1. Анализ характеристик высоких чистых помещений
(1). Высокие чистые помещения имеют свои характерные особенности. Как правило, высокие чистые помещения используются в основном в постпроизводственном процессе и, как правило, для сборки крупногабаритного оборудования. Они не требуют высокой чистоты, а точность контроля температуры и влажности невысокая. Оборудование не выделяет много тепла в процессе производства, и в них находится относительно небольшое количество людей.
(2). Высокие чистые помещения обычно имеют массивные каркасные конструкции и часто используют лёгкие материалы. Верхняя плита, как правило, не выдерживает большой нагрузки.
(3). Образование и распределение пылевых частиц Для высоких чистых помещений основной источник загрязнения отличается от такового для общих чистых помещений. Помимо пыли, образующейся от людей и спортивного инвентаря, значительную долю составляет поверхностная пыль. Согласно данным, представленным в литературе, пылеобразование при неподвижном состоянии человека составляет 105 частиц/(мин · чел.), а пылеобразование при движении человека рассчитывается как 5-кратное по сравнению с неподвижным человеком. Для чистых помещений обычной высоты поверхностное пылеобразование рассчитывается как поверхностное пылеобразование с 8 м2 земли эквивалентно пылеобразованию человека в состоянии покоя. Для высоких чистых помещений очистная нагрузка больше в нижней зоне деятельности персонала и меньше в верхней зоне. В то же время, из-за особенностей проекта, необходимо принять соответствующий коэффициент запаса для обеспечения безопасности и учесть непредвиденное пылевое загрязнение. Поверхностное пылеобразование этого проекта основано на поверхностном пылеобразовании с 6 м2 земли, что эквивалентно пылеобразованию человека в состоянии покоя. Данный проект рассчитан на 20 человек, работающих в смену, а пылеобразование персонала составляет всего 20% от общего пылеобразования, в то время как пылеобразование персонала в общем чистом помещении составляет около 90% от общего пылеобразования.
2. Отделка 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, связанные с чистыми помещениями. Согласно требованиям, ограждающие конструкции и внутренняя отделка чистых помещений должны быть изготовлены из материалов, обладающих 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, свободными от пыли, без бликов, легко удаляемыми с поверхностей и иметь как можно меньше неровностей.
(2). В чистых помещениях не следует использовать каменные и оштукатуренные стены. При необходимости их использования следует выполнять сухую работу и применять высококачественные стандарты штукатурки. После оштукатуривания стен окрашенную поверхность следует покрасить, выбрав огнестойкую, без трещин, моющуюся, гладкую краску, не впитывающую воду, не портящуюся и не плесневеющую. Как правило, для отделки чистых помещений в качестве отделочных материалов в качестве материалов для внутренней отделки в основном выбирают металлические стеновые панели с порошковым покрытием. Однако для крупных заводских помещений из-за большой высоты пола монтаж перегородок из металлических стеновых панелей более сложен, они обладают низкой прочностью, высокой стоимостью и не выдерживают большого веса. В этом проекте был проведен анализ характеристик пылеобразования в чистых помещениях на крупных заводах и требований к чистоте помещений. Традиционные методы внутренней отделки с использованием металлических стеновых панелей не применялись. На исходные стены гражданского строительства было нанесено эпоксидное покрытие. Во всем помещении не было установлено потолков для увеличения полезной площади.
