蔣三寶
上海天跡潔凈工程科技有限公司,中國·上海 200000
目前中國正處于產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代的關(guān)鍵階段,中國已經(jīng)在生物醫(yī)藥、食品衛(wèi)生、新型材料應(yīng)用以及電子半導(dǎo)體等行業(yè)取得了舉世矚目的成績。這些行業(yè)的生產(chǎn)廠房對(duì)室內(nèi)環(huán)境有著嚴(yán)格的要求,包括溫度、濕度、潔凈度以及細(xì)菌濃度等。為了給廠房提供良好的生產(chǎn)環(huán)境,就必須確保凈化暖通系統(tǒng)正常運(yùn)行。凈化暖通系統(tǒng)主要由空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)以及空調(diào)水系統(tǒng)組成,下面主要從這兩種系統(tǒng)常見問題的處理方案措施進(jìn)行簡單介紹。
潔凈室空調(diào)送風(fēng)量不足將影響房間潔凈度、換氣次數(shù)、房間壓差等,空調(diào)機(jī)組送風(fēng)量必須符合規(guī)范以及設(shè)計(jì)要求??照{(diào)送風(fēng)量計(jì)算包括兩種方式:第一種根據(jù)房間冷熱負(fù)荷計(jì)算送風(fēng)量;第二種根據(jù)房間換氣次數(shù)計(jì)算送風(fēng)量。
2.1.1 根據(jù)房間負(fù)荷計(jì)算送風(fēng)量
潔凈室房間負(fù)荷包括:新風(fēng)負(fù)荷(Q1)、人員負(fù)荷(Q2)、電氣照明負(fù)荷(Q3)、維護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷(Q4)及設(shè)備負(fù)荷(Q5)。
根據(jù)熱量公式:
Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=C×M×△T
式中,Q為熱量(J);C為比熱容 ( J/kg℃);M為質(zhì)量(kg)。
新風(fēng)負(fù)荷:
Q1=G1×ρ× △I1
式中,G1為新風(fēng)量(m3/h);ρ為空氣密度(kg/m3),取1.2kg/m3;△I1為室內(nèi)外新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)焓差(kJ/kg)。
由以上公式可得出組合式空調(diào)機(jī)組送風(fēng)風(fēng)量:
G=3600×Q/ρ× △I
式中,G為空調(diào)送風(fēng)量(m3/h);Q為空調(diào)制冷量(kW);△I為空調(diào)箱送風(fēng)與室內(nèi)要求環(huán)境狀態(tài)點(diǎn)要求焓差值(kJ/kg);
2.1.2 根據(jù)換氣次數(shù)計(jì)算送風(fēng)量
潔凈室暖通風(fēng)量設(shè)計(jì)常見采用根據(jù)換氣次數(shù)要求計(jì)算送風(fēng)量大小,根據(jù)ISPE 指南經(jīng)驗(yàn)法則要求:FDA 和ISPE的CNC(D 級(jí)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn))潔凈室,6~20 次/h 換氣次數(shù);ISO8 級(jí)(C 級(jí)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn))潔凈室,20~40 次;ISO7 級(jí)(B級(jí)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn))潔凈室,40~60 次/h 換氣次數(shù);ISO5 級(jí)(A 級(jí))潔凈室要求單向流,則不再按照換氣次數(shù)核算風(fēng)量,通過氣流速度進(jìn)行計(jì)算送風(fēng)量。最后通過以上兩種方案計(jì)算出組合式空調(diào)機(jī)組送風(fēng)量,取兩者中最大值。
2.2.1 項(xiàng)目基本信息介紹
