净化空调设计说明书.docx
《净化空调设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《净化空调设计说明书.docx（73页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
净化空调设计说明书
目 录
河南时代农牧动物药业车间净化空调系统设计
摘 要
本设计是河南时代农牧动物药业车间净化空调系统设计，车间内包括洁净厂房和包装间、仓库等。
本设计区间由于功能要求不同而需要设计10000级洁净空调系统和舒适型空调系统。
净化空调系统遵守《医药工业洁净厂房设计规范》和《洁净厂房设计规范》（GB50073-2001）的相关规定，采用初、中、高效三级过滤器的全空气洁净空调系统，送风、回风采用上送下回式，舒适型空调亦采用全空气系统；洁净区回风采用回风竖井下回风形式，舒适区采用全新风。
设计过程中本着到经济、合理、安全的原则，并对系统运行时产生产生的噪声、振动进行了处理。
关键词 制药车间/洁净空调/舒适性空调/洁净度等级
TheDesignofCleanRoomAirConditioningSysteminHenanTimeAgriculturePasturePharmaceuticalWorkshop
ABSTRACT
ThisisthedesignofcleanroomairconditioningsystemofHenanTimesAgriculturePasturePharmaceuticalworkshop.Theworkshopincludescleanroom,wrappingroom,andwarehouseandsoon.Becauseofthedifferentfunctionoftheworkshop,theairconditioningsystemwasdividedintocleanroomairconditioningsystemswithcleanlinesslevelof10,000andthecomfortableairconditioningsystem.Basedonthe“PharmaceuticalIndustryCleanRoomDesignCriterion”and“CleanRoomDesignCriterion”（GB50073-2001）,thecleanroomair-conditioningsystemwasdesignedintoallairsystemwithpreliminaryefficientfilter,middleefficientfilterandhighefficientfilter,andtheairflowedfromthetopdown.Thecomfortableairconditioningsystemalsoadoptedtheallairsystem.Thecleanroomusedverticalshafttoreturnairandthecomfortableairconditioningroomusedtotalfreshairsystem.Thedesignwasmadeitinviewofeconomical,reasonableandsafeprinciple.Alsotheshockabsorptionandnoisereductionwasimplemented.
KEYWORDS Pharmaceuticalworkshop,cleanroomairconditioning,comfortableairconditioning,cleanlinesslevel
1 绪论
1.1 空气洁净的概念
1.1.1 洁净空气与空气净化
“空气洁净”可以从两个关联的方面来理解，一是空气净化，表示空气洁净的行为；二是指干净空气所处的洁净状态。
空气洁净的目的是使受到污染的空气被净化到生产、生活所需要的状态，或达到某种洁净度。
空气净化是采用某种手段、方法和设备使被污染的空气变为洁净的空气[1]。
由于空气净化对象不同，净化的内容、方法与衡量标准也各不相同。
大气的污染净化的对象来看，有的要解决的是大气污染的问题，有的是以洁净室为对象。
然而，对于电子、宇航、高精密度机械制造、某些医疗部门及制药一些对生产环境要求严格的工艺过程或房间，这种相对比较干净的空气依然不符合要求，还需要进一步净化[2]。
1.1.2 洁净室及空气洁净技术
