洁净空调系统的应用及其技术分析

高蕊笑，温志梅，常泽楠

（1.山东华宇工学院，山东德州 253034；2.湖南石油化工职业技术学院，湖南岳阳 414011）

0 引言

2020 年，大部分行业的发展受到新冠肺炎疫情的影响，暖空空调行业也不例外。面对挑战的同时，也有新的发展机遇。新冠肺炎病毒主要是在空气中的传播[1]，医院室内环境不仅要求有良好的舒适程度，还要具有严格控制空气品质的要求，洁净空调无疑是首选的空气调节方式。2020 年初修建的火神山、雷神山都有配套的洁净空调系统，这是打好疫情攻坚战的后勤保障[2]。常见的空调系统是对室内的“四度”（即温度、湿度、洁净度和气流速度）进行调节，随着对生产生活环境要求的提升，对空气中含尘粒数、细菌浓度等都有严格的规定，为此相应的技术称为空气洁净技术[3]。空调的洁净技术在工业生产、制药以及家庭生活都有广泛应用[4]。相比于常规空调，洁净空调系统在设计、施工上有许多需要注意的地方，特别是洁净空调系统的高能耗问题也是近年来研究的重点[5]。

1 洁净空调简述

1.1 洁净空调系统的特点

洁净空调技术是在一般空调系统中发展优化而来的，除了常规空调控制“四度”以外，还要求空气的含尘量、风速、换气次数等。总体上洁净空调的特点可分为以下5 个。

（1）对空气的洁净度有更高的要求，常规空调只有粗效过滤和一级过滤，而洁净空调有粗、中、高效三级过滤，并且在特殊的洁净室中设有滤毒吸附过滤装置。

（2）普通空调对室内空气压力无额外要求，而洁净空调为避免外界污染空气的渗入或不同生产车间不同物质的相互影响，把不同洁净区按需要分为正压区和负压区。

（3）为保障外界污染对洁净空间的最小化，洁净空调系统材料和设备的选择、加工工艺、安装环境以及设备部件的贮存环境都要特别关注，这也在一定程度上增加了洁净空调系统的成本。

（4）洁净空调对气密性和渗气量的要求更加严格，其检测手段以及各个工序都有严格的标准。

（5）安装洁净空调系统需要对所在建筑物进行质量评价，包括对防尘、防起尘、防渗漏的检测。

1.2 洁净空调系统的分类

一般可以将洁净空调系统分为3 种，分别是集中式、分散式及半集中式洁净空调系统[6]。这3 种洁净空调形式的比较见表1。

表1 洁净空调的分类及各自特点

2 洁净空调技术的应用领域

随着人们对生活品质追求的提升以及企业对生产效率的提高，空调的洁净技术在很多领域得到应用：一些高科技生产中，对微粒的控制特别严格，良好的空气品质可以提高产品的质量；在家庭生活中，装修残留的甲醛严重影响人体健康，洁净空调技术是缓解室内空气污染的有效途径；洁净空调技术在医院的应用最为常见，合理运用洁净空调有利于患者的治疗和康复，2020 年新冠肺炎疫情爆发，更是把洁净空调的应用推到一个新的高度。

2.1 在食品、制药领域的应用

在食品生产过程中，厂房的洁净度是食品质量的前提保障。传统的食品生产企业中，洁净厂房的空气通过“分级过滤、气流组织、气压控制”三大措施，使厂内空气达到规定的洁净度，但在实际生产过程中，厂房内的微粒和微生物仍然会在设备、工具、工作人员和某些环境聚集，某些微生物的存在会降低食品的保质期，甚至滋生细菌影响人体健康，这对洁净空调系统提出了更高的要求。

在制药领域，无论是生产无菌药品、口服液还是固体制剂，都应该对制药环境的微生物数量控制在较小范围内，以保证药品不受生产环境的污染，最有效的办法就是安装洁净空调系统。药品生产对洁净室等级有明确要求[7]（表2）。其中，CFU 是英文Colony-Forming Unit 的缩写，即菌落形成单位。

表2 不同洁净等级洁净区微生物的检测标准

2.2 在工业生产中的应用

现代化生活的一些高新产品，如半导体、芯片、集成电路的生产过程对环境空气的洁净度要求更高，生产环境的洁净程度可以保证生产工艺产品的质量，达到较高的成品率[8]。使用洁净空调系统把已处理过的空气输入各工艺生产区域，排出相应区域内的空气微尘粒子、有害气体、气态污染物等物质，使工作区域内的各项参数在要求的范围内。一些化工产品生产过程往往产生有害物质，会危害人体健康，影响工作环境品质。将有害物质回收处理、让生产环境的空气具有好品质，是企业科学运行的关键，洁净空调技术可以解决这个问题。

2.3 在医疗场所的应用

医院具有人员流动性大、病毒细菌更易滋生的特点。受疫情影响，国家对医疗环境的要求越来越严格，出台一些政策支持洁净空调在医疗场所的应用，这也促进了洁净空调技术的发展。洁净空调可以有效清除医院中的悬浮微生物，甚至某些场所可以达到近似无菌的状态，还可以让手术顺利进行，避免医护人员、病人家属与患者之间的交叉感染，并为患者及时康复提供良好的卫生条件。常见的医院洁净空调系统的工作过程：在空调设备的混合段，低效空气过滤器将室外新风初次过滤，而后与室内回风回合，经热湿处理后在送到中效空气过滤器进行二次过滤，最后经过高效空气过滤器送入室内（图1）。如此循环，就可以在一定时间内将洁净空间的污染控制在一个相对稳定的水平[9]。

