不同占用状态下辐流洁净室洁净度的研究

周玉岩 施麟 宋建立

摘 要：本文探讨了辐流洁净室洁净度检测的具体参数与方法，并在国内首次对辐流洁净室内粒子浓度进行了空态、静态、动态下的实地测试，对其自净时间、悬浮粒子分布情况进行了分析，首次通过实测阐明了辐流洁净室粒子浓度在不同占用状态下的变化规律，为后续研究打下基础。

关键词：辐流洁净室；实测；占用状态；洁净度；自净时间

Abstract：This paper discusses the specific parameters of radial flow clean room cleanliness testing and the method， and for the first time in domestic to the radial flow clean indoor particle concentration in the empty state， under the static and dynamic field tests， the self-purification time， suspended particle distribution was analyzed， and the first time by the measured illuminates the radial flow clean room particles concentration in different occupancy state change rule， lay the foundation for follow-up study.

Key words：Vector-flow lean room； Actual measurement； Occupancy state；Cleanliness； Recovery time

辐流洁净室（区）是指以建立洁净空间为目的，以洁净气流通过洁净空间顶部中央处或一侧顶角处安装的半圆柱形、半球形或扇形送风末端，并在空间区域内呈辐射状斜向推动污染物至对侧下方回风端口排出室外为方式，建立的洁净室（区），如图1所示。

因其不采用乱流的稀释原理，又不类似单向流的活塞方式[1]，而是通过低稳速的置换气流，构成由中心向四周辐射发散的气流形态，以较低的能源消耗便可以达到一定洁净度的要求。本实验区域创造性的把传统的回风管道与彩钢板建筑空隙结合，搭建成新型低稳速置换气流洁净室。通过检测本区域，六十次每小时的换气频次下，整体内部空间可以维持在ISO 5洁净级水平，这对于医院、药品生产、航天科技等需要洁净空气的净化领域，其节能减排优势将展现出巨大的经济效益和社会效益。

1 区域设计

本区域设计级别为《中国药典》规定的A级水平。区域长度6.6m，宽度3.6m，高度2.4m，空间体积为57m.3。洁净空调功率为5000m.3/h，采用西门子变频设计，新风功率为洁净空调功率的十分之一。该区域总体构造为图1中的a型模式，洁净风路与辐流罩共同构建成送风部件（如图2所示），具体方案为送风孔道采用1.5mm厚度的铝合金板制成0.4m直径的辐流罩，并在其上开4mm直径的孔洞，让洁净空气输入区域内，而污染物则是由墙面下部7个0.4m×0.6m双下侧回风空气流场模式[2]排放到室外。

2 检测方法

2.1 方法提要

检测采用国际通用的尘埃粒子浓度来衡量洁净区域的空气洁净级别，即根据实验要求收集适宜空间体积内的气体，筛选出其中特定粒径的尘埃粒子数量。

2.2 仪器设备

尘埃粒子浓度仪器型号为APC Smart Touch，该仪器计量号HXBC14-JZ01361。本次实验设定采集直径0.5μm、5.0μm以上的尘埃粒子总数。

2.3 检测程序

2.3.1 位点布局

水平位点布局为：在该区域由东向西每1.1m设一点位，由南至北宽每0.9m為一点位如图2-a所示；垂直位点按照图2-b布局：由底部0.4m开始，每0.4m为一格，共6格，即全室分6层断面，每层断面35个水平点，在57m.3的空间中分布210个空间采集点，实现全区域网格化覆盖。

2.3.2 采样程序

尘埃粒子计数器在设定完成等待1min后，自动净化20s，而后启动采集样本，每次采集样本9.4L，70s内连续收集3次样本，每次采样间隔3s，采样过程中尽力避免因外在干扰造成数据波动。

2.3.3 数据统计

2.4 不同占用状态下平面布局

洁净室的三种占用状态：①空态系指虽然净化空调系统能够正常运行，却无安放工艺设备或进入人员的状态；②静态系指净化空调系统安装好并已正常运行，工艺设备已安装完毕而未运行的状态，且无人员存在的状态。③动态系指，净化空调运行正常，生产设备在商定状况下工作的状态正常运行，人员按规定在场或随机在场[3]。根据上述状态要求，我们在洁净室内放置了3台ACB-4A1型垂直超净工作台，其外形尺寸1340×630×1700（长×宽×高），工作台面距离地面0.8m，最大功率180W，具体位置如图5中所示。按照上述采样程序的设置，对除超净台所占空间外的采样点检测，并对0.5μm，5.0μm粒径粒子结果进行分析。

