1. Анализ характеристик высоких чистых помещений
(1). Высокие чистые помещения обладают своими неотъемлемыми характеристиками. В целом, высокие чистые помещения в основном используются в постпроизводственном процессе и, как правило, применяются для сборки крупного оборудования. Они не требуют высокой чистоты, а точность контроля температуры и влажности невысока. Оборудование не выделяет много тепла во время производственного процесса, и в помещении находится относительно небольшое количество людей.
(2). Высокие чистые помещения обычно имеют большие каркасные конструкции и часто используют легкие материалы. Верхняя плита, как правило, не может выдержать большую нагрузку.
(3). Образование и распределение пылевых частиц. В высоких чистых помещениях основной источник загрязнения отличается от источников загрязнения в обычных чистых помещениях. Помимо пыли, образующейся от людей и спортивного оборудования, значительную долю составляет пыль с поверхности. Согласно данным, представленным в литературе, образование пыли, когда человек неподвижен, составляет 10⁵ частиц/(мин·человек), а образование пыли, когда человек движется, в 5 раз больше, чем когда человек неподвижен. Для чистых помещений обычной высоты образование пыли с поверхности рассчитывается как эквивалентное образованию пыли с поверхности 8 м² пола, что соответствует образованию пыли от человека в состоянии покоя. В высоких чистых помещениях нагрузка на очистку больше в нижней зоне активности персонала и меньше в верхней. В то же время, в силу особенностей проекта, необходимо учитывать соответствующий коэффициент безопасности и непредвиденное пылевое загрязнение. Образование пыли с поверхности в данном проекте основано на образовании пыли с поверхности 6 м² пола, что эквивалентно образованию пыли от человека в состоянии покоя. Расчеты для этого проекта основаны на расчете на 20 человек, работающих в смену, при этом на образование пыли персоналом приходится всего 20% от общего объема пыли, в то время как на образование пыли персоналом в обычном чистом помещении приходится около 90% от общего объема пыли.
2. Оформление чистых помещений в высотных цехах.
Отделка чистых помещений обычно включает в себя полы, стеновые панели, потолки, а также вспомогательные системы кондиционирования, освещения, противопожарной защиты, водоснабжения и водоотведения и другие элементы, относящиеся к чистым помещениям. В соответствии с требованиями, при строительстве ограждающих конструкций и внутренней отделке чистых помещений следует использовать материалы с хорошей воздухонепроницаемостью и малой деформацией при изменении температуры и влажности. Отделка стен и потолков в чистых помещениях должна соответствовать следующим требованиям:
(1). Поверхности стен и потолков в чистых помещениях должны быть ровными, гладкими, без пыли, без бликов, легко удаляемыми и иметь меньше неровностей.
(2). В чистых помещениях не следует использовать кирпичную кладку и оштукатуренные стены. Если их необходимо использовать, следует проводить сухую штукатурку и применять высококачественные стандарты. После оштукатуривания стен следует покрасить поверхность, выбрав огнестойкую, не растрескивающуюся, моющуюся, гладкую краску, которая не впитывает воду, не разрушается и не покрывается плесенью. В целом, для отделки чистых помещений в качестве материалов интерьера чаще всего выбирают металлические стеновые панели с порошковым покрытием. Однако для крупных производственных помещений из-за большой высоты этажей установка металлических перегородок более сложна, имеет низкую прочность, высокую стоимость и не выдерживает вес. В данном проекте были проанализированы характеристики пылеобразования в чистых помещениях крупных заводов и требования к чистоте помещений. Традиционные методы внутренней отделки металлическими стеновыми панелями не применялись. На стены из строительных конструкций было нанесено эпоксидное покрытие. Для увеличения полезной площади потолок во всем помещении не устанавливался.
3. Организация воздушных потоков в высоких чистых помещениях.
