北京某藥廠潔凈空調(diào)設計

甄勤

ZHEN Qin

（中國中建設計集團有限公司，北京 100037）

（ChinaConstructionEngineeringDesignGroupCorporation Lim ited，Beijing 100037，China）

北京某藥廠潔凈空調(diào)設計

甄勤

ZHEN Qin

（中國中建設計集團有限公司，北京 100037）

（ChinaConstructionEngineeringDesignGroupCorporation Lim ited，Beijing 100037，China）

通過北京某藥廠潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設計，闡述藥廠潔凈空調(diào)設計的方法及要點，重點總結了潔凈空調(diào)系統(tǒng)風量、負荷的計算方法及經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并用工程實例分析潔凈空調(diào)系統(tǒng)風管管路的布置原則。

潔凈空調(diào)；計算方法；管路設計

1 引言

隨著科技的進步以及醫(yī)療技術水平的提高，人們對藥品的生產(chǎn)質量要求越來越高，為防止藥品在生產(chǎn)過程中的污染，國家頒布了相關的標準、規(guī)范。1995年7月11日，國家衛(wèi)生部下達了開展藥品GMP認證工作的通知。《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范》（GB 50457—2008）進一步融入了GMP管理理念，以保障藥品生產(chǎn)質量為原則，從設計中貫徹執(zhí)行《藥品生產(chǎn)質量管理規(guī)范》（GMP）和國家有關方針政策。在進行醫(yī)藥潔凈廠房的相關設計時，應嚴格遵守國家有關標準及規(guī)范。

凈化空調(diào)系統(tǒng)是控制對潔凈室內(nèi)潔凈環(huán)境產(chǎn)生影響的物質，如粉塵、煙霧、微生物等，并控制房間的溫度、濕度在要求的范圍內(nèi)。空調(diào)凈化系統(tǒng)是在空調(diào)設備的基礎上，強化空氣過濾設施，同時控制室內(nèi)外壓差，合理安排氣流組織，避免交叉污染?，F(xiàn)結合北京某制藥廠的潔凈空調(diào)設計，闡述潔凈空調(diào)系統(tǒng)的設計方法及設計要點。

2 工程概況

本工程總建筑面積10 000m2，潔凈空調(diào)區(qū)域面積為2000m2，建筑高度14m，共2層，1層主要為辦公室及庫房，2層為制藥車間及包裝間。2層制藥車間設計為潔凈度為100 000級的潔凈車間。

3 藥廠平面布局

潔凈藥廠平面布局設計的關鍵在于控制塵粒及微生物對藥品的污染。廠區(qū)位置的選擇十分重要，應選擇在大氣含塵濃度、含有害氣體濃度、含細菌濃度低的環(huán)境中。合理布置建筑平面布局、規(guī)劃好人流、物流線路，是控制污染物的關鍵。建筑平面布置不當會導致工藝操作不便，人流物流紊亂，造成交叉污染。生產(chǎn)車間內(nèi)工藝布局要與工藝流程一致，避免人流和物流的交叉污染，做到合理的生產(chǎn)操作和有效管理。

該工程采用外廊回收型布局，實現(xiàn)潔污分流，并且在潔凈車間內(nèi)部設置正壓走廊，可以有效地控制污染物的流向，在生產(chǎn)過程中避免產(chǎn)塵、產(chǎn)濕房間的污染物流向潔凈要求高的主要房間。人員和物料的出入口均分開設置，該工程人員進出生產(chǎn)區(qū)域的出入口設置在西北角處，物料進出生產(chǎn)區(qū)域的出入口設置在東南角，人員及物料在進入醫(yī)藥潔凈室前均設置凈化用室和設施，詳見圖1。

圖1 潔凈車間平面布局

4 潔凈空調(diào)系統(tǒng)設計

潔凈空調(diào)系統(tǒng)的合理設置，旨在控制生產(chǎn)工藝環(huán)境的空氣潔凈度等級，控制生產(chǎn)車間的溫度與濕度在要求的范圍之內(nèi)，控制潔凈室的壓差及氣流流向，保障生產(chǎn)車間處于受控狀態(tài)。

