边区的负荷最大。
在有内、外区的建筑中,就有可能出现需要同时供冷和供热的工况,系统宜分内、外区设置,外区中最好分朝向设置,因为,有的系统无法同时满足内外区供冷和对周边区供热,但会引起冷、热量抵消,浪费能量。
因此,最好把内外区的系统分开。
(2)在采暖地区,有内、外区的建筑,且系统只在工作时间运行,当采用变风量系统、诱导器系统或全空气系统时,无论是否分区设置,宜设一独力的散热器采暖系统,以在建筑无人时进行值班采暖,宜设一独力的散热器采暖系统,以在建筑无人时进行值班采暖,从而可以节约运行费用。
(3)各房间或区的设计参数值和热湿比相接进、污染物相同,可以划分为一个全空气系统;
对于定风量单风道系统,还要求工作时间一致,负荷变化规律基本相同。
(4)一般民用建筑中的全空气系统不宜过大,否则分管难于布置;
系统最好不跨楼层设置,需要跨楼层设置时,层数也不应太多,这样有利于防火。
(5)空气—水系统中的空气系统一般都是新风系统,这种系统实质上是一个定风量系统,它的划分原则是功能相同、工作班次一样的房间可划为一个系统;
虽然新风量与全空气系统中的送风量相比小很多,但系统也不宜过大,否则各房间或区域的风量分配困难;
有条件时分层设置,也可以多层设置一个系统。
(6)工业厂房的空调、医院空调等在划分系统时要防止污染物互相传播。
应将同类型污染的房间划分为一个系统;
并应使各房间之间保持一定的压力差,引导室内的气流从干净区流向污染区。
八、制冷机房的方案确定
1、设计步骤
制冷机房的设计大体有以下几个步骤:
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确定制冷系统的总制冷量确定制冷机种类和系统型式确定制冷系统的设计工况选择制冷压缩机和电动机选择蒸发器和冷凝器选择辅助设备
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布置冷冻机房设计各种管道系统
2、设备的布置原则
机房内的设备布置应保证操作、检修的方便,同时要尽可能使设备布置紧凑,以节省建筑面积。
压缩机必须设在室内,并应有减振基础。
其他设备则可根据具体情况,设置在室内、室外或敞开式建筑内,但是,要注意某些设备之间必要的高度差。
制冷压缩机及其他设备的位置应使连接管路短,流向通畅,并便于安装。
制冷压缩机的主要操作通道宽度以及压缩机突出部分与配电盘的距离应不小于
1.5m。
非主要通道宽度应不小于0.8m。
两台制冷压缩机之间的距离应满足机曲轴所需的地位,一般应不小于1m。
抽出压缩
卧式壳管冷凝器和蒸发器布置在室内时,应考虑有清洗和更换其内部传热管的可能。
此外,设备和管路上的压力表、温度计等应设在便于观察的地方。
3、制冷设备的保温
管道和设备保温层厚度的确定,要考虑经济上的合理性,但是,最小保温厚度应使其外表面温度比最热月室外空气的平均露点温度高2℃左右,以保证保温层外表面不至有结露现象。
为了保证保温的效果,保温结构应由以下几部分组成:
防锈层
保温层
隔汽层
色层
九、设备选型
1、清华同方空气源热泵中央空调适合于本设计的特点
在很多地区,水中的Ca+、Mg+离子很多,水质比较硬。
很多空气源热泵机组,都使用板式换热器作为用户侧水换热器。
但是在实践我们发现,由于这种板式换热器对水质的要求很高,必须使用软化水,补水也必须补软化水,而且定期要进行拆卸清
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洗,否则就会造成结垢,轻则换热效率大幅度下降,严重的还会产生漏洞,致使水进入压缩机,严重损坏机组。
而为避免这种情况发生所采取的措施反倒造成使用难度增加,运行成本上升。