3. Организация воздушных потоков в высоких чистых помещениях
Согласно литературным данным, для высоких чистых помещений использование системы кондиционирования воздуха в чистых помещениях может значительно сократить общий объем подачи воздуха. С уменьшением объема воздуха особенно важно принять разумную организацию воздушного потока для достижения лучшего эффекта кондиционирования чистого воздуха. Необходимо обеспечить равномерность подачи и возврата воздуха, уменьшить вихреобразование и завихрение воздушного потока в чистой рабочей зоне, а также улучшить диффузионные характеристики приточного воздуха, чтобы в полной мере реализовать эффект разбавления приточного воздуха. В высоких чистых цехах с требованиями к чистоте 10 000 или 100 000 можно привести концепцию проектирования высоких и больших помещений для комфортного кондиционирования воздуха, например, использование сопел в больших помещениях, таких как аэропорты и выставочные залы. Используя сопла и боковую подачу воздуха, воздушный поток может рассеиваться на большом расстоянии. Подача воздуха через сопла - это способ обеспечения подачи воздуха, основанный на высокоскоростных струях, выдуваемых из сопел. Он в основном используется для кондиционирования воздуха в высоких чистых помещениях или общественных зданиях с большой высотой пола. Сопло использует боковую подачу воздуха, а сопло и выходное отверстие для обратного воздуха расположены с одной стороны. Воздух концентрированно выбрасывается из нескольких сопел, установленных в помещении, с более высокой скоростью и большим объемом воздуха. Струя возвращается через определенное расстояние, так что вся кондиционируемая зона оказывается в зоне возврата, а затем выходное отверстие для обратного воздуха, установленное внизу, забирает его обратно в кондиционер. Его характеристиками являются высокая скорость подачи воздуха и большая дальность. Струя интенсивно перемешивает воздух в помещении, скорость постепенно затухает, и в помещении образуется большой закрученный воздушный поток, так что кондиционируемая зона получает более равномерное поле температуры и поле скорости.
4. Пример инженерного проектирования
Для высокого чистого цеха (40 м в длину, 30 м в ширину, 12 м в высоту) требуется чистая рабочая зона площадью менее 5 м, со статическим уровнем очистки 10 000 и динамическим 100 000, температурой tn = 22℃±3℃ и относительной влажностью fn = 30%~60%.
(1) Определение организации воздушного потока и частоты вентиляции.
Учитывая эксплуатационные характеристики этого высокого чистого помещения шириной более 30 м без потолка, традиционный метод подачи воздуха в чистую мастерскую сложно удовлетворить эксплуатационным требованиям. Для обеспечения 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 выпуска 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 из рабочей зоны поступает обратно через сопло и обратно с концентрированной стороны. В то же время, чтобы предотвратить образование мертвой зоны в загрязненной рабочей зоне выше 5 м с точки зрения чистоты, температуры и влажности, уменьшить воздействие холодного и теплового излучения с потолка на рабочую зону, а также своевременно удалять пылевые частицы, образующиеся в результате работы верхнего крана, и в полной мере использовать чистый воздух, рассеиваемый на расстояние более 5 м, в загрязненной зоне кондиционирования организован ряд небольших полосовых воздуховыпускных отверстий возврата воздуха, образующих небольшую циркуляционную систему возврата воздуха, что может значительно снизить загрязнение верхней загрязненной зоны в нижнюю чистую рабочую зону.
В соответствии с уровнем чистоты и выбросами загрязняющих веществ в данном проекте принята частота вентиляции 16 ч-1 для чистой кондиционируемой зоны ниже 6 м, а также принята соответствующая вытяжка для верхней нечистой зоны с частотой вентиляции менее 4 ч-1. Фактически, средняя частота вентиляции всей установки составляет 10 ч-1. Таким образом, по сравнению с кондиционированием чистого воздуха во всем помещении, метод подачи чистого воздуха с помощью многослойных сопел не только лучше гарантирует частоту вентиляции чистой кондиционируемой зоны и соответствует организации воздушных потоков крупногабаритной установки, но и значительно экономит объем воздуха системы, холодопроизводительность и мощность вентилятора.
(2) Расчет подачи воздуха через боковое сопло
Разница температур приточного воздуха
Частота вентиляции, необходимая для кондиционирования воздуха в чистых помещениях, значительно выше, чем при общем кондиционировании. Таким образом, полное использование большого объёма воздуха в системах кондиционирования чистых помещений и снижение разницы температур приточного воздуха позволяет не только экономить мощность оборудования и эксплуатационные расходы, но и повысить точность кондиционирования воздуха в кондиционируемой зоне чистых помещений. Рассчитанная в данном проекте разница температур приточного воздуха составляет ts = 6℃.