洁净室（区）：
是指空气悬浮粒子浓度、含菌浓度受控房间（限定的区域）。
房间（区域）的建造和使用方式要尽可能减少引入、产生和滞留粒子（包括尘粒和菌粒）等，房间（空间）内其他相关参数如温度相对湿度和压力按要求进行控制。
洁净区可以是开放式和密闭式，可以位于或不位于洁净室内。
空气洁净技术：
（aircleantechnology）：
洁净室污染控制技术。
空气洁净技术还包括为创造污染程度受控的工作环境所采取的所有方法，包括预防性措施。
1.2 空气洁净技术的发展
1.2.1 空气洁净技术的发展
洁净技术是一门新兴的技术。
在科学实验和工业生产中，产品加工的精密化、等微型化、高纯度和可靠性要求具有一个受控的尘埃粒子污染的生产环境。
早在20世纪20年代美国航空业陀螺仪制造过程最先提出了生产环境的净化要求，为消除空气中的尘埃粒子对航空仪器的污染[3]。
飞速发展的军事工业，要求防止放射性扩散，提高原材料纯度、零件加工与装配精度，提高元器件和整机的可靠性与使用寿命等，这些都要求有“一个洁净的生产环境”。
洁净室在人们的尝试、实践中得到日益广泛的应用，工业生产技术、科学实验在应用洁净技术中获得了丰厚的回报。
20世纪50年代初，高效空气粒子过滤器HEPA（HighEfficiencyParticulateAirFilter）在美国问世[4]，是洁净技术的第一次飞跃。
这一成就的取得，使美国在军事工业和人造卫星制造领域建立了一些洁净室；日本从20世纪50年代开始便在半导体制造工厂中应用空气洁净技术；前苏联也在同时编制了所谓的“密闭厂房”典型设计。
从20世纪70年代初开始，诞生了现代的生物洁净室，如在制药工业、化妆品工业、食品工业和医疗部门的手术室、特殊病室等方面的推广和应用。
国内外空气洁净技术的发展都是随着科学技术的发展、工业产品的日新月异，特别是军事工业、航天、电子和生物医药等工业的发展而不断发展的。
高纯度的产品如生产集成电路所需要的单晶硅材料，生产光纤所需要的四氯化硅、四氯化锗材等已由过去的高纯度进入“电子纯”、“超纯”，只有达到入戏高的纯度才能满足现代集成电路、电子元器件、光纤产品所需要的技术条件。
中国洁净技术的研究和应用开始于20世纪50年代末，第一个洁净室于1965年在电子厂建成投入使用，同一时期我国的高效过滤器（HEPA）研制成功投入生产。
20世纪60年代是我国洁净技术的发展的起步时期，20世纪70年代末开始我国洁净技术随着各行业引进技术和设备的兴起得到了长足进步。
1981年无隔板高效过滤器和液槽密封装置通过鉴定并投入生产。
随后0.1μm高效空气过滤器研制成功，为研制和生产创造了有利条件。
20世纪80年代我国空气洁净技术和洁净厂房建设取得了明显成果，在建设大规模集成电路工厂、研究所、彩色显像管工厂以及制药工厂的洁净室工程、洁净手术室的同时，建成了一批5级（100级）、六级（1000级）的洁净室。
为了适应洁净技术的发展，同时也为了使洁净技术健康地发展，为各行业在建设洁净室工程时有法可依，在总结我国发展洁净室技术的经验基础上，吸取消化国际有关洁净室建设的标准、规范的规定，于1984年编制了我国首部《洁净厂房设计规范》（GBJ73-84）。
1.2.2 洁净室标准
1.2.2.1 国际洁净室的发展
1961年世界上最早的洁净室标准——美国空军技术条令203问世，随后1963年底颁布了第一个军用部分的联邦标准FS209,从此联邦标准“209”就成为国际上通行的著名的洁净室标准[5][6]。
之后，许多国家相继制定了有关洁净室的标准。
20世纪60年代以来，随着科学技术的进步，医疗水平和人民生活水平的提高，来自药品、化妆品等感染病症和不良反应的问题日益一起人们的关注。
人们发现，要确保药品质量，除了应遵照药典规定的特定要求、配方外，还应具有符合要求的生产环境，以防止生产过程中的微粒和微生物的污染、交叉污染，为此需制定必要的规范、标准，以控制药品生产环境，确保药品质量[7]。
1.2.2.2 ISO洁净室标准简介
ISO洁净室标准是由全球各标准化团体联合会的ISO/TC209洁净室及相关受控环境技术委员会编制的洁净室标准系列，据了解该系列包括如下部分：
第一部分 ISO14644-1,空气洁净度等级划分。
第二部分 ISO14644-2，为认证与ISO14644-1连续的相符性的测试和监测技术要求。
第三部分 洁净室计量与测试方法。
第四部分 ISO14644-4洁净室设计与施工。
第五部分 洁净室运行。
