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生物制药厂生产车间净化空调气流速度/换气次数及新风机组的设计


我公司新建生物制药车间净化空调洁净厂房,图纸由某医药设计院设计,作者本人作为暖通空调和洁净厂房的甲方主管人员,要对这方面的设计负责审核。洁净室的气流速度/换气次数一直是医药洁净室设计中比较关注的问题,设计多少气流速度/换气次数才能保证洁净厂房在使用过程中比较管理方便同时又经济实惠。我国国家医药洁净厂房的设计规范,以及国际ISO14644标准,美国环境科学与技术协会标准、规范、导则已经提出了推荐参考值,本人将对这些数据逐步分析、论证,给出我单位新建医药洁净厂房中关于气流速度/换气次数的具体设计参数。GB50457-2008《医药工业洁净厂房设计规范》在9.2.1“空气洁净度100级、10000级、及100000级的空气净化处理,应采用粗效、中效、高效空气过滤器三级过滤。空气洁净度300000级的空气净化处理,可采用亚高效空气过滤器”。此项条款要求洁净厂房的空气净化系统最少粗效、中效、高效三级过滤,1997年的医药洁净厂房设计规范允许两级过滤;考虑到我单位的空气质量、室内污染情况、以及通风管路漏风率的具体实际情况,在实际检测管理过程中的方便使用,对于洁净厂房的三级过滤之后,新增新风机组做出以下论述,并对这些问题的情况分别做出归纳分析和总结。
1气流速度/换气次数
1.1有关洁净厂房的推荐值和参考值
洁净室的气流速度/换气次数是随着洁净室的具体情况而确定。一般情况下,影响气流速度/换气次数的确定是受室内发尘量、末级过滤器的过滤效率、自净时间的控制要求,同时还要考虑能耗的经济性。
1)室内污染源
在洁净室内的污染源主要来自两个因素:作业人员发尘,设备及其产品生产过程中的产尘。洁净室内人员是最大的发尘要素,人体产尘主要来源于穿着的衣服和人体表面以及人员步行时从地面上扬起的尘粒和纤维。个别医药厂家规定,吸烟后30分钟才能进入洁净室,因为口腔内的烟尘也是个污染源。因此,在洁净室内的工作人员必须穿戴特
别规定的适于洁净室内的无尘工作服,防止皮肤过多的裸露。至于洁净室内运转设备的发尘则是不可避免的,但应从减小运转设备的振动和空运转的时间,使运转设备的发尘量控制在最小限度。
(1)   末级过滤器的过滤效率
提高末级过滤器的效率可以降低气流速度/换气次数,采用较高效率的过滤器,而降低换气次数,反之是采用低效率的过滤器,而提高洁净室的气流速度/换气次数。
(2)   自净时间的控制要求
洁净室内自净时间的控制要求,也既是洁净度恢复时间的控制要求。洁净空间被污染后,洁净系统开始运行至恢复到稳定洁净度所需的时间。恢复
到原来的洁净度的自净时间取决于气流速度;室内污染物的排放,室内气流流型不至于产生涡流避免死角。这些都是取决于自净时间的确立。
4)经济性考虑
过大的气流速度造成投资及运行费用的增加,合适的气流速度为以上诸多因素合理的综合,过大也不必要,也不一定有效果。
在医药洁净室工程的应用中,对气流速度/换气次数往往参照有关规范、导则等推荐值、参考值,再按具体情况参照以上各影响因素进行综合考虑后确定。气流速度用于单向流洁净室,而非单向流洁净室宜用换气次数。当前有关规范、导则等的推荐值、参考值见表1。

1.2我公司新建医药洁净厂房中关于气流速度/换气次数最初设计参数
表1中有关气流速度/换气次数的推荐值和参考值也是经验值的客观反映。但是具体到实际的医药洁净室的设计中该如何设计,表2、表3中列出了某医药工业设计院给我单位所列出的风量平衡表。我取出有代表性的两套系统风量平衡表,从表中看到气流速度/换气次数的最初设计值。


1.3医药洁净室(区)内气流速度/换气次数的设计依据分析
由表2、表3我们可以看到,在某医药工业设计院给我们单位洁净车间图纸设计说明中的洁净区房间气流速度/换气次数:(100000级)洁净区换气次数一般10次/h~15次/h,(10000级)洁净区换气次数一般取15次/h~25次/h,100级洁净区平均风速一般取0.4m/s。那么在JK-01为100000级区,按照设计说明,他们取定为中间值12次/h;在JK-03为10000级区,他们取定为中间偏大值23次/h。综合表1气流速度/换气次数等推荐或参考值,本人认为气流速度/换气次数的设计有点偏低。
1)下面我列举出最新的GB50457-2008《医药工业洁净厂房设计规范》中关于气流速度/换气次数的要求,“医药洁净室(区)的送风量,应取下列最大值:
按规范表9.3.4中有关数据见表4计算或按室内发尘量计算。

