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引言
近年來，高大空間建筑物在工業(yè)和國防工程中的應(yīng)用逐步增多，但目前對(duì)于高大空間潔凈空調(diào)技術(shù)的研究和應(yīng)用都很少。在以往的潔凈空調(diào)工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于潔凈廠房多采用全空間凈化空調(diào)和完全凈化裝修的設(shè)計(jì)思路，能耗巨大，初投資大，受到的限制也比較多。但高大空間類型的潔凈廠房，往往使用上有特定的要求，如空間上要求、可能使用吊車、并不要求全空間凈化、下層工作區(qū)有潔凈度等級(jí)和溫濕度控制要求、溫度濕度要求的精度不是很高等特點(diǎn)。
采用簡(jiǎn)化裝修和引用舒適性空調(diào)系統(tǒng)的噴口設(shè)計(jì)不僅較好地解決了與生產(chǎn)工藝配合和滿足潔凈度和溫濕度等要求的問題，而且在滿足工藝條件的同時(shí)，縮短了工程的施工周期，簡(jiǎn)化了潔凈室的裝修標(biāo)準(zhǔn)，減少了空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)處理風(fēng)量和冷量，節(jié)約了初投資和運(yùn)行費(fèi)用。
1、高大廠房的特點(diǎn)分析
（1）高大廠房有其固有的特點(diǎn)，一般情況下高大廠房主要在生產(chǎn)的后工序，一般用在大型設(shè)備的組裝為主，對(duì)潔凈度要求不高，溫濕度的控制精度要求不高，工藝生產(chǎn)期間設(shè)備發(fā)熱量不大，人員相對(duì)較少。
（2）高大廠房通常為大框架結(jié)構(gòu)，而且經(jīng)常采用輕型材料，頂板一般不易承受較大荷載。
（3）塵埃粒子的產(chǎn)生和分布對(duì)于高大潔凈廠房，主要污染源與一般潔凈室不同，除了人和運(yùn)動(dòng)設(shè)備發(fā)塵以外，表面發(fā)塵占有很大的比例。按照文獻(xiàn)[1]所提供的數(shù)據(jù)，人靜止時(shí)的發(fā)塵量取105粒/（min·人），人動(dòng)作時(shí)的發(fā)塵量按照靜止時(shí)的5倍計(jì)算，對(duì)于普通高度的潔凈室，表面發(fā)塵量按8 m2地面的表面發(fā)塵量相當(dāng)于一個(gè)人靜止時(shí)的發(fā)塵量進(jìn)行取值。對(duì)于高大潔凈廠房，其下部人員活動(dòng)區(qū)，凈化負(fù)荷較大，上部區(qū)域凈化負(fù)荷較小，同時(shí)，由于工程使用特點(diǎn)，為了安全和考慮到不可預(yù)見的塵埃污染，取適當(dāng)安全系數(shù)是必要的。本工程表面發(fā)塵量按照6 m2地面的表面發(fā)塵量，相當(dāng)于一個(gè)人靜止時(shí)的發(fā)塵量進(jìn)行取值。本工程按照每班20人工作計(jì)算，人員發(fā)塵量?jī)H占總產(chǎn)塵量的20%，而一般潔凈室中人員發(fā)塵量占總產(chǎn)塵量的90%左右。
2、高大廠房潔凈室裝修
潔凈室裝修一般包括潔凈室地面、墻板、吊頂、及配套的空調(diào)、照明、消防、給排水等與潔凈室相關(guān)的內(nèi)容，根據(jù)要求，潔凈廠房的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)裝修，應(yīng)選用氣密性良好，且在溫度和濕度變化時(shí)變形小的材料。
潔凈室內(nèi)墻壁和頂棚的裝修應(yīng)符合下列要求：
（1）潔凈室內(nèi)墻壁和頂棚的表面應(yīng)平整、光滑、不起塵、避免眩光、便于除塵，并應(yīng)減少凹凸面。
（2）潔凈室不宜采用砌筑墻抹灰墻面，當(dāng)必須采用時(shí)宜干燥作業(yè)，抹灰應(yīng)采用高級(jí)抹灰標(biāo)準(zhǔn)。墻面抹灰后應(yīng)刷涂料面層，并應(yīng)選用難燃、不開裂、耐清洗、表面光滑、不易吸水變質(zhì)發(fā)霉的涂料。這樣一般情況下潔凈室裝修主要選擇比較好的彩涂金屬壁板作為內(nèi)裝修材料。但是對(duì)于高大空間廠房來說，因?qū)痈弑容^高，對(duì)金屬壁板隔墻的安裝比較困難，強(qiáng)度差，造價(jià)高，不能承重等問題。本工程分析了高大廠房潔凈室產(chǎn)塵的特點(diǎn)及房間潔凈度的要求，沒有采用常規(guī)的金屬壁板的內(nèi)裝修做法，在原有土建墻體上打磨進(jìn)行環(huán)氧涂層，整個(gè)空間不設(shè)吊頂，增加使用空間。