Согласно литературным данным, для высоких чистых помещений использование системы кондиционирования воздуха для чистых помещений может значительно уменьшить общий объем подаваемого воздуха. При уменьшении объема воздуха особенно важно рационально организовать воздушные потоки для достижения лучшего эффекта кондиционирования чистого воздуха. Необходимо обеспечить равномерность подачи и отвода воздуха, уменьшить вихревые и завихрения в чистой рабочей зоне и улучшить диффузионные характеристики подаваемого воздуха, чтобы в полной мере использовать эффект разбавления подаваемого воздуха. В высоких чистых цехах с требованиями к чистоте класса 10 000 или 100 000 можно привести в пример концепцию проектирования комфортного кондиционирования воздуха в больших помещениях, например, использование сопел в таких крупных помещениях, как аэропорты и выставочные залы. Использование сопел и боковой подачи воздуха позволяет рассеивать воздушный поток на большие расстояния. Подача воздуха через сопла – это способ подачи воздуха, основанный на высокоскоростных струях, выдуваемых из сопел. Этот воздухораспределитель в основном используется в помещениях с кондиционированием воздуха, таких как высокие чистые помещения или общественные здания с большой высотой потолков. Подача воздуха осуществляется сбоку, при этом сопло и выходное отверстие для отвода отработанного воздуха расположены на одной стороне. Воздух концентрированно выбрасывается из нескольких сопел, установленных в помещении, с высокой скоростью и большим объемом. Струя воздуха возвращается на определенное расстояние, так что вся кондиционируемая зона оказывается в зоне рециркуляции, после чего выходное отверстие для отвода отработанного воздуха, расположенное внизу, возвращает воздух обратно в кондиционер. Его характеристики – высокая скорость подачи воздуха и большой радиус действия. Струя воздуха обеспечивает интенсивное перемешивание воздуха в помещении, скорость постепенно снижается, и внутри формируется большой вихревой поток, благодаря чему в кондиционируемой зоне достигается более равномерное температурное и скоростное поле.
4. Пример инженерного проектирования
Для высокого чистого цеха (40 м в длину, 30 м в ширину, 12 м в высоту) требуется чистая рабочая зона на высоте менее 5 м, с уровнем очистки 10 000 (статический) и 100 000 (динамический), температурой tn = 22 ± 3 ℃ и относительной влажностью fn = 30–60%.
(1). Определение организации воздушного потока и частоты вентиляции.
Учитывая особенности эксплуатации этого высокого чистого помещения, шириной более 30 м и без потолка, традиционный метод подачи воздуха в чистый цех с трудом удовлетворяет требованиям. Для обеспечения поддержания температуры, влажности и чистоты в чистой рабочей зоне (ниже 5 м) используется метод послойной подачи воздуха через сопла. Устройство подачи воздуха через сопла равномерно расположено на боковой стене, а устройство отвода обратного воздуха с демпфирующим слоем равномерно расположено на высоте 0,25 м от пола в нижней части боковой стены цеха, образуя форму организации воздушного потока, при которой воздух возвращается из рабочей зоны через сопло и возвращается с концентрированной стороны. В то же время, чтобы предотвратить образование «мертвой зоны» в нечистой рабочей зоне на высоте более 5 м с точки зрения чистоты, температуры и влажности, уменьшить воздействие холодного и теплового излучения от потолка на рабочую зону, своевременно удалять частицы пыли, образующиеся при работе верхнего крана, и в полной мере использовать чистый воздух, распространяющийся на расстояние более 5 м, в зоне кондиционирования нечистого воздуха размещен ряд небольших ленточных воздуховыпускных отверстий, образующих небольшую циркуляционную систему возврата воздуха, что позволяет значительно снизить загрязнение нижней чистой рабочей зоны нечистой зоной.
В соответствии с уровнем чистоты и уровнем выбросов загрязняющих веществ, в данном проекте для чистой зоны кондиционирования воздуха ниже 6 м используется частота вентиляции 16 ч⁻¹, а для верхней, нечистой зоны – соответствующая вытяжная вентиляция с частотой вентиляции менее 4 ч⁻¹. Фактически, средняя частота вентиляции всего комплекса составляет 10 ч⁻¹. Таким образом, по сравнению с кондиционированием чистого воздуха во всем помещении, метод подачи воздуха через чистые форсунки не только лучше гарантирует частоту вентиляции чистой зоны кондиционирования воздуха и соответствует организации воздушного потока в крупногабаритном комплексе, но и значительно экономит объем воздуха, холодопроизводительность и мощность вентиляторов системы.
(2). Расчет подачи воздуха через боковое сопло
Разница температур подаваемого воздуха
Для кондиционирования воздуха в чистых помещениях требуется гораздо большая частота вентиляции, чем для обычных систем кондиционирования. Поэтому, используя в полной мере большой объем воздуха, подаваемого в систему кондиционирования чистых помещений, и уменьшая разницу температур подаваемого воздуха, можно не только сэкономить мощность оборудования и эксплуатационные расходы, но и повысить точность кондиционирования воздуха в чистом помещении. В данном проекте рассчитанная разница температур подаваемого воздуха составляет ts = 6℃.