福建省基諾厚普生物科技有限公司由新希望集團(tuán)與臺(tái)灣霖?fù)P生技制藥股份公司共同投資建成,為莆田市重點(diǎn)引進(jìn)外資項(xiàng)目,主要進(jìn)行仿制藥研發(fā)與生產(chǎn),建設(shè)有11 條藥品生產(chǎn)線。潔凈車間共計(jì)約4000m2,組合式凈化空調(diào)機(jī)組34臺(tái),采用螺桿機(jī)+冷卻塔+蒸汽鍋爐方式提供空調(diào)冷熱源,下面對(duì)此項(xiàng)目調(diào)試期間出現(xiàn)的暖通風(fēng)系統(tǒng)有關(guān)問題處理進(jìn)行闡述[1]。
2.2.2 送風(fēng)量不足原因判斷
空調(diào)系統(tǒng)安裝完工后,在AHU322A 空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試階段出現(xiàn)此空調(diào)機(jī)組在50Hz 滿頻工作狀態(tài)下送風(fēng)量明顯不足情況,無法滿足設(shè)計(jì)對(duì)房間換氣次數(shù)的要求。出現(xiàn)此情況后,首先安排人員對(duì)空調(diào)系統(tǒng)施工安裝質(zhì)量方面進(jìn)行如下檢查:空調(diào)機(jī)組正反轉(zhuǎn)檢查;所有送風(fēng)管路上手動(dòng)閥及電動(dòng)閥檢查;空調(diào)送風(fēng)風(fēng)管漏風(fēng)情況檢查;送回風(fēng)管沿程阻力核算檢查等。
通過仔細(xì)排查發(fā)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)施工安裝質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)要求,空調(diào)自控等相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行均正常,因此初步斷定可能由于機(jī)組自身送風(fēng)量偏小導(dǎo)致房間換氣次數(shù)無法滿足要求。首先考慮可能由于設(shè)計(jì)原因?qū)е滤惋L(fēng)量偏小,因此按照風(fēng)量的計(jì)算公式對(duì)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量進(jìn)行再次校核,通過計(jì)算空調(diào)機(jī)組銘牌上所標(biāo)示機(jī)組風(fēng)量以及機(jī)外余壓均滿足設(shè)計(jì)要求,因此排除設(shè)計(jì)原因的可能。最后推斷應(yīng)該是空調(diào)機(jī)組自身問題導(dǎo)致送風(fēng)量不足的情況,設(shè)備廠家堅(jiān)稱設(shè)備完全按照設(shè)計(jì)參數(shù)生產(chǎn)不存在任何問題。
2.2.3 皮托管測風(fēng)量解決方案
為盡早將此問題徹底解決,不影響項(xiàng)目的驗(yàn)收交付時(shí)間,因此決定采用皮托管測風(fēng)量的方式對(duì)空調(diào)機(jī)組出風(fēng)口送風(fēng)量進(jìn)行測試。皮托管測量風(fēng)量的要點(diǎn)如下:
皮托管測風(fēng)量首先需正確選擇測量點(diǎn)截面位置,風(fēng)量測量孔截面位置應(yīng)選擇在氣流比較穩(wěn)定,氣體流速比較均勻的直管段上,一般沿著氣流方向選在產(chǎn)生局部阻力如彎頭、三通及變徑管件之后4~5 倍風(fēng)管長邊管徑,和產(chǎn)生局部阻力管件之前1.5~2 倍風(fēng)管長邊管徑的風(fēng)管直管段上。如圖1所示。
圖1 風(fēng)量測量位置示意圖
在實(shí)際工程中如果現(xiàn)場風(fēng)管直管段無法滿足以上要求,則風(fēng)量測量孔應(yīng)選在風(fēng)管段為直管段上且測量孔距上游局部阻力管件距離為距下游局部阻力管件距離1.5~2 倍位置。風(fēng)管測量孔數(shù)量以及測量點(diǎn)數(shù)量的確定需滿足如下要求:
圓形風(fēng)管測量孔應(yīng)選在圓形截面的兩個(gè)相互垂直的直徑端部的位置,圓形風(fēng)管直徑小于等于1250mm 時(shí),應(yīng)設(shè)置兩個(gè)測量孔,可在兩個(gè)互相垂直直徑任一端管壁上設(shè)測量孔;圓形風(fēng)管直徑大于1250mm 時(shí),應(yīng)設(shè)置四個(gè)測量孔,即在兩個(gè)相互垂直直徑兩端管壁設(shè)四個(gè)測量孔。圓形截面上的測量點(diǎn)可根據(jù)直徑大小將截面直徑分為n 等份(n 取值3~6)。每個(gè)圓環(huán)上設(shè)4 個(gè)測點(diǎn),四個(gè)測量點(diǎn)必須位于兩個(gè)相互垂直的直徑上。
矩形風(fēng)管測量孔設(shè)在風(fēng)管高度的側(cè)面,風(fēng)管寬度小于1250mm 時(shí),在風(fēng)管高度一側(cè)設(shè)測量孔;風(fēng)管寬度大于1250mm 小于2500 時(shí),在風(fēng)管高度兩側(cè)設(shè)測量孔;每側(cè)測量位置以及測量點(diǎn)數(shù)量根據(jù)矩形風(fēng)管尺寸確定,測量孔點(diǎn)數(shù)量及測點(diǎn)越多,測量結(jié)果越精確。
采用畢托管測風(fēng)量是采用如下公式計(jì)算風(fēng)量:
L=3600×A×(2Pdp/ρ)?
式中,L為風(fēng)量(m3/h);A為測量截面面積(m2);Pdp為平均動(dòng)壓值(Pa);ρ為空氣的容重,在20℃條件下取1.2kg/m3。
測量截面在氣流比較均勻穩(wěn)定的直管上,各測點(diǎn)動(dòng)壓值算術(shù)平均值即為風(fēng)管平均動(dòng)壓Pdp。
Pdp=(Pd1+Pd2+Pd3+Pd4…+Pdn)/n
通過以上方法核算出AHU322A 空調(diào)機(jī)組送風(fēng)量數(shù)值,通過核算最終確定由于空調(diào)機(jī)組設(shè)備原因?qū)е滤惋L(fēng)量偏小。經(jīng)與空調(diào)廠家再次溝通,廠家確認(rèn)由于設(shè)備原因?qū)е麓饲闆r,統(tǒng)一安排人員至現(xiàn)場更換電機(jī),最終空調(diào)機(jī)組風(fēng)量偏小問題得以順利解決。
2.3.1 潔凈室濕度重要性
潔凈室環(huán)境對(duì)暖通凈化系統(tǒng)溫濕度有嚴(yán)格要求,普通潔凈室濕度正常要求為40%~60%,在此濕度范圍可以有效抑制細(xì)菌生長。對(duì)于生物醫(yī)藥潔凈室而言相對(duì)濕度如無法控制,則無法通過GMP 驗(yàn)證,將嚴(yán)重影響廠房的投入使用以及產(chǎn)品質(zhì)量。
2.3.2 空調(diào)加濕量核算
福建基諾厚普項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)在調(diào)試過程中出現(xiàn)AHU531 空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)房間濕度冬季白天最高維持在40%,低于設(shè)計(jì)濕度所要求的50%要求,空調(diào)機(jī)組加濕量不足的情況。出現(xiàn)此種情況后首先對(duì)設(shè)計(jì)加濕量進(jìn)行校核。
從圖2 可知狀態(tài)點(diǎn)I 至狀態(tài)點(diǎn)J 為空調(diào)加濕的過程,G為回風(fēng)狀態(tài)點(diǎn),H 為回風(fēng)與新風(fēng)混合狀態(tài)點(diǎn),K 為空調(diào)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn),通過查焓濕圖以及混合狀態(tài)點(diǎn)空氣參數(shù)的計(jì)算方式得出各空調(diào)功能段空氣狀態(tài)點(diǎn)具體參數(shù)如表1所示。
圖2 空調(diào)機(jī)組運(yùn)行示意圖
表1 空調(diào)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)表
加濕量計(jì)算公式如下:
M=G×ρ×△AH×K