第六部分 术语、定义及单位。
第七部分 隔离与屏障。
第八部分 悬浮分子污染分类。
1.2.2.3 我国洁净室标准
随着我国洁净技术的发展，为了统一洁净室设计、建造的标准及相关的技术措施，在20世纪60～70年代国内一些应用洁净技术对工业产品生产环境空气中悬浮粒子进行控制的部门就开始尝试制定等级及相应的技术措施。
在1978年由国家建委立项编写国家标准《洁净厂房设计规范》，随后由国家计划委员会批准《洁净厂房设计规范》GBJ73-84为国家标准并正式发布和实施。
国家标准《洁净厂房设计规范》（GB50073-2001）中规定的洁净区内空气洁净度等级等同采用国际标准ISO14644-1中有关规定。
随后相继颁布以下规范：
（1）《洁净厂房施工及验收规范》（JGJ71-90）[8]
由国家建设部发布的行业标准《洁净厂房施工及验收规范》是中国建筑科学研究院主编，自1991年实施以来，对统一洁净室的施工要求、严格进行工程验收是十分有效的，在统一检测方法、提高洁净室的建造质量等方面起了重要作用。
（2）医药工业洁净厂房设计规范（1996年）[2]
由原国家医药管理局发布的行业标准《医药工业洁净厂房设计规范》（1996年）自1997年一月实施，它由上海医药设计院主编。
医药工业洁净室和洁净区是以微粒和微生物为主要控制对象，同时还还应对其环境温度、湿度、新鲜空气量、压差、照度、噪声等做出规定。
（3）《兽药生产质量管理规范》（试行）[9]
国家农业部在1989年12月发布了《兽药生产质量管理规范》（试行），规定了在我国兽药行业实施GMP管理的要求；为了加快GMP规范的实施，在1994年10月发布了《兽药生产质量管理规范实施细则》（试行），后附四种制剂的生产管理技术要求作为细则的补充。
（4）国家标准《实验动物环境与设施》（GB/T14925-94）[10]
由国家技术监督局1994年1月批准的国家标准《实验动物环境与设施》（GB/T14925-94），自1994年10月实施。
（5）《医院洁净手术部建设标准》[11]
国家卫生部颁布的《医院洁净手术部建设标准》从2000年10月施行。
1.3 洁净技术的应用
洁净技术在世界上已经经历了半个多世纪的发展，其应用范围愈加广泛，而且技术要求也更为复杂。
目前，它的代表性应用领域是在微电子工业、医疗卫生及食品工业等[4]。
主要有：
（1）微电子工业；
（2）半导体工业；
（3）光学工业；
（4）微机械加工业；
（5）纯化学试剂制造业；
（6）制药工业；
（7）医疗器械与移植装置的生产与包装工业；
（8）生物技术工业；
（9）食品与饮料工业；
（10）医院与其他保健机构；
1.4 洁净空调与一般空调的区别
洁净空调与一般空调的区别主要表现在以下几个方面：
（1）主要参数控制 一般空调侧重温度、湿度、新鲜空气量和噪声控制。
而洁净空调侧重控制室内空气的含尘量、风速、换气次数、在温、湿度有要求的房间，温、湿度也是主要控制参数。
对于生物洁净室，含菌量时主要的控制参数之一。
（2）空气过滤手段 一般空调有的只有初效一级过滤，而要求高的是初效、中效两级过滤处理。
而洁净室空调则要求粗、中、高三级过滤或粗、中、压高效三级过滤。
（3）室内压力要求 一般空调对室内压力要求不高。
而洁净室空调为了避免外界污染空气的渗入（内部污染物逸出）或不同洁净区不同物质的相互影响，对不同洁净区的正压（负压）均有要求。
（4）避免外界污染 为了避免外界污染，洁净空调系统材料和设备的选择、加工工艺、加工安装环境、设备部件的存储环境都有特殊要求。
（5）对气密性的要求 虽然一般空调对气密性、渗气量有一定要求，但洁净室要求更为严格。
（6）对土建及其他工种的要求 一般空调房间对建筑布局、热工的等有要求，但选材及气密性要求不是很严格。
而洁净空调对建筑质量的评价除一般建筑的外观等要求外，还对防尘、防起尘、防渗漏有严格要求。
在施工工序安排及搭接上有严格要求，以避免产生裂缝造成渗漏。
1.5 实现洁净的途径
空气净化一方面时送入洁净空气对室内污染空气进行稀释，另一方面是迅速排出室内浓度高的污染空气[12]。
为保证生产环境或其他用途的的洁净室所要求的空气洁净度，需要采取多方面的综合措施才能达到目标，措施包括：
（1）控制污染源，减少污染发生量；
（2）有效地阻止室外的污染物侵入室内；
（3）迅速而有效地排除室内已经发生的污染；
（4）流速控制；
（5）系统气密性；
（6）建筑上的措施。
2 工程概况
2.1 原始资料