Чистое помещение имеет относительно большой пролет, шириной 30 м. Необходимо обеспечить перекрытие в средней части и гарантировать, что рабочая зона находится в зоне возврата воздуха. Одновременно необходимо учитывать требования к уровню шума. Скорость подачи воздуха в данном проекте составляет 5 м/с, высота установки сопла — 6 м, а поток воздуха выводится из сопла в горизонтальном направлении. В данном проекте был рассчитан расход воздуха, подаваемого через сопло. Диаметр сопла составляет 0,36 м. Согласно литературным данным, число Архимеда составляет 0,0035. Скорость подачи воздуха через сопло составляет 4,8 м/с, осевая скорость на конце — 0,8 м/с, средняя скорость — 0,4 м/с, а средняя скорость возвратного потока — менее 0,4 м/с, что соответствует требованиям технологического процесса.
Поскольку объем подаваемого воздушного потока велик, а разница температур подаваемого воздуха мала, он практически совпадает с изотермической струей, поэтому длину струи легко обеспечить. Согласно числу Архимеда, можно рассчитать относительный диапазон x/ds = 37 м, что соответствует требованию перекрытия подаваемого воздушного потока с противоположной стороны на 15 м.
(3). Обработка условий кондиционирования воздуха
Учитывая особенности проектирования чистых помещений, такие как большой объем подаваемого воздуха и малая разница температур подаваемого воздуха, в методе летней обработки воздуха используется максимально полный объем возвратного воздуха, а первичный возвратный воздух исключается. Применяется максимальная доля вторичного возвратного воздуха, при этом свежий воздух обрабатывается только один раз, а затем смешивается с большим количеством вторичного возвратного воздуха, что исключает повторный нагрев и снижает производительность и энергопотребление оборудования.
(4). Результаты инженерных измерений
После завершения этого проекта было проведено комплексное инженерное тестирование. Всего на всей территории установки было установлено 20 горизонтальных и вертикальных точек измерения. В статических условиях были протестированы поле скоростей, температурное поле, чистота, уровень шума и другие параметры чистой установки, и фактические результаты измерений оказались достаточно хорошими. Результаты измерений в проектных условиях эксплуатации следующие:
Средняя скорость воздушного потока на выходе составляет 3,0–4,3 м/с, а скорость на стыке двух противоположных воздушных потоков — 0,3–0,45 м/с. Гарантированная частота вентиляции чистой рабочей зоны составляет 15 раз в час, а её чистота соответствует классу 10 000, что хорошо отвечает проектным требованиям.
Уровень шума в помещении (класс А) составляет 56 дБ на выходе из системы рециркуляции воздуха, а в остальных рабочих зонах он ниже 54 дБ.
5. Заключение
(1). Для высоких чистых помещений с не очень высокими требованиями можно использовать упрощенную отделку, чтобы удовлетворить как функциональные требования, так и требования к чистоте.
(2). Для высоких чистых помещений, где уровень чистоты зоны ниже определенной высоты должен соответствовать классу 10 000 или 100 000, метод подачи воздуха с помощью чистых многослойных форсунок кондиционирования воздуха является относительно экономичным, практичным и эффективным методом.
(3). В таких высоких чистых помещениях в верхней нечистой рабочей зоне устанавливается ряд ленточных воздуховыпускных отверстий для удаления пыли, образующейся вблизи рельсов крана, и уменьшения воздействия холодного и теплового излучения с потолка на рабочую зону, что позволяет лучше обеспечить чистоту, температуру и влажность рабочей зоны.
(4). Высота высокого чистого помещения более чем в 4 раза превышает высоту обычного чистого помещения. При нормальных условиях пылеобразования следует отметить, что нагрузка на систему очистки помещения значительно ниже, чем в обычном низком чистом помещении. Поэтому с этой точки зрения частоту вентиляции можно определить как более низкую, чем частота вентиляции чистого помещения, рекомендованная национальным стандартом GB 73-84. Исследования и анализ показывают, что для высоких чистых помещений частота вентиляции варьируется в зависимости от высоты чистой зоны. Как правило, 30%–80% от частоты вентиляции, рекомендованной национальным стандартом, может обеспечить необходимые условия очистки.
Дата публикации: 18 февраля 2025 г.