式中,M為加濕器量(kg);G為風(fēng)量(m3/h);ρ為空氣的容重,在20℃條件下取1.2kg/m3;△AH:空調(diào)加濕器前后兩個(gè)狀態(tài)點(diǎn)絕對(duì)含濕量差值(g/kg);K為加濕器加濕量調(diào)整系數(shù),取值1.1~1.2。
通過以上公式可以計(jì)算出加濕器加濕量:
M=3000×1.2×(0.0082-0.0041)×1.2=17.7kg/h
通過以上方法核算,空調(diào)機(jī)組AHU531 加濕量參數(shù)完全滿足濕度要求從而排除空調(diào)機(jī)組加濕量設(shè)計(jì)不足問題。
2.3.3 空調(diào)加濕量不足問題解決方案
排除加濕量設(shè)計(jì)偏小問題后,對(duì)空調(diào)系統(tǒng)安裝及調(diào)試過程進(jìn)行重新檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)此組合式空調(diào)機(jī)組吊裝于房間吊頂內(nèi),吊頂空間狹小,夾層風(fēng)管及相關(guān)管道眾多,空調(diào)箱上原回風(fēng)口由于空間受限,無法接回風(fēng)管道,因此將空調(diào)回風(fēng)管道接至空調(diào)新風(fēng)管道上,空調(diào)新風(fēng)閥門與回風(fēng)總閥在壓差調(diào)試過程中全部調(diào)整為全開狀態(tài)??紤]新風(fēng)管主管尺寸大于回風(fēng)管尺寸,因此,考慮此空調(diào)新風(fēng)量可能大于設(shè)計(jì)風(fēng)量。通過對(duì)空調(diào)箱新風(fēng)口風(fēng)速測量,計(jì)算出空調(diào)新風(fēng)量比設(shè)計(jì)新風(fēng)量大。因此通過調(diào)整新風(fēng)回風(fēng)閥門開度,將空調(diào)機(jī)組新風(fēng)量減少約1/3 后房間濕度上升至設(shè)計(jì)值,系統(tǒng)運(yùn)行正常[2]。
2.4.1 項(xiàng)目基本信息介紹
凈化空調(diào)系統(tǒng)溫度對(duì)工藝生產(chǎn)以及生產(chǎn)人員舒適性存在很大影響,在空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試過程中房間溫度過高、溫度過低也是非常常見問題。上海賽增醫(yī)療科技有限公司研發(fā)中心項(xiàng)目為長春金賽藥業(yè)在上海新建研發(fā)中心總部項(xiàng)目,項(xiàng)目裝修面積1500m2,施工范圍包括潔凈室以及普通裝修兩部分。
2.4.2 空調(diào)盤管制冷量核算
此項(xiàng)目空調(diào)AHU301 在滿負(fù)荷運(yùn)行情況下,出現(xiàn)冬季實(shí)驗(yàn)室溫度偏低情況,房間溫度始終維持在19℃以下。為解決此問題,首先對(duì)機(jī)組冷熱源運(yùn)行情況、自控系統(tǒng)以及風(fēng)閥、過濾器等安裝情況進(jìn)行檢查,通過檢查均未發(fā)現(xiàn)異常,因此考慮對(duì)空調(diào)機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行檢查。通過計(jì)算空調(diào)機(jī)組送風(fēng)量以及空調(diào)機(jī)組出風(fēng)口與室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的焓差,根據(jù)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算公式:
Q=G×ρ× △I
計(jì)算出此臺(tái)空調(diào)機(jī)組盤管制冷量為23kW,現(xiàn)場核對(duì)空調(diào)機(jī)組銘牌上空調(diào)盤管制制冷量為19kW,因此得出房間溫度偏低是空調(diào)機(jī)組熱量計(jì)算偏小所引起。
2.4.3 房間溫度過低問題解決方案