Чистое помещение имеет относительно большой пролет, шириной 30 м. Необходимо обеспечить требования к перекрытию в средней зоне и гарантировать, что рабочая зона процесса находится в зоне возвратного воздуха. В то же время необходимо учитывать требования к шуму. Скорость подачи воздуха в этом проекте составляет 5 м/с, высота установки сопла составляет 6 м, а поток воздуха отправляется из сопла в горизонтальном направлении. В этом проекте был рассчитан поток воздуха, подаваемого в сопло. Диаметр сопла составляет 0,36 м. Согласно литературе, число Архимеда рассчитано как 0,0035. Скорость подачи воздуха в сопло составляет 4,8 м/с, осевая скорость на конце составляет 0,8 м/с, средняя скорость составляет 0,4 м/с, а средняя скорость обратного потока составляет менее 0,4 м/с, что соответствует требованиям использования процесса.
Поскольку объём приточного воздуха большой, а разница температур мала, он практически равен изотермической струе, поэтому длину струи легко гарантировать. Согласно числу Архимеда, можно рассчитать относительную дальность x/ds = 37 м, что соответствует требованию перекрытия противоположного приточного потока на 15 м.
(3) Обработка кондиционера
Учитывая особенности конструкции чистого помещения, связанные с большим объёмом приточного воздуха и небольшой разницей температур, рециркуляционный воздух используется полностью, а первичный рециркуляционный воздух исключается при летней обработке кондиционирования. Доля вторичного рециркуляционного воздуха используется максимально, а свежий воздух обрабатывается только один раз, а затем смешивается с большим количеством вторичного рециркуляционного воздуха, что исключает повторный нагрев и снижает производительность и энергопотребление оборудования.
(4) Результаты инженерных измерений
После завершения проекта были проведены комплексные инженерные испытания. Всего на всей установке было установлено 20 точек измерения в горизонтальной и вертикальной плоскости. В статических условиях были проведены измерения поля скорости, температуры, чистоты, уровня шума и т.д. на чистой установке. Фактические результаты измерений оказались относительно хорошими. Результаты измерений в проектных рабочих условиях приведены ниже:
Средняя скорость воздушного потока на выходе составляет 3,0–4,3 м/с, а скорость на стыке двух встречных потоков – 0,3–0,45 м/с. Частота проветривания чистой рабочей зоны гарантированно составляет 15 раз в час, а её чистота соответствует классу 10 000, что полностью соответствует проектным требованиям.
Уровень шума уровня А в помещении составляет 56 дБ на выходе обратного воздуха, а в других рабочих зонах он ниже 54 дБ.
5. Заключение
(1). Для высоких чистых помещений с невысокими требованиями к качеству можно использовать упрощенную отделку, чтобы удовлетворить как эксплуатационные требования, так и требования к чистоте.
(2). Для высоких чистых помещений, где требуется, чтобы уровень чистоты зон ниже определённой высоты соответствовал классу 10 000 или 100 000, метод подачи воздуха с помощью форсунок кондиционирования с чистым слоем является относительно экономичным, практичным и эффективным.
(3). В этом типе высоких чистых помещений в верхней рабочей зоне, не требующей чистки, устанавливается ряд ленточных воздухозаборников для удаления пыли, образующейся вблизи крановых рельсов, и снижения воздействия холодного и теплового излучения с потолка на рабочую зону, что позволяет лучше обеспечивать чистоту, а также поддерживать необходимую температуру и влажность в рабочей зоне.
(4). Высота высокого чистого помещения более чем в 4 раза превышает высоту обычного чистого помещения. При нормальных условиях пылеобразования следует отметить, что нагрузка на единицу площади очистки значительно ниже, чем в обычном низком чистом помещении. Следовательно, с этой точки зрения частота вентиляции может быть ниже частоты вентиляции чистого помещения, рекомендованной национальным стандартом GB 73-84. Исследования и анализ показывают, что для высоких чистых помещений частота вентиляции варьируется из-за разной высоты чистой зоны. Как правило, 30–80% частоты вентиляции, рекомендованной национальным стандартом, может удовлетворить требованиям к очистке.
Время публикации: 18 февраля 2025 г.