2.1.1 工程简介
此工程为河南时代农牧动物药业车间净化空调系统设计，位于河南省郑州市。
厂房为单层，净化层包含洁净区和舒适区，建筑面积为1680m2,洁净区面积为1007m2，其中10000级占884.5m2,其余的为舒适区。
厂房层高5.5m，吊顶高2.7m，走廊吊顶高度同为2.7m，化胶配料房及纯化水制备房吊顶标高为4m。
2.1.2 土建资料
表2-1 维护结构参数表
维护结构（名称）
传热系数（w/m2.℃）（夏/冬）
传热衰减
传热延迟
楼板（彩钢板吊顶）
0.79/0.79
1
0.39
外墙（砖墙01-240）
2.41/2.41
0.39
7.87
内墙（彩钢板）
0.79/0.79
1
0.39
外窗（单层透明玻璃）
5.79/6.16
1
0.07
外门（节能外门）
3.02/3.12
0.99
0.64
2.2 气象参数
2.2.1 夏季参数
表2-2 夏季数据
大气压（Pa）
室外计算干球温度（℃）
室外计算湿球温度（℃）
最热月室外计算相对湿度（%）
计算日较差（℃）
平均风速（m/s）
995.1Pa
35.6
28.2
76
9.2
2.8
2.2.2 冬季参数
表2-3 冬季数据
大气压（Pa）
室外计算干球温度（℃）
冬季室外计算相对湿度（%）
室外计算湿球温度（℃）
平均风速（m/s）
1016.6
-7
60
-8.4
3.6
2.2.3 室内参数
根据药品生产工艺和环境区域的空气洁净度等级按国家GMP等有关规定确定，洁净室内的温度和湿度应符合下列规定：
（1）生产工艺对温湿度无特殊要求时，以穿着洁净工作服不产生不舒服感为宜。
空气洁净度100级、10000级区域一般控制温度为20～24℃，相对湿度为45～60%。
100000级以上级别区域一般控制温度为18～28℃，相对湿度为50～65%[13]。
（2）生产工艺对温度和湿度有特殊要求时，应根据工艺要求确定。
根据以上要求，不同等级洁净度要求的洁净室所要求的温度也不相同，本设计根据药厂生产过程的要求控制参数如下表所示，见表2-4。
表2-4 室内设计参数
房间类型
室温（℃）
相对湿度（%）
噪声等级（dB（A））
新风标准（m3/hp）
冬季
夏季
冬季
夏季
洁净区
21±1
25±1
40±10
60±10
50～60
每人不少于30
舒适区
21±1
25±1
40±10
60±10
50～60
每人不少于30
2.3 设计任务及要求
2.3.1 设计内容
设计以全年空调系统为主，包括建筑物舒适区空调设计、洁净区空调设计、及空调设备选型设计。
主要内容：
（1）设计参数确定,如室外设计参数、室内设计参数、建筑物设计参数等；
（2）空调负荷计算；
（3）空调系统方案的选择及空气处理过程的确定；
（4）风系统设计及气流组织；
（5）消声、减振及保温。
2.3.2 设计要求
独立完成毕业设计任务，能灵活准确运用本专业的基础理论知识，较好的结合生产实际，分析和解决设计中的问题，能熟练使用参考数据，设计要符合暖通空调和洁净技术的国家标准和规范。
设计说明书条理清晰，文字通顺，编排整齐，论据充分；施工图图面清楚整洁，图幅布置妥当，构造合理，较好的表达设计理念，符合国家暖通制图标准与设计说明书一致。
3 负荷计算
3.1 概述
3.1.1 得热量与冷负荷的基本概念
得热量：
某一时刻由室外及室内热源散入房间内的热量。
按其性质不同又可分为显热和潜热，其中显热又可分为辐射热和对流热。
瞬时冷量：
系统为了维持室内温度恒定，空调设备必须在单位时间内带走的热量，即必须单位时间内必须向室内提供的冷量。
除热量：
当空调系统间歇使用时，室温会有一定的波动，引起维护结构额外蓄热或放热，结果使空调设备自室内要带走的热量更这种在非稳定工况下多些，空调设备自室内带走的热量称“除湿量”。
3.1.2 冷负荷的主要内容
（1）通过维护结构传入室内的热量；
（2）人体散热量；
（3）照明散热量；
（4）设备、器具、管道及其他室内热源散热量；
（5）新风带入室内的热量；
（6）伴随各种散湿过程的潜热量。
确定房间计算冷负荷时，应根据上述各项热量的种类和性质，以及房间的蓄热特性，分别逐时计算，然后逐时叠加，找出最大值。
3.2 冷负荷计算公式
（1）外墙和屋顶传热冷负荷计算公式
外墙或屋面传热形成的计算时刻冷负荷
（3-1）
式中：
——计算时间，h；
——维护结构表面受到周期为24小时谐性温度波作用，温度波传到内表面的时间延迟，h；