3、高大潔凈廠房的氣流組織
按照文獻(xiàn)[2]對(duì)于高大潔凈廠房，采用潔凈分層空調(diào)系統(tǒng)可以使系統(tǒng)的總送風(fēng)量大為減少。風(fēng)量減少了，要得到較好的潔凈空調(diào)效果，采用合理的氣流組織就顯得尤為重要，既要保證送風(fēng)和回風(fēng)系統(tǒng)的均勻性，減少潔凈工作區(qū)的渦流和氣流回旋，又要增強(qiáng)送風(fēng)氣流的擴(kuò)散特性，充分發(fā)揮送風(fēng)氣流的稀釋作用。在萬級(jí)或十萬級(jí)潔凈度要求的高大潔凈廠房中，可以引用舒適性空調(diào)高大空間的設(shè)計(jì)理念，如機(jī)場(chǎng)、展館等大空間使用噴口的方式。
采用噴口，側(cè)面送風(fēng)，氣流可以擴(kuò)散較長的距離，噴口送風(fēng)是依靠噴口吹出的高速射流實(shí)現(xiàn)送風(fēng)的方式，主要實(shí)用于高大廠房或者層高很高的公共建筑空間的空氣調(diào)節(jié)場(chǎng)所。噴口采用側(cè)送風(fēng)，將噴口與回風(fēng)口布置在同一側(cè)，空氣以較高的速度、較大的風(fēng)量集中由設(shè)置在空間上的若干個(gè)噴口射出，射流行至一定路程后折回，使整個(gè)空調(diào)區(qū)處于回流區(qū)，然后有設(shè)在下部的回風(fēng)口抽走返回空調(diào)機(jī)組。其特點(diǎn)是，送風(fēng)速度高、射程遠(yuǎn)。射流帶動(dòng)室內(nèi)空氣進(jìn)行強(qiáng)烈混合，速度逐漸衰減，并在室內(nèi)形成大的回旋氣流，從而使空調(diào)區(qū)獲得較均勻的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)。
4、工程設(shè)計(jì)實(shí)例
某高大潔凈廠房（長40 m、寬30 m、高12m），要求5 m以下為潔凈工作區(qū)，凈化等級(jí)為靜態(tài)萬級(jí)，動(dòng)態(tài)十萬級(jí)，溫度tn = 22℃±3℃，相對(duì)濕度fn= 30%~60%。剖面圖見圖1。
4.1 氣流組織和換氣次數(shù)的確定
針對(duì)該高大潔凈廠房的使用特點(diǎn)，寬超過30m，不設(shè)吊頂，常規(guī)的潔凈廠房的送風(fēng)方式很難滿足使用要求，采用噴口分層送風(fēng)的方式來保證潔凈工作區(qū)（5 m 以下）的溫濕度和潔凈度。在側(cè)墻上均勻布置了對(duì)吹的噴口送風(fēng)口裝置，在廠房側(cè)墻下部距地面0.25 m 高度附近均勻布置了帶阻尼層的回風(fēng)口裝置，構(gòu)成了工作區(qū)在噴口回流、集中側(cè)下回的氣流組織形式。同時(shí)，為了使5 m以上非潔凈工作區(qū)的空氣從潔凈度和溫濕度上不形成死區(qū)，減少頂棚室外冷、熱輻射對(duì)工作區(qū)的影響，又能把上部吊車工作中產(chǎn)生的塵埃粒子及時(shí)排走，并充分利用擴(kuò)散到5 m以上的潔凈空氣，在非潔凈空調(diào)區(qū)布置了一排小型的帶狀回風(fēng)口，形成了一個(gè)小的循環(huán)回風(fēng)系統(tǒng)，可以大大減輕上部非潔凈區(qū)域?qū)ο虏繚崈艄ぷ鲄^(qū)的污染。本工程根據(jù)潔凈度等級(jí)和污染物散發(fā)量，對(duì)6 m以下的潔凈空調(diào)區(qū)采用了16 h-1的換氣次數(shù)，對(duì)上部非潔凈區(qū)域采用適量的排風(fēng)，小于4 h-1的換氣次數(shù)，實(shí)際上整個(gè)廠房的平均換氣次數(shù)為10 h-1。這樣，同全室進(jìn)行潔凈空調(diào)相比，潔凈分層噴口送風(fēng)方式不僅較好地保證了潔凈空調(diào)區(qū)的換氣次數(shù)，滿足大跨度廠房的氣流組織，而且大大節(jié)省了系統(tǒng)的風(fēng)量、冷量和風(fēng)機(jī)動(dòng)力。
4.2 側(cè)送噴口送風(fēng)的計(jì)算
4.2.1 送風(fēng)溫差?ts