4.1 潔凈空調(diào)系統(tǒng)設計步驟

1）按照生產(chǎn)工藝的要求確定潔凈車間的潔凈度等級，確定氣流流型；

2）確定室內(nèi)外參數(shù)；

3）計算潔凈室的冷熱負荷；

4）確定各個房間的壓差值，計算壓差風量；

5）計算新風量；

6）計算送風量；

7）計算回風、排風量；

8）氣流組織設計；

9）空調(diào)總的冷、熱負荷計算；

10）確定空調(diào)系統(tǒng)加熱、冷卻、加濕、除濕等處理方案，選擇空氣處理設備；

11）布置空調(diào)機房及管路系統(tǒng)。

4.2 潔凈室室內(nèi)設計參數(shù)

潔凈室室內(nèi)設計參數(shù)的確定遵循以下原則，當生產(chǎn)工藝對潔凈室的潔凈度等級及溫濕度有特殊要求時，按照工藝的要求確定設計參數(shù)，當生產(chǎn)工藝對此沒有提出特殊要求時，應按照國家相關規(guī)范及標準確定。

根據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范》（GB 50457—2008）中規(guī)定：“生產(chǎn)工藝對溫度和濕度沒有特殊要求時，百級、萬級的醫(yī)藥潔凈室溫度應為20～24℃，相對濕度應為45%～60%；十萬級、三十萬級的醫(yī)藥潔凈室溫度應為18～26℃，相對濕度應為45%～65%。”[1]

本工程潔凈車間是十萬級，工藝無特殊要求，因此室內(nèi)設計參數(shù)定為：溫度為18～26℃，相對濕度為45% ～65%。

4.3 潔凈室負荷計算

潔凈室負荷計算包含下列內(nèi)容。

1）圍護結構引起的負荷：潔凈室的冬季熱負荷與

一般空調(diào)的計算方法相同，而夏季的冷負荷的計算方法有所不同，位于建筑內(nèi)區(qū)的潔凈室，在計算圍護結構引起的冷負荷時可按穩(wěn)態(tài)傳熱公式計算，詳見公式（1）[2]：

式中，K為內(nèi)圍護結構(如內(nèi)墻、樓板等)的傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；F為內(nèi)圍護結構的面積，m2；twp為夏季空調(diào)室外計算日平均溫度，℃；Δtls為鄰室溫升℃，可按表1選??；tn為室內(nèi)計算溫度，℃。

表1 鄰室溫升

2）潔凈室工作人員的人體散熱量。

3）潔凈室內(nèi)照明燈具的散熱量。

4）潔凈室內(nèi)設備、器具、管道等其他內(nèi)部熱源散熱量。

5）潔凈室內(nèi)伴隨各種散濕過程的散熱量。

4.4 各個房間壓差值的確定

控制好潔凈室的壓差，是為了保證在空氣平衡暫時被破壞時，潔凈室不會與周圍環(huán)境及鄰室相互污染，保證潔凈室處在受控狀態(tài)。

根據(jù)《潔凈廠房設計規(guī)范》(GB 50073—2013)中規(guī)定：“潔凈室與周圍的空間必須維持一定的壓差，不同等級的潔凈室之間的壓差不宜小于5Pa，潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差不應小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差不應小于10Pa?！盵3]

潔凈室壓差的設計是以潔凈室功能、污染物種類及數(shù)量等因素來確定的，該工程潔凈車間根據(jù)設計經(jīng)驗設置正壓走廊，有效地控制污染物由走廊傳播擴散到其他房間。包衣間及壓片間、顆粒包裝間等這些具有易燃易爆氣體或產(chǎn)塵的房間的靜壓值要設計的相對偏低些，該潔凈車間壓差布局如圖2所示。

圖2 潔凈車間壓差布局

4.5 壓差風量計算

在工程設計中潔凈室壓差風量的確定通常采用房間換氣次數(shù)法計算，壓差換氣次數(shù)是根據(jù)房間的正壓值、潔凈室維護結構的氣密性條件等綜合確定的，在設計中通常參考表2中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

表2 正壓換氣次數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)表

例如該項目中，器具存放間要求正壓值為30Pa（表中第7行），潔凈室的體積為24m3，潔凈室沒有外窗、密閉性較好（表中第4列第7行），此潔凈室壓差風量為:

4.6 潔凈室新風量計算

根據(jù)《潔凈廠房設計規(guī)范》（GB 50073—2013）的規(guī)定：“潔凈室內(nèi)的新鮮空氣量應取下列兩項中的最大值：（1）補償室內(nèi)排風量和保持室內(nèi)正壓值所需新鮮空氣量之和；（2）保證供給潔凈室內(nèi)每人每小時的新鮮空氣量不小于40m3?！毕旅嬉栽擁椖恐蓄w粒包裝間為例，闡述新風量的計算方法。