3 悬浮粒子浓度检测结果与分析

3.1 三态下0.5μm粒子浓度变化

通过检测，不同占用状态下同一水平层面，0.5μm粒子浓度在显著性差异。在本辐流洁净室的具体参数下，与空态相比，静态和动态下0.8m、1.2m、2.4m这三个层面受到的影响较大，如图6所示。

显而易见，辐流洁净室内0.5μm粒子在室内变化是不均匀的，当然这种不均匀分布也不是指每一点的不均匀分布，而是指区域不均匀分布，存在区域浓度差。这里我们重点探究0.8m、1.2m水平层面变化成因。由前期工作已知，辐流洁净室空态下距离地面0.8m～1.2m层面空间内，风速值相对较高，随着超净工作台的放置，辐流洁净室显著特征辐射状斜向推进的气流被工作台阻挡，改变了气流流场，故在0.8m～1.2m层面空间内，0.5μm粒子迅速升高。

动态下工作台开启后，由于是上置式吸风风机，风机的动能以及其产生的热效应，对工作台上部区域气流影响甚大，造成1.2m水平面上0.5μm粒子浓度飙升，但仍在可接受范围内。而在距离地面0.8m处的工作台出风口处，百级洁净出风稀释而降低了其周围0.5μm粒子浓度，故动态下0.8m水平面处0.5μm粒子浓度较静态下不升反降。

3.2 三态下5.0μm粒子浓度变化

在高效过滤器运行正常的前提下，洁净室内5.0μm粒子浓度的高低，与室内卫生状况的好坏密切相关。洁净室在经过正常自净后，室内5.0μm粒子总量趋于稳定，在图7中可见，空态下5.0μm粒子随着采样高度的升高而逐渐降低。静态下当工作台放置后，相当于室内5.0μm粒子污染源增加了，并且由于超净工作台顶部风机不易清洁，故在2.0m水平面以上区域5.0μm粒子显著升高。

动态下工作台正常运行，人员正常操作，这样就增加并搅动了室内5.0μm粒子的扩散，但同时由于凝并和沉降作用，使得5.0μm粒子在1.6m水平面上浓度最低。

3.3 空态下自净时间的测定

按照国内行业标准《洁净室施工与验收规范》规定的自净时间测试方法中人工尘为基准，采用点燃巴兰香产尘代替气溶胶，在C4点位离地面1.8m处的室中心点发烟使发尘浓度超过洁净室洁净等级1000倍，即停止，待1min后，在工作区平面中心点测定含尘浓度，然后开机测得辐流洁净室实际自净时间与0.5μm粒子浓度对数值线性图[4]。结果显示，辐流洁净室自净效果明显，仅用5min左右时间就将粒子浓度从十万级将至百级水平，如图8所示。

4 讨论

通过分析，本辐流洁净室设计参数合理，其室内中部气流斜推作用明显，形成了一种比较合理的气流流型。通过比较各水平面粒子浓度变化情况，确定0.8m水平面为辐流洁净室粒子浓度适宜的测试面高度；通过检测本区域六十次每小时的换气频次下，整体空间内部可以维持在ISO 5洁净级水平；通过分析空态、静态、动态下不同粒径粒子浓度变化的成因，为后续气流变化的研究提高基础。也为医院、药品生产、航天科技等需要洁净空气的净化领域，提供一种节能减排优势明显的低能耗低稳速置换流洁净室建设模式。

参考文献：

[1]许钟麟.空气洁净技术原理[M].北京：科学出版社， 2014.292-296.

[2]陈霖新.洁净厂房设计规范[M].北京：中国计划出版社， 2013.

[3]许钟麟 ，冯昕，张益昭，等.关于洁净室占用状态定义的探讨—国标《洁净室施工及验收规范》编制组研讨系列课題之二[J].暖通空调，2008，38（2）：14.

[4]任生雄，刘俊杰.自净时间检测方法的分析与探讨[J].建筑科学， 2012.10（第28卷增刊-2）.