——温度波的作用时间，即温度波作用于维护结构内表面的时间，h
K——维护结构传热系数，
；
F——维护结构计算面积，
；
——作用时刻下，维护结构的冷负荷计算，简称负荷温差，见参考数据[16]。
（2）外窗的温差传热冷负荷
通过外窗温差传热形成的计算时刻冷负荷
按下式计算
（3-2）
式中：
——冷负荷（KW）；
——玻璃窗温差传热的负荷温差；
K——维护结构传热系数（
）；
F——维护结构计算面积，
；
K值取6mm普通单层玻璃5.7w/m2.K，由参考数据[16]附录表2-12查得计算时刻的负荷温差
。
（3）外窗太阳辐射冷负荷
透过外窗的太阳辐射形成的计算时刻冷负荷
，应根据不同情况分别按下列各式计算：
（3-3）
式中：
——负荷系数；
——窗的有效面积系数；
——地点修正系数；
——窗玻璃的遮阳系数；
——窗内遮阳设施的遮阳系数。
（4）人体冷负荷
人体散热形成的计算时刻冷负荷，按下式计算：
（3-4）
式中：
Cr——群集系数；
N——计算时刻空调房间内的人数；
—一名成年男子小时显热散热量，W；
——人体显热散热冷负荷系数。
（5）照明冷负荷
照明设备散热形成的计算时刻冷负荷
，应根据灯具的种类和安装情况分别按下式计算：
（3-5）
式中：
N——每平方米10瓦估算；
n1——镇流器功率系数，暗装荧光灯取1.0；
n2——灯罩隔热系数，灯罩上有小孔取0.5；
——照明散热系数；
由参考资料[14]附录表2-15查得计算时刻的负荷系数
。
（6）车间制药设备形成的冷负荷
（3-6）
式中：
T——设备投入使用的时刻（点钟）；
——从设备投入使用的时刻算起到计算时刻的时间，h；
——时间设备、器具散热的冷负荷系数；
N——设备的实际散热量，Kw。
由文献[14]附录表2-14查得计算时刻的负荷系数J。
（7）渗透空气显热冷负荷
渗透空气的显热冷负荷Qx（W）,按下式计算：
（3-7）
渗透空气散湿量及潜热冷负荷
（3-8）
式中：
dw——室外空气的含湿量，g/Kg；
dn——室内空气的含湿量，g/Kg；
dw——室外空气的焓，KJ/Kg；
in——室内空气的焓，KJ/Kg。
（8）新风负荷
（3-9）
式中：
GW——新风量，m3/Kg；
——室外焓值，KJ/Kg；
——室内焓值，KJ/Kg；
房间最小新风量
（3-10）
式中：
n——室内人数；
RP——每人最小新风量指标，m3/（人.h）。
3.3 热负荷计算公式
（1）通过维护结构的温差传热量用下式计算
（3-11）
式中：
Qj——通过供暖房间某一面维护结构的温差的传热量，W；
K——该维护结构的传热系数，w/（m2.℃）；
F——该维护结构的散热面积，m2；
tn——室内空气计算温度，℃；
tw——室外供暖计算温度，℃；
a——温差修正系数。
（2）通过门缝隙的冷风渗透耗热量
（3-12）
式中：
——干空气的定压比热容，
；
——室外温度下的空气密度，Kg/m3；
——渗透空气的体积流量，m3/h；
——室内外供暖计算温度，℃。
V的确定：
（3-13）
式中：
l——房间某朝向上的门窗缝隙的长度，m；
L——每米门窗缝隙的基准渗透风量，m3/h；
m——门窗缝隙的综合修正系数。
4 空调系统方案的选定
空调系统设计包括确定各房间的空调方式和确定空调机组的型号。
空气调节系统一般均由空气处理系统设备和空气输送管道以及空气分配装置所组成，根据需要，它能组成许多不同形式的系统。
在工程上应考虑建筑物的用途及性质、热湿负荷特点、温湿度调节和控制的要求、空调机房的面积和位置、初投资和运行维护费用等许多方面的因素，选定合理的空调系统。
因此，首先要研究一下空调系统的分类。
4.1 空调系统的分类
4.1.1 空调系统的分类
4.1.1.1 按空气处理的设备情况分类
按空气处理的设备来看，空调系统分为以下三类：
（1）集中系统；
（2）半集中系统；
（3）全分散系统（局部机组）。
4.1.1.2 按负担室内负荷所用的介质种类分类
按负担室内负荷所用介质的种类来看，空调系统分为以下三类：
（1）全空气系统；
（2）全水系统；
（3）空气-水系统。
4.1.1.3 根据集中式空调处理的空气来源分类
按处理空气的来源来看，集中式空调系统分为以下三类：
（1）封闭式系统；
（2）直流式系统；
（3）混合式系统。
4.1.2 不同种类空调系统特点
4.1.2.1 集中式、全封闭式、半集中式空调系统特点、优缺点的对比
表4-1 集中式、全分散式、半集中式空调系统特
升级会员 