該項目中顆粒包裝間的面積為23m2，體積為92m3，工作人員4人，設計正壓值為20Pa，生產(chǎn)工藝中有產(chǎn)塵點設置有除塵排風系統(tǒng)，經(jīng)計算：

保持正壓所需新風量為

除塵排風量為600m3/h

由上述原則該房間新風量最終確定為：

該項目由于需要除塵排風及要求全排風的房間較多，因此該項目潔凈空調(diào)的新風比達到了54%。

4.7 潔凈室送風量計算

潔凈空調(diào)系統(tǒng)送風量的確定是潔凈空調(diào)設計計算中的關鍵環(huán)節(jié)，潔凈空調(diào)系統(tǒng)所送入的風量不僅要滿足室內(nèi)溫濕度的要求，還要滿足潔凈室內(nèi)的空氣潔凈度的要求，并保證潔凈室所需的新風量要求。

潔凈空調(diào)系統(tǒng)送風量計算偏大則會造成設備投資及運行費用的增加，系統(tǒng)送風量計算偏小則會造成潔凈室的溫濕度及空氣潔凈度失控。

根據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范》（GB 50457—2008）中規(guī)定：“醫(yī)藥潔凈室的送風量應取下列最大值：（1）為保證空氣潔凈度等級需要的送風量，按有關數(shù)據(jù)計算或按室內(nèi)發(fā)塵量計算；（2）根據(jù)熱濕負荷計算確定的送風量；（3）向醫(yī)藥潔凈室內(nèi)供給的新鮮空氣量。”

由于潔凈室內(nèi)的產(chǎn)塵量很難準確計算，因此在計算為保證空氣潔凈度等級所需要的送風量時，通常根據(jù)醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范所提供的換氣次數(shù)值，并結合實際工程經(jīng)驗確定。

在選擇換氣次數(shù)時，根據(jù)潔凈室內(nèi)的生產(chǎn)情況遵循以下原則：潔凈室內(nèi)人員少，發(fā)塵量少，產(chǎn)熱產(chǎn)濕少時選取表2中的下限值反之則選取上限值。

該工程潔凈車間的潔凈級別為100 000級，人員密度大，有一定的產(chǎn)塵量，因此選取換氣次數(shù)為15次/h?？紤]到風管及設備的氣密性，由于在施工過程中的疏漏及生產(chǎn)運行中由于設備的震動，管道及設備的連接處存在一定的漏風率，故最終換氣次數(shù)確定為18次/h，以確保潔凈室生產(chǎn)環(huán)境的可靠性。

4.8 潔凈室回風量的計算

由風量平衡原理可知進入潔凈室的風量與排出潔凈室的風量是相等的，潔凈室的送風量是新風量與回風量的總和，因此潔凈室的回風量為送風量減去新風量。

4.9 潔凈室氣流組織設計

根據(jù)《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范》（GB 50457—2008）規(guī)定：“氣流流型應滿足空氣潔凈度等級的要求，空氣潔凈度100級時，氣流應采用單向流流型；空氣潔凈度10000級、100 000級和300 000級時，氣流應采用非單向流流型。非單向流氣流流型應減少漩渦區(qū)?！?/p>

該工程潔凈車間的潔凈度級別為100 000級，故氣流組織采用非單向流形式，設計為頂送風下側回風，回（排）風采用預制型回（排）風夾墻形式，這種回風形式相比普通回風柱具有布置靈活、氣流更加均勻的特點。

4.10 空調(diào)負荷計算

送風量、新風量、送風狀態(tài)點等參數(shù)確定后就可以計算空調(diào)負荷，空調(diào)負荷包含房間（空調(diào)區(qū)）負荷、新風負荷、再熱負荷等。該工程經(jīng)計算，2層潔凈車間的空調(diào)總冷負荷為573kW，再熱負荷為146.7kW，總熱負荷為409.3kW，加濕負荷為219.8kW。

4.11 空氣處理方案的確定及設備選型

根據(jù)工程的實際（冷、熱源等）條件，確定空調(diào)系統(tǒng)空氣處理方案。該工程冷源為設置在1層動力站房的水冷冷水機組提供的7～12℃冷水，熱源為一次蒸汽通過動力站的汽水換熱器提供的90～70℃的熱水，空調(diào)加濕采用蒸汽加濕?？照{(diào)系統(tǒng)采用一次回風系統(tǒng)，由此確定該項目的凈化空調(diào)系統(tǒng)處理方案為：新風經(jīng)由初效過濾段與回風在混合段混合，經(jīng)過表冷擋水段、風機段、中間段、熱水加熱段、蒸汽再熱段、干蒸汽加濕段、中間段、中效過濾段、送風段，處理后，經(jīng)末端高效過濾器送入潔凈室，見圖3。

