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技术导航 | 屏障环境风量计算的钥匙: 正压风量

   日期:2020-03-26     来源:未来实验室学苑    浏览:932    
核心提示:保障屏障设施建设调试成功及未来运行都具有十分重要的意义
 

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Positive Pressure Air Volume

 

屏障环境风量计算的钥匙

正压风量

 

 

苑小花说

压力梯度是正压环境的重要指标,所有正压环境都摆脱不了压力梯度的魔咒。尤其是正压屏障环境动物房三走廊设施调试的核心问题。在设计计算和施工调试阶段,起到了举足轻重的作用,它就像一把钥匙一样左右着系统的风量平衡。它随压力梯度的方向在屏障系统中流动。正确的在计算中用好这把钥匙,重视其在计算过程中的作用,对提高设计质量,保障屏障设施建设调试成功及未来运行都具有十分重要的意义。

 

 

 屏障环境设施适用于饲育无特定病原体实验动物,进入屏障的人、动物和物品必须经过严格的过程控制。空气经初效(粗效)、中效、高效过滤器进入屏障系统,空气洁净度达到ISO7(万级)。以三走廊正压屏障设施为例,利用洁净空调系统形成:洁存间、清洁走廊、饲养室、污物走廊、缓冲间、室外的静压差梯度,防止空气逆向流动或乱流形成的污染。


 

 

 


 

  屏障环境的风量计算一般按照《实验动物 环境及设施GB14925-2010》和《实验动物设施建筑技术规范GB50447-2008》中对不同种类实验动物换气次数的要求而进行计算,系统一般为全新风系统,结合满足房间洁净度、压力梯度等要求,房间风量计算一般遵循以下两个基本公式:

 

送风量(m³/h)= MAX{洁净风量(按换气次数计算),排风量,人员所需新风量}+正压风量

(泄漏风量)(m³/h)

 

      排风量=局部排风量+房间排风量(m³/h)

 

      人员新风量在动物实验设施计算中很小,一般可忽略。其中局部排风量多为IVC,EVC,生物安全柜等设备排风,由于不是本文的重点,本文在后续内容不再对局部排风量进行阐述;房间排风为满足洁净度要求的气流组织,一般设置下排风口,控制房间压力。正压风量是房间与外界存在压差,导致的正压泄漏量,其计算比较复杂,本文主要对正压风量在计算中出现的问题进行一下剖析。

 

 

 

 

 

03

 正压风量的计算 

 

 一般正压风量的计算方法分为:缝隙法和换气次数法。

3.1  缝隙法:

计算公式: V=S*3600*1.29*(△P)1/2。

△P:洁净室内外压力差(Pa);

S:缝隙面积(m2) ;

V:通过缝隙的泄漏风量(m³/h)(正压风量)。

3.2  换气次数法:

计算公式:V=v*n

V:泄漏风量(m³/h) (正压风量);

v:房间体积(m³);

n:经验换气次数。

换气次数为经验数据法,一般n值按照下表计算:


 

 

 

屏障实验室更多选择在20Pa压差时密封较好的洁净室,2.5次/h换气。

3.3  缝隙法计算结果较为精确,但是在设计过程中,因为施工质量的不确定性,导致缝隙法计算无法确定渗漏缝隙长度,故大多数暖通工程师按照经验换气次数法来计算正压风量,并按照上述风量计算公式来计算每个房间的送风量和排风量。

 

 

04

正压风量去哪了

 

 

4.1   传统计算方式的困扰:

按照上述方法分别计算每一个房间的送风量,排风量,并可以根据计算结果选择通风设备;由于每个房间都存在大约10%左右的正压风量,总的计算排风量总是小于总的送风量很多,这些风全部从围护结构渗漏到外界了吗?我们不曾见过一个四处漏气的屏障设施,这个结论不符合实际,那么这些风去哪了?