同方的机组采用套管式换热器,不但体积小,换热效率非常高,而且对水质要求不高,无须使用软化水,可以长期用普通水作为循环水,为用户减少了很多麻烦。
热泵机组在-2℃到2℃的区间内制热模式运行时候最容易结霜。
霜附着在风换热器上,影响了热量的交换,所以必须进行除霜。
一般的除霜工作就是让机组进行制冷运行,借助通过风换热器的热量,将霜融化。
但是过长时间的除霜工作却会影响整个系统的制热效果另外,如果除霜不完全,在重新进行制热运行时表冷器上就会结冰,更加影响换热效率,严重时甚至会造成机组工作压力不正常,机组保护停机。
为保证机组在低温环境下长时间稳定工作,同方的FS-L机组由一套非常实用的除霜控制技术。
同时采用同一个机组两套独立系统的设计思想,在同一台机组上一半用制冷模式除霜,另一半继续制热,所以除霜过程对于制热效果的影响非常小。
在天津这种沿海地区,空气中的湿度相对内地是相当大的,这样就使对于室外设备的防锈处理变得尤为重要。
同方机组的空气源热泵,使用铝合金框架和不锈钢钣金,高级喷塑工艺的外钣金,就连108颗螺栓也是不锈钢的,全面防止了锈蚀的发生。
FS-L机组为模块化设计,结构简单,运行可靠;
采用进口全封闭漩涡式压缩机,性能优异、噪音低,而且智能动态除霜。
2、百级洁净室选用的TRANE组合式空气处理机组(CLCP系列)适于本设计的特性及优点
箱体结构设计独特——通过由楔子与框架组成的自锁机构,面板被紧紧地固定在框架上,压力被均匀地施加在面板和粘贴在框架上地密封条上,从而构成了一个气密性极好地箱体,资料表明其箱体设计漏风率达到欧洲B级标准。
特型铝合金框架,使整个机组结构轻巧坚固。
所有面板中间全部充注高效聚氨酯保温材料,发泡面板具有极好地热阻特性,同时具有卓越地减振降噪功能。
聚氨酯发泡保温性能优良,不吸水、不腐烂、不滋生霉菌、不释放化学气体、不会掉下碎屑到空气流中。
冷凝水处理优越,有设计独特地双坡度倾斜式下凹冷凝水盘,能确保冷凝水全部排出,完全防止空调箱内冷凝水积滞。
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3、TRANE组合式空气处理机组(CLCP系列)快速选型步骤
1、确定设计风量(CMH)或者总冷量(kW)
2、根据样本参数表格,通过选择最接近地风量或者总冷量,确定机组型号
3、机组地宽度和高度对于所有地功能段式相同地。
样本参数表格中机组地长度仅适用于标准的板式初效段+盘管段+风机段;
对于其他地组合,通过标准段地长度确定整个机组地长度
1、万级洁净室选用的申菱牌洁净手术室用空调机结构与特点
整机采用双层机体结构(隧道式)。
内层采用不滋菌的喷塑钢板制作,外层采用喷塑钢板制作。
机体内外层之间灌注高压发泡聚氨酯材料,内外层不相贴整体发泡确保了机组的绝热性能和极低的漏风率,从而杜绝了机组的冷桥,确保机组在各种工况下运行时外壳均无结露出现。
内层采用圆弧过渡工艺,减少积尘滋菌可能,方便清洗。
YJ系列洁净手术室用空调机是根据我国《医院洁净手术部建设标准》和《医院洁净手术部建筑技术规范》对空调机和洁净手术部环境控制的要求而专门设计开发的,能有效地保障洁净、无菌的室内环境。
机组采用微电脑控制系统,可以实现多种工况运行模式,精确控制室内温湿度。
机组内采用不滋菌的喷塑冷轧钢板(或不锈钢板),消除表面菌,并能耐消毒剂腐蚀和湿空气锈蚀。
新风粗效过滤器和中效过滤器均采用“憎水”型大容尘量、高性能过滤器。
机组电加热器采用不锈钢光管制作,表面光滑无翅片,耐腐蚀,不易积灰,易清洗。
处于正压下的表冷盘管确保冷凝水排水顺畅,不积水,不设水封。
中效过滤器设置在正压段,能保护蒸发盘管不受尘埃污染,还可以避免中效过滤器受潮。
表冷盘管面风速≤2m/s,并采