圖3 空氣處理流程圖

5 潔凈空調(diào)機房設計

潔凈車間的凈化空調(diào)機房應臨近所服務的潔凈空調(diào)區(qū)，因為潔凈空調(diào)系統(tǒng)的送風量較大，設計時應力求做到風管線路最短，以降低輸送能耗，同時也要避免噪聲和振動對潔凈室的影響。

6 潔凈空調(diào)風管系統(tǒng)設計

潔凈空調(diào)風管系統(tǒng)具有風管尺寸大、管路系統(tǒng)復雜等特點，在設計時應盡量減少管道的交叉重疊，便于管道施工及維護。為保證系統(tǒng)各處的風量能滿足要求，風管管徑設計時要通過水力計算來確定。

6.1 送風系統(tǒng)

該工程潔凈車間共設置了2個空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)1擔負主要生產(chǎn)房間及走廊，系統(tǒng)2擔負防爆區(qū)及生產(chǎn)過程中產(chǎn)塵較多的房間。圖4為該生產(chǎn)車間的空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)圖。

由于潔凈空調(diào)系統(tǒng)的新風量通常較大，因此新風取風口的設計要特別注意，新風口的大小要根據(jù)新風量計算，使新風經(jīng)過新風口的風速控制在2m/s以下，并且要求使用防雨百葉，以防止雨水由新風口進入系統(tǒng)中造成對空調(diào)系統(tǒng)的污染。

6.2 回風、排風及排煙系統(tǒng)

回風系統(tǒng)的劃分要與送風系統(tǒng)一致，當生產(chǎn)過程中有大量粉塵產(chǎn)生、有易燃易爆物質、有病原體、有放射性物質、產(chǎn)生有毒有害物質等情況時，凈化空調(diào)系統(tǒng)的空氣不應循環(huán)使用，這些區(qū)域需要設置排風或除塵系統(tǒng)。

圖4 空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)圖

潔凈廠房的疏散走廊應設置排煙設施，不滿足自然排煙條件的走廊要設置機械排煙，通常潔凈室的內(nèi)部疏散走廊還需要設置機械排煙補風系統(tǒng)。

在該項目中，洗衣房、器具清洗間、潔具間、消毒液配制間等產(chǎn)濕的房間設置了排風系統(tǒng)；稱量配料間、粉碎過篩間、壓片間、膠囊填充間、顆粒包裝間等產(chǎn)塵的房間設置了除塵排風系統(tǒng)；包衣間、配漿間、包衣機房等大量使用乙醇的房間設置了防爆排風系統(tǒng)。潔凈室的疏散走廊不能滿足自然排煙條件，按要求設置了機械排煙系統(tǒng)。

7 結語

潔凈空調(diào)系統(tǒng)具有系統(tǒng)風量大，負荷大，管路復雜等特點，為使?jié)崈羰铱諝獾臐崈舳?、溫度、濕度、壓差均達到設計要求，在設計中需要重點注意以下內(nèi)容：

1）潔凈室相關參數(shù)和技術指標選擇的準確性；

2）潔凈空調(diào)系統(tǒng)的送風量、冷熱負荷及壓差風量的計算；

3）風管管路的合理布置。

【1】GB 50457—2008醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范[S].

【2】陸耀慶.實用供熱空調(diào)設計手冊(第2版)[K].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

【3】GB 50073—2013潔凈廠房設計規(guī)范[S].

APharmaceuticalCleanAirConditioningDesigninBeijing

Themethodsandkeypointsofdesignofpharmaceuticalcleanairconditioningwereelaborated in thispaper，whichbasedon the case of a pharmaceutical clean air conditioning design in Beijing.The calculation method of the air volume and load of air conditioning system，and theprinciplesofductarrangementwerealsoemphaticallysummarizedinthispaper.

cleanairconditioning;calculationmethod;pipelinedesign

TU276+.91；TU831

B

1007-9467（2016）08-0080-05

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.018

2016-05-19

甄勤（1982～），女，河北定州人，工程師，從事暖通設計與研究，（電子信箱）zhenqindhr@163.com。