4.2   传统计算方式下屏障设施调试的困扰:

在我们的实际操作经验中,项目经常出现以下情况:

洁净走廊压力调不到,把送风完全打开,排风完全关闭,压力还是上不去,达不到设计值;

污物走廊压力降不下去,把送风完全关闭,排风完全打开,压力还是降不下去,高于设计值。

这大大违背了我们的计算原则,理论与实际不符。

 

4.3  计算与现实不符的原因分析:

4.3.1  洁净走廊压力在关闭排风的情况下达不到设计值,说明洁净走廊真正所需的正压风量远远大于按照经验换气次数计算得到的正压风量,其正压风量甚至有可能大于按照换气次数算出来的送风量,所以压力达不到设计值。

 

4.3.2 污物走廊在送风关闭的情况下压力高于设计值,说明污物走廊在设计压力梯度下其排风量要远远大于其送风量,那么一个正压区域的排风大于送风,还符合逻辑吗?而且按照计算公式,正压风量成了变成了负值。

 


 

 

05

正压风量在计算过程中的真实存在 

 

5.1 正压风量的正与负:

按照本文4.3的分析,正压风量存在正负,“正”对应的应该就是压出,“负”对应的是压入,传统计算方式只考虑压出,不考虑压入,才是正压风量“消失”的真正原因。

5.2 正压风量存在的位置和量:

我们现在的屏障环境实验室,维护结构(墙、顶、地)在专业实验室公司的严格施工管理下,基本不存在漏风点。只有门是可研究的漏风点,因为门是活动的,不可能做到完全密封,所以我们的正压风量计算只针对于门即可。

现在的屏障设施早已普及了气密门,门在关闭状态下两侧、上部、下部可升降门槛,气密性很好。只有门的下部缝隙不能完全密封,暗式闭门器的安装位置和门禁插锁等缝隙忽略不计,我们只需针对“这条门缝”进行一下正压风量的缝隙法计算:

假设这是一扇单开门,这条门缝的长度是900mm,宽度为5mm,两侧房间的压差为20Pa。

 

正压风量V=0.9*0.005*3600*1.29*(20)^1/2=93.46 m³/h

 

为了计算方便,综合考虑开关插座等微小缝隙、每一扇门,我们都按照100 m³/h的正压风量计算。

5.3房间风量的计算

以某药检所屏障级三走廊小动物屏障设施为例。

 


 注:红色箭头方向为正压风量通过门的流向

 

5.3.1清洁走廊风量计算过程如下:

 

洁净换气次数计算送风量=65*20=1300m³/h

 

压出风量=20*100=2000m³/h,压入风量=0 m³/h

 

正压风量=2000-0=2000 m³/h

 

洁净走廊送风量=MAX{2000,1300}=2000 m³/h

 

洁净走廊正压风量=2000 m³/h

 

洁净走廊排风量=2000—2000=0 m³/h

 

计算结果分析:排风量为0,送风量等于正压风量,这也解释了为什么关闭排风的情况下,清洁走廊压力仍然低于设计值,基本吻合现场人员反应的调试情况。

 

5.3.2大鼠实验室风量计算过程如下:

 

洁净换气次数计算送风量=12*20=240m³/h

 

压出风量=100m³/h,

压入风量=100 m³/h

正压风量=100—100=0 m³/h。

 

大鼠实验室送风量=MAX{240,0}=240 m³/h

大鼠实验室正压风量=0 m³/h

大鼠实验室排风量=240 m³/h

 

计算结果分析:处于压力梯度中心的大鼠实验室,压入风量等于压出风量,正压风量为0,送风量等于排风量。

 

5.3.3污物走廊风量计算过程如下:

 

洁净换气次数计算送风量=57*20=1140m³/h

压出风量=100m³/h,

压入风量=900 m³/h

正压风量=100—900=—800 m³/h。

 

污物走廊送风量=MAX{1140,—800 }=1140 m³/h

 

污物走廊正压风量=—800 m³/h

污物走廊排风量=1140—(—800) m³/h=1940 m³/h

 

计算结果分析:处于压力梯度末端的污物走廊,大量的压入风量导致其送风量小于排风量,结合调试过程实际,基本吻合。

 

 

结论|CONCLUSION

综合上述分析和计算过程,正压风量在整个屏障系统的计算过程中起了举足轻重的作用,它就像一把钥匙一样左右着系统的风量平衡。它随压力梯度的方向在屏障系统中流动。正确的在计算中用好这把钥匙,重视其在计算过程中的作用,对提高设计质量,保障屏障设施建设调试成功及未来运行都具有十分重要的意义。

 

 
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