潔凈空調(diào)所需要的換氣次數(shù)比一般空調(diào)大得多，于是充分利用潔凈空調(diào)的大風(fēng)量，減小送風(fēng)氣流的送風(fēng)溫差，不僅能夠節(jié)省設(shè)備容量和運(yùn)行費(fèi)用，而且使其更有利于保證潔凈空調(diào)區(qū)的空調(diào)精度。本工程計(jì)算出的送風(fēng)溫差為?ts= 6℃。
4.2.2 射流計(jì)算
潔凈廠房跨度比較大，寬為30 m，需要保證中間區(qū)域搭接要求，又保證工藝工作區(qū)在射流的回風(fēng)區(qū)，同時(shí)要考慮噪音的要求，本工程送風(fēng)速度v0= 5 m/s，噴口安裝高度為6 m，氣流以水平方向從噴口送出（? = 00）。本工程對(duì)噴口送風(fēng)氣流進(jìn)行了計(jì)算，噴口直徑取0.36 m，根據(jù)文獻(xiàn)[3]計(jì)算阿基米德數(shù)為0.0035，噴口的送風(fēng)速度為4.8 m/s，末端的軸心速度為0.8 m/s，平均速度為0.4 m/s，回流的平均速度小于0.40 m/s，滿足工藝使用要求。
由于送風(fēng)氣流的風(fēng)量大、送風(fēng)溫差小，幾乎與等溫射流無異，所以射流長度容易保證，根據(jù)阿基米德數(shù)可以計(jì)算出相對(duì)射程x/ds = 37 m，能夠滿足對(duì)側(cè)送氣流15 m搭接的要求。
4.3 空調(diào)工況處理
針對(duì)潔凈室設(shè)計(jì)中送風(fēng)量大、送風(fēng)溫差小的特點(diǎn)，充分利用回風(fēng)，在夏季空調(diào)處理方式上取消一次回風(fēng)，采用最大比例的二次回風(fēng)，只對(duì)新風(fēng)進(jìn)行一次性處理然后與大量的二次回風(fēng)混合，從而取消了再加熱，減少了設(shè)備的容量和運(yùn)行能耗。
4.4 工程實(shí)測(cè)結(jié)果
本工程竣工后，進(jìn)行了全面的工程測(cè)試，整個(gè)廠房共設(shè)置了20個(gè)水平方向和垂直方向的測(cè)點(diǎn)。在靜態(tài)情況下對(duì)潔凈廠房的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、潔凈度、噪聲等進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)測(cè)效果比較好。在設(shè)計(jì)工況下的實(shí)測(cè)結(jié)果：
送風(fēng)口處氣流的平均速度為3.0 m/s~4.3 m/s，兩股對(duì)吹氣流搭接處（即射流末端）風(fēng)速為0.30m/s ~ 0.45 m/s。潔凈工作區(qū)的換氣次數(shù)保證在15h-1，測(cè)得其潔凈度在萬級(jí)以內(nèi)，較好地滿足了設(shè)計(jì)要求。
室內(nèi)A 聲級(jí)噪聲在回風(fēng)口處為56 dB，其他工作區(qū)均在54dB以下。
5、結(jié)論
5.1 對(duì)于要求不是很高的高大潔凈廠房，可以采用簡(jiǎn)化裝修的做法來實(shí)現(xiàn)，既可以滿足使用要求，又能滿足潔凈度的要求。
5.2 對(duì)于只要求某一高度以下區(qū)域潔凈度級(jí)別為萬級(jí)或十萬級(jí)的高大廠房，采用潔凈分層空調(diào)噴口的送風(fēng)方式是一種比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用和行之有效的方式。
5.3 對(duì)于這種類型的高大空間潔凈廠房，在上部非潔凈工作區(qū)設(shè)置一排帶狀回風(fēng)口，排走吊車軌附近產(chǎn)生的塵埃，減少頂棚室外冷、熱輻射對(duì)工作區(qū)的影響，可以較好地保證工作區(qū)潔凈度及溫濕度。
5.4 高大潔凈廠房的高度是一般潔凈室的4倍以上，在正常產(chǎn)塵量的情況下，應(yīng)該說單位空間凈化負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般低矮潔凈室，因此，從這個(gè)角度分析，換氣次數(shù)的確定，完全可以低于國標(biāo)推薦的凈化級(jí)別的房間換氣次數(shù)。研究分析表明，對(duì)于高大潔凈廠房因潔凈區(qū)的高度不同，換氣次數(shù)也不同，一般可取國標(biāo)推薦的換氣次數(shù)的30%~80%即可滿足凈化要求。
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