將現(xiàn)場檢查情況反饋于設(shè)計(jì)師,設(shè)計(jì)師重新對(duì)空調(diào)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,最終確認(rèn)此問題。隨即組織設(shè)計(jì)師與設(shè)備廠家針對(duì)設(shè)備加熱功率不足問題召開專題會(huì)議,討論處理方案。由于更換空調(diào)機(jī)組加熱盤管費(fèi)用及貨期較長,經(jīng)各方討論決議,解決處理方案為在空調(diào)機(jī)組內(nèi)新風(fēng)口位置增加電加熱及電氣控制配件,新增電加熱功率為6kW,最終房間溫度過低問題得以解決。
空調(diào)水系統(tǒng)作用主要為空調(diào)末端設(shè)備提供冷熱源,將空調(diào)主機(jī)冷熱源通過水系統(tǒng)管道輸送至空調(diào)末端設(shè)備,再將空調(diào)末端設(shè)備熱量通過水系統(tǒng)管道輸送回空調(diào)主機(jī),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的溫度控制。空調(diào)水系統(tǒng)由兩部分組成,包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)。
3.1.1 冷凍水系統(tǒng)組成及原理
冷凍水系統(tǒng)主要包括冷凍水管道、機(jī)組蒸發(fā)器、空調(diào)末端設(shè)備。低溫冷凍水從熱泵機(jī)組蒸發(fā)器流出,通過冷凍水泵輸送進(jìn)冷凍水管道內(nèi),通過冷凍水流動(dòng)將冷量帶入室內(nèi),從而降低房間溫度,最后將熱量帶回到空調(diào)主機(jī)蒸發(fā)器。
3.1.2 冷卻水系統(tǒng)組成及原理
冷卻水系統(tǒng)部分包括冷卻水管道、冷卻水泵、冷卻水塔及空調(diào)冷凝器等組成。冷凍水系統(tǒng)通過水系統(tǒng)帶走室內(nèi)大量的熱量,帶回空調(diào)主機(jī)。此熱量通過熱泵主機(jī)換熱器傳給冷卻水系統(tǒng),因此冷卻水溫度升高。冷卻水泵通過冷卻水管網(wǎng)將升溫后的冷卻水輸送進(jìn)冷卻水塔,冷卻塔與室外大氣進(jìn)行熱交換,從而實(shí)現(xiàn)降低冷卻水管網(wǎng)水溫效果。
3.2.1 項(xiàng)目基本信息介紹
和元生物技術(shù)(上海)股份有限公司是一家聚焦基因治療領(lǐng)域的生物科技上市公司?;蛑委熕幬镩_發(fā)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目裝修工程為和元生物新建GMP 實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目,裝修面積1600m2共4 層,全部為潔凈室裝修,潔凈等級(jí)C 級(jí)。此項(xiàng)目共有四管制風(fēng)量熱泵機(jī)組9 臺(tái),組合式空調(diào)機(jī)組為8 臺(tái),冷熱水系統(tǒng)水泵共計(jì)6 臺(tái)。
3.2.2 水容量不足問題原因分析
此項(xiàng)目空調(diào)水系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)風(fēng)冷熱泵主機(jī)在末端空調(diào)內(nèi)機(jī)一半以上關(guān)機(jī)情況下,風(fēng)冷熱泵主機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)出水溫度低報(bào)警情況,影響空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)在所有末端空調(diào)內(nèi)機(jī)開啟的情況下,風(fēng)冷熱泵主機(jī)10~15min 啟停一次,啟停較為頻繁,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)此種情況可能與空調(diào)水系統(tǒng)水容量不足有關(guān)。
3.2.3 空調(diào)水系統(tǒng)水容量核算
空調(diào)系統(tǒng)水容量大小直接影響主機(jī)制熱時(shí)間即主機(jī)啟停時(shí)間的長短,因此對(duì)空調(diào)機(jī)組的水容量進(jìn)行核算。根據(jù)熱量公式:
Q=C×M×△T
可以得出在水系統(tǒng)升溫5℃情況下,水流量L(m3/h)=Q(kW)×0.172,因此1kW 熱量可以將0.172m3水一個(gè)小時(shí)內(nèi)升溫5℃。
由于關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)水容量計(jì)算目前暫并無準(zhǔn)確的計(jì)算規(guī)則,需結(jié)合空調(diào)主機(jī)設(shè)備性能以及設(shè)計(jì)要求決定。水容量并不是越大越好,空調(diào)水系統(tǒng)水容量越大空調(diào)主機(jī)啟停間隔越長,空調(diào)主機(jī)啟動(dòng)對(duì)水系統(tǒng)升溫處理的時(shí)間。為避免空調(diào)外機(jī)頻繁啟停,筆者結(jié)合理論計(jì)算、相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及空調(diào)設(shè)備廠家技術(shù)人員提供意見,得出可按照空調(diào)主機(jī)1kW 冷量對(duì)應(yīng)15~25L 水經(jīng)驗(yàn)值考慮冷凍水系統(tǒng)水容量。
3.2.4 空調(diào)水系統(tǒng)水容量不足問題解決方案
根據(jù)計(jì)算空調(diào)冷凍水系統(tǒng)實(shí)際所需水容量約4.2m3,但原水系統(tǒng)設(shè)計(jì)水容量僅為2.8m3,因此確定原水系統(tǒng)水容量偏小。后經(jīng)與設(shè)計(jì)院溝通確認(rèn),原水系統(tǒng)增加一臺(tái)1.5m3儲(chǔ)能水箱,最終水系統(tǒng)運(yùn)行正常。
空調(diào)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,水流不足報(bào)警也是水系統(tǒng)常見問題,水流不足報(bào)警將導(dǎo)致主機(jī)無法正常啟動(dòng),對(duì)房間溫濕度控制造成嚴(yán)重影響。引起水流不足的報(bào)警原因很多,本處主要闡述常見幾種典型原因:
①水流開關(guān)自身問題,如觸頭螺絲的過緊以及水流開關(guān)插入管道內(nèi)彈片的長度過長等。
②主機(jī)、水泵及空調(diào)末端過濾器堵塞問題。
③管道內(nèi)空氣未排盡,特別管道系統(tǒng)最高點(diǎn)位置務(wù)必設(shè)置排氣閥。
④主管壓差旁通閥開度問題。
具體問題需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行具體分析,只有找到問題本質(zhì),才能采取針對(duì)性處理方案[3]。
運(yùn)行正常的凈化暖通系統(tǒng)可以為精密儀器設(shè)備制造提供恒溫恒濕系統(tǒng)環(huán)境,可以滿足生物醫(yī)藥等對(duì)高潔凈度、低細(xì)菌濃度的要求,對(duì)潔凈室正常使用至關(guān)重要。凈化暖通系統(tǒng)組成復(fù)雜,在施工及運(yùn)行調(diào)試過程中會(huì)出現(xiàn)各類問題,只有對(duì)暖通系統(tǒng)原理充分了解且具有一定的現(xiàn)場管理經(jīng)驗(yàn)才能快速有效地處理問題。論文主要對(duì)暖通系統(tǒng)常見問題進(jìn)行簡單分析與總結(jié),供大家在處理暖通系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行過程出現(xiàn)問題時(shí)提供解決思路,并作為參考。同時(shí)暖通技術(shù)方面新的技術(shù)、新的設(shè)備材料、新的工藝推陳出新,我們每一個(gè)暖通人員只有在工作中不斷學(xué)習(xí)并總結(jié)經(jīng)驗(yàn),才能適應(yīng)凈化暖通系統(tǒng)對(duì)專業(yè)技術(shù)能力越來越高要求,為祖國暖通技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量[4]。