根据热湿负荷计算确定的送风量。向医药洁净室(区)内供给的新鲜空气量。2)末级过滤器的效率的提高,虽然说可以降低气流速递/换气次数;但同时更高效率的过滤器从价格方面考虑也是不小的经济负担,所以洁净室的气流速度/换气次数还是依据国家最近标准取最大值比较合算。过滤器的效率从99.97%提高到99.99%,意味着经过滤器后的空气含尘浓度由0.03%降至0.01%,减少3倍。
虽然高效过滤器的效率从99.97%、99.99%、99.999%—直到8个9个以上都可以选择,但是“提高过滤效率可以降低换气次数”,这是个十分可怕的念头。洁净室的主要尘源是人和设备,相比之下,经过高效过滤器进入室内的粉尘量要少得多。如果通风参数相同,选用99.9999999%的过滤器与选用99.97%的过滤器,洁净室的洁净程度不会有多大差别。蔡杰先生在他的《空气过滤ABC》一书中幽默的说“如果你手头宽裕,愿意买更好的过滤器,那就令当别论了”。
(2)  以自净时间来确定气流速度/换气次数,这需要积累有平均空间污染物浓度与最大污染物浓度(相当于在回风口处)间的关系因素[3]。室内气流流型不至于产生涡流避免死角。
需要提出的是医药洁净室(区)的换气次数并不能成为医药工业洁净厂房的验收标准,它只是洁净室(区)净化空气的一种手段,最终需根据洁净室(区)的检测做出评价。设计中的换气次数可根据室内生产操作情况、人员、房间层高等具体情况确定。
1.4医药洁净室(区)内气流速度/换气次数的最终设计要求
综合以上原因,得出医药洁净室(区)内气流速度/换气次数的最终设计要求(见表5、表6)。


(100000级)洁净区换气次数取15次/h,(10000级)洁净区换气次数取25次/h,100级洁净区平均风速一般取0.5m/s。
2新风机组
2.1充足新风量的重要性
洁净室内必须保证充足的新风量,它是保证工作人员身体健康的重要措施。如果新风量不足,在室内长期停留的人员将有气闷、怠倦、甚至头晕、心率偏快等不舒适的症状发生,工作人员的患病几率显著增加。因此在空调净化系统中要有充足的新风量,新风量是衡量室内空气质量的一个重要标准,新风量直接影响到空气的流通。
2003年我国发生“非典”时,北京市卫生局对北京80家公共场所的空气质量进行抽查,检查结果90%属于严重污染,在天津市首次空气质量调查活动中,对50家室内空气污染严重的单位和家庭进行了检测,结果发现大多数室内空气污染物(甲醛、苯、氨、氡等)并没有超标,为什么在众多空气污染物都没有超标的情况下,室内空气仍然污染严重呢?经调查发现其共同的特点是通风不好,也就是说新风量不足。那么对于洁净室来说40m3/h-人的限量是最低的了。
2.2原某医药工业设计院给我们单位的空调净化系统关于新风处理的设计
某医药工业设计院给我们单位洁净车间空调净化系统是参照医药工业洁净厂房设计规范GB50457-2008的规定“空气洁净度100级、10000级、100000级的空气净化处理,应采用粗效、中效、高效空气过滤器三级过滤”,还是依据过去习惯的做法,就是新风只是在三级过滤的最初端设置一个新风口,只经过粗效过滤器的过滤的简单过滤。
2.3增加新风机组的必要性
根据我多年所从事空气净化系统的建造和日常管理实践中已经认证的,由于新风比较脏,对于净化系统,90%以上的尘源来自新风,再加上如果新风口无纺布更换不及时,新风量很容易得不到补充,这对室内的污染空气得不到及时排放。再一个还会使空调器加热和表冷器很快就堵塞,中效过滤器以及高效过滤器的寿命大为缩短。由于经济方面的原因,对中效过滤器和高效过滤器不能很快地更换,系统内的空气品质大受影响。
许钟霖先生在1994年《洁净室设计》一书中就提出了对新风最好是采用粗效、中效、亚高效三级过滤的建议,1997年正式发表了此种新风净化处理的理论依据。作为我单位的此次空气净化系统,我认为新增的新风机组,两级过滤足以。
2.4增加新风机组的措施
出于以上考虑,我准备在每套净化空调系统前段都增加一台新风机组,风机控制安装变频器调节新风机组的送风量,里面设置粗效段、风机段、中效段。加强新风处理对提高进风品质是十分必要的,直接阻挡室外的尘源,所花的经费不多而收效很大。一般情况下,最末一级过滤器决定空气净化的程度,上游的各级过滤器只是起到保护作用,它保护下风段过滤器以延长其使用寿命,保护空调系统正常工作。那么这个新风机组也可以称作是“预过滤器”。这对延长高效过滤器的使用寿命起很大作用,根据工作需求,尽量减少更换高效过滤器的频率。新风风机的应用,保证洁净室的空气新风量充足,维持洁净室内足够的送风量。根据多年的经验得知,在洁净室的维护管理中,个别时间无法查明的房间送风量减少,同时上级部门的突击检查,使得这个时候,新风风机的设置更显重要。
3结语
针对我单位生产车间净化空调气流速度/换气次数及新增新风机组的设计所提出的要求,根据多年的实践经验,合理的气流速度/换气次数是洁净室空气质量的保证,也是经济能耗基础。而新增的新风机组是保证洁净室内把握好洁净室内新风量、降低室内空气污染的污染程度、保证洁净室内空气有效治理、营造良好健康的洁净室内环境,起着决定性作用。
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