图1 医院建筑常用的洁净空调系统

3 洁净空调系统相关技术分析

洁净空调系统因其服务空间对洁净程度的要求严格，所以在系统设计、选型、安装施工和运行维护与常规空调相比仍有较大的差异。分析其中的技术要点对于整个洁净空调系统的运行非常必要。

3.1 设计技术要点

洁净空调系统的换气次数每小时至少10 次，某些场合甚至高达数百次，这对新风系统的选用有了更大的挑战。为了方便对洁净室内压差的控制，避免净化系统抢风的情况出现，采用新风单独预处理方案。此外，新风单独预处理方案分担部分湿负荷的处理，解决了集中新风处理所带来的困难。值得注意的是，为保障新风压头和循环风压头与过滤器阻力保持一致，新风集中预处理后不可以直接送进静压箱和循环机组内在进行设计时；空气处理要坚持湿度优先原则，这是避免系统因高湿环境产生霉变问题的重要手段[10]。此外，还要注意不同季节洁净空调的运行特点，为确保高温环境下机组也能做到优先除湿而实现空气过冷，就要求冬天有足够有效的冷冻水、夏天有热水。

3.2 施工技术要点

首先，要确保空调安装的施工质量，保证施工材料品质，所选用产品或半成品表面清洁，无锈蚀无灰尘并且有较强的耐腐蚀性和耐久性。风管可以选用优质的镀锌钢管、复合钢板和冷轧钢板，特别注意不可以选用热轧钢板，因为其耐腐蚀性不强表面易生锈从而影响洁净空调系统的洁净等级及正常运行[11]。

其次，安装风管时不仅安装人员要做好清洁工作，还要用酒精擦拭安装部件、工具及其他材料，并用无尘纸进行检测，整个安装过程要严防污染物入侵。此外还要使用弹性和耐久性较好的材料作为法兰垫片，确保安装后端部封闭严实。

最后，洁净空调系统中的高效过滤器的安装对于洁净区域内的洁净度影响有着决定性作用，安装前要打扫施工场所确保场地符合洁净度水平，安装后要进行系统的试运行，试运行时间为12 h，然后需全面仔细检查系统内部情况，保障其可以正常工作并具有较高的洁净度，之后将高效过滤器和框架之间进行密封，施工结束后清理各装置表面[12]。

3.3 节能技术分析

洁净空调系统的换气次数远大于常规空调的换气次数，为保障洁净程度就要求其具有较大送风量和新风量。在系统运行层面，新风量的大小可以用来补充室内排风量以及洁净室内的正压渗漏风量；对于工作人员，新风量可以为其提供较好的工作环境，满足对新风的需求。另外，系统所配备的风机要大，能克服空气处理过程中的重重阻力，这就使得洁净空调系统的耗能和运行费用大。因此，洁净空调系统的节能技术一直是专家学者们研究的热点。针对问题分析，可以采取的节能措施有以下6 项。

（1）选择合理的空气处理方案。在选择空气处理方案同时要考虑冷热空气抵消的问题，尽量采用一次回风和二次回风相结合的方式进行空气处理，研究表明这种方式能耗损失仅为一次回风系统能耗损失的1/2[13]。

（2）保证最小新风量。在满足室内最小新风量的基础之上，要控制新风量最有效的措施是减少排风量和正压渗漏风量。具体措施要求系统设备的排风密闭性要好，这样不仅减少了排风量还提高了排风效果；在洁净室建造时要强调围护结构和风管的密闭性，这可以有效减少正压渗透风量。

（3）减少运动负荷。在洁净空调系统运行时，常会出现不必要的能量浪费，这就要求技术人员在结合实际需要调整换气次数，在满足需求基础上尽量减少换气次数，换气次数过多不仅造成浪费还会影响室内的洁净程度。

（4）建议使用变频调速风机。使用定频风机运行初期阻力小，送风量大，通过风量调节阀调节送风量可能造成能耗损失[14]，运行末期阻力上升，送风量降低可能达不到洁净空调系统的送风量要求。采用变频调速风机，可以维护系统风量恒定，不仅可以避免降低洁净等级还有节能减排的效果[15]。

（5）尽量降低风机温升负荷。不要忽视空调机组、循环机组以及新风机组的风机温升带来的负荷。减少温升负荷的方式主要是不要无故增加大风机压头，尽量选择高效的风机和电机[16]。

（6）加强系统的日常维护。使用过程中，要使洁净空调系统功能发挥最佳，需要定期的维护和保养。经常对系统进行检查，监控易损部件并及时更换，减少因故障而导致的能源浪费，确保系统能正常运行，同时达到较好的节能效果。

4 总结与展望

目前仍然处于疫情防控阶段，洁净空调系统的在医疗建筑中配备相当重要。本文系统的介绍洁净空调的概念，洁净空调的运行方式，并进行对比分析；阐述了洁净空调系统目前的应用场所以及在安装使用中相关的技术措施。洁净空调系统比常规空调系统更加复杂且要求高，相关部门应做好监察监督，提高工作人员的素质，施工工人要严格按照标准执行，保证管路、建筑空间的密闭性，同时加强对空调系统后期的运行维护。

洁净空调系统的高能耗是一个不可避免的问题，除了文中指出的6 项措施之外，可以改进的地方还要很多，例如：应大力开发洁净空调系统的自动化装置，使其更加智能，可自动检测新风量的要求并进行精准送风次数的改变；开发新型空气净化处理装置，使其较快达到洁净度标准并降低处理过程的阻力；提高系统密闭性，减少正压漏风量；提高洁净空调系统噪声控制技术，减少噪声污染等。还可以根据洁净空调技术手段提供空调系统的清洁服务，培养相关专业的技术人员，对在用的商用、家用以及医疗建筑的空调进行清洁消杀，确保送风质量提高洁净度，同时还可以扩大就业面、促进城市经济发展。