浅谈洁净室的净化空调设计

洪玉忠
上海医药设计院

阅读目录：

1、洁净室设计的基本原则
2、空调净化系统设计
┣2.1 设计依据
┣2.2 系统设置
┣2.3 空调箱的设计
┣2.4 高效过滤器和亚高效过滤器
┣2.5 空内气流组织
┣2.6 自控
┗2.7 设计图纸
3、结论
4、相关阅读

正文

    医药生物工业与人民健康息息相关，为满足市场需求，许多生物制药厂正在按GMP的规范进行改建或新建。以下就我们多年来的设计实践，就如何设计符合GMP要求的药厂净化空调系统谈些个人的看法。

1、洁净室设计的基本原则

    我们知道生物洁净室设计的三个基本原则是：

    (1)阻止尘粒和细菌进入
    (2)控制屏敝尘粒细菌产生；
    (3)迅速排除或消除尘粒细菌。

    这三个原则也是设计净化厂房的基本依据之一。

    就以上这些原则还可以看到净化空调和洁净室是紧密相联的，净化空调系统是洁净室的重要的组成部分。围绕 以上三个基本原则，我们就很能理解GMP规范中的有关条文的精神。

    如

    (1)洁净厂房的选址，要求周围空气清洁，没有污染。在整个厂区内，洁净车间必须在全年主导风向的上风向。

    (2)洁净技术的发展、许多新材料的发明和使用，使得洁净室内部(吊顶、地坪、隔断等)产生的尘粒已经变得少了。而洁净室内人员和物料进出已经成为尘粒细菌的主要来源。人流和物流的净化、以及避免人流和物流的交叉污染成为生物洁净室工艺布置设计中的重要问题。

    (3)对于其它专业，如建筑上的圆角、门窗、电气上的灯具、开关等处理都需要满足这三个基本原则。

2、空调净化系统设计

2.1 设计依据

    空调净化系统的设计，必须根据洁净室设计规范及GMP规范进行。同时，工艺专业必须提出明确的设计条件，包括洁净等级，温湿度，房间压力控制要求等，并提供包括工艺布置图，洁净区域图，设备表，人流和物流流程。土建专业必须提供完整的土建图纸，以作为净化空调的设计依据。

2.2 系统设置

    空调系统的划分，直接影响到洁净室的管理和运行。在确定空调系统时，不同的生产剂型，不同的班次，不同的洁净区域，空调系统均应分开设置。这些独立空调系统的设置，能有效地避免各区域内空气互相污染、窜通的可能。同时各独立的空调系统能根据房间的具体要求，处理各自空气焓差或设置不同的过滤装置。

    每个系统的风量一般控制在3～4万(m³/h)以下比较合适。这对于噪声，设备检修，更换过滤器，风管所需吊顶空间都比较有利。

2.3 空调箱的设计

    目前在净化空调系统中，一般都采用工厂生产的装配式空调箱，它具有占地小，操作方便，安装快，外形美观等特点。空调器的功能一般有：粗中效过滤段、表冷段、加热段，加湿段，进回风机段，消音段，中间段，混台段等。可以任意选用各种不同的功能段，以组合成所需的空调箱。

2.3.1 风机设置

    净化空调箱选用单风机还是双风机，不能一概而论。必须根据具体情况比较后选定，单风机的造价、占地比双风机省，但在系统所需风压较大时，采用双风机可以降噪，而且有时可根据需要只开一台风机(如值班运行或系统消毒运行时)，对于进风量与回风量明显不等的情况下，双风机可以得到较明显的节能效果；

单风机系统的风机轴功率 Np=LP

 式中：

    Np—轴功率 L—系统风量 P—系统阻力

双风机系统的风机轴功率 Np=L₁P₁＋L₂P₂

 式中：

L—量送风量(即系统风量L1≠L)
P₁—送风部分阻力
L₂—回风量
P_a—回风部分阻力
P=P₁+P₂ (忽略新风管的阻力损失)

单风机风机轴功率—双风机风机轴功率：

    LP-(L₁P₁+L₂P₂)=L₁(P₁+P₂)-L₁P₁-L₂P₂=P₂(L₁-L₂)

    所以，单风机比双风机增加的能耗取决于送回风量之差与回风系统的阻力。对于生产固体制剂的净化空调系统，因除尘排风量较大，回风量一般较小 此时采用双风机系统节能较明显。如果系统较小，回风量较大，建议采用单风机可以节省一次投资费用。

2.3.2 冷却器

    净化空调系统多采用表面冷却器，即表冷器。材质一般采用铜管铝片。冷冻水为闭式系统，送水温度约为5～7℃ 。采用干式冷却可使空调器内部比较清洁，不易长霉菌且室内温湿度也较易控制。有时为了达到比较低的温度和湿度或处理焓差较大的空气等，可采用两组表冷器串联的办法，工程中可以达到预期的效果。

2.3.3 空气内过滤器

    净化空调系统内粗中效过滤一般都设置在空调器内。新风经粗效过滤器过滤；表冷器前建议设中效过滤器，既可过滤回风，又可保持表冷器表面清洁，保证传热效果；风机出口正压段设中效过滤器，用以保护系统末端的高效过滤器。

    需要指出的是空调系统中的新风管和回风管是不能直接串通的，以防室外空气污染洁净室。有些工程．因条件限制，也可将高效过滤器或亚高效过滤器安装在空调器内，但空调箱应有足够的安装断面，此种做法仅限于十万级和十万级以下的净化系统。

    净化空调系统中，空调箱是关键设备，其热工性能和密封性的好坏，直接影响到系统运行和室内的各项参数。因此制造厂必须对设备严格测试，达到规定的质量指标和设计要求才能出厂。净化空调器的整机漏风量要求不大于2% 。

2.4 高效过滤器和亚高效过滤器

    要使经高效过滤器过滤后的空气不再被尘粒或微生物污染，所以高效过滤器应尽可能装在系统末端(风口处)，亚高效过滤器特点是阻力低、型式多样、一般应用在十万级场合。但房间换气次数必须大于规范要求。亚高效过滤器也可以制成袋形安装在空调箱内作为高效过滤器的预过滤之用。

    随着国内外高效过滤器的发展，目前铝合金框架的高效过滤器的应用也日益增加。

2.5 空内气流组织

    为迅速排出室内尘粒，必须合理地组织室内气流。室内气流分布主要取决于送风气流，所以高效送风口宜在吊顶均匀布置(并与照明灯具布置相协调)，或布置在需控制的主要区域的上方。回风口应尽可能布置在靠近尘源的地方或生产岗位的下风向，比较理想的方式是顶送底侧回风。有些十万级场合，也可顶送顶回，以节省风管占地面积。

    室内气流组织还应包括洁净区内房间与房间之间的空气流向，即房间正负压值空气流向一般应从高级别的房间流向低级别的房间，但对于易产生粉尘的固体制剂(如片剂)，为防止药物的交叉污染，产生粉尘房间应保持负压，其它如产生有害气体的房间亦应保持负压。考虑到洁净室的运行管理，重要房间可设就地压差显示报警仪。

2.6 自控

    为提高净化空调系统的正常运行的可靠性，提高室内温湿度控制的精度，在投资许可的情况下应尽可能采用自动控制。对于净化空调系统，控制房间正负压值，恒定风量与控制室内温湿度同样重要。对于恒定系统风量，可以(1)通过送风管上流量探头来控制风机变频调速装置，调节风机转速来实现。(2)通过调整送风管上电动风阀的开启度来实现，对于房间微差压，可以通过调节回风管上电动风阀来达到为保证净化空调系统的正常运行和安全性，送回排风机之间设有联锁装置以维持室内正压。防火阀与风机之间应设有联锁装置。

2.7 设计图纸

    净化空调系统设计有别于一般空调系统设计，它必须提供完整的图纸及各项参数指标，同时调试必须严格按设计要求进行。设计文件中必须包括房间内容一览表，包括房间名称，洁净度、吊顶标高，送回风量，换气次数、温湿度、正压值，高效过滤器型式，安装位置，气流方式，进回风口编号，风口型号。这份表格是调试的依据，也是洁净室的存档资料。

    通过一些项目的工程实践，深感净化空调系统能否达到设计要求，风量是设计的关键，设计风量+HEPA(高效过滤器)+气流组织能得到好的洁净度；只有足够的风量，加以空调设备对冷热量足够的处理能力，才能达到要求的温湿度。因此风量计算一定要正确无误，风机选型时，不但风量要满足要求，同时压头要留有适量余量。

    一个好的工程设计，还必须通过好的施工安装来实现。净化空调系统的安装施工单位必须具有一定资质，同时是有净化工程施工的经验，能严格按洁净室施工验收规范要求进行施工。

3、结论

    综上所述，我们应该认识到净化空调是洁净室重要的组成部分，而洁净室应该是工艺生产的一部分，这样，我们就会给予净化空调足够的重视。一个好的工程设计不单是图纸的设计，它必须贯穿在前期准备工作，设备制造，系统安装调试之中。应该认识到设计是一个动态过程，只有全部专业共同参与的全过程，才能设计出真正符合GMP要求的洁净室。

本文得到王福国高级工程师的指正在此深表谢意。

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