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摘要：因光学实验室仪器对洁净度要求很高，一般净化等级为千级，有些光学设备对温湿度、气流风速也很敏感，则实验室环境需做成恒温恒湿超净间。超高精度洁净间建设至关重要，也是空调系统设计的重点难点。
关键词：超净间；恒温恒湿；高精度；重点难点
1、引言
以上海某应用物理研究所高精密恒温恒湿洁净实验室项目为例，实验室建筑面积198平方，位于一楼，现场层高4.7米，主梁下高度3.9米，净高要求不小于2.5米，房间内设备散热功率约2kw。因温湿度波动会对光学设备造成变形、热胀冷缩、表面结露等现象，从而导致实验结果不准确；如洁净度不满足要求会使实验室设备表面附着尘埃粒子，容易形成衍射，影响光强度，从而导致实验质量受影响。所以暖通空调系统实现实验室内温湿度、洁净度和压差等的控制及精度要求极为重要，才能确保实验室研究、生产的顺利进行。本项目业主对实验室环境要求为温度22±0.1℃，湿度60±5%RH，洁净等级为千级。
2、项目特点与重点难点
超高精度洁净间作为本次的展开项目，与传统的民办项目有所区别，要具备较强的工艺效果，并且还要具备更加专业的技术参与其中。在此次项目中，主要包括了恒温恒湿干燥排风装置、冷冻水流装置、精密操控装置、电力装置、照明设备、机房内部精密系统等等，并且对于实验室内部湿度、温度、清洁度以及风的流速和周围音量都有很多的标准要求。
本项目的重点难点在于实现洁净间温度的精度要求和控制、控制气流风速，避免工作面风速太快，对实验设备产生影响、实现洁净间洁净度的要求。
针对项目的重难点，本方案采取以下措施：
一、温度精度控制
（1）采用大风量、小温差送风方式；
（2）通过恒温恒湿净化空调机组配置一套传感器，传感器放置于室内，测得数值反馈到机组，经过软件分析计算后控制机组的各功能部件进行温湿度控制，从而保证洁净间的精度在要求范围内。
二、洁净度控制
（1）暖通空调系统采用空调机组内初中效、末端房间的高效过滤器或FFU三级过滤，以保证进入净化实验室内的空气可以达到相关规范的洁净度要求；
（2）人、物流动后房间的自锁装置，可以更好的降低两门开启后产生的污染范围，减少了室内被室外环境污染概率；
（3）合理的压差设置，阻碍普通区域与实验室核心区域的交叉污染；
（4）合理设计换气次数，使得系统内部的空气不停在恒温恒湿净化空调机组与房间之间循环，空气得到充分过滤，使得空气洁净度达到设计要求；
（5）维护结构：墙体采用50mm岩棉夹心彩钢板，此类型钢板自身具备很多特性，例如保温效果好、隔音、防潮湿、干净整洁、不吸尘等等。超洁净实验室可以使用双层钢板吊顶，最上层选用厚为50毫米的岩棉夹芯板，下层选用60厘米见方，厚为0.8毫米的正方形微孔铝板，最后安装高效排风扇，确保地面可以环氧自流平。
三、气流控制
在围护结构保温密闭良好的条件下，温湿度精度要达到预期的效果，还需保证室内的气流组织均匀，本项目气流组织采用上送下侧回方式，此外，送风采用等距送风，在送风管布置时，尽量保证各送风口到机组出风口的位置相等，从而保证各个送风点在送风夹层内均匀布置。
3、本项目暖通空调方案设计思路
一、设计方案的确定
根据项目所处位置，室外计算参数按《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）中附录A室外空气计算参数（上海），以及本项目温湿度要求22±0.1℃，60±5%RH，通过焓湿图计算可得，露点温度为13.7摄氏度。
根据露点温度＞13℃，机组可选7/12℃常规冷冻水机组，同时因超净间保温密闭效果好，实验室内又有少量设备发热，所以在过渡季节甚至冬季依然会出现房间需要制冷的情况，所以冷冻水机组需要选用全年制冷工况的风冷热泵机组。恒温恒湿净化空调功能段应包含：新回风混合段、初中效过滤段、表冷段、二次回风段、电加热段、加湿段、送风段。
方案的设计过程主要分为：选择室外新鲜的空气进行回风过滤，最终将新鲜空气经过冷锻制冷、二次回风混合以及加温加湿传输到实验室内部。通过参照《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》其中的第七章第五节7.2所阐述的，规定室内空调温度允许上下浮动1摄氏度，并且要求在送风末尾处安装加热控制系统。
二、暖通空调设备参数的确定
1、对室内空气进行清洁要注意风量控制在以下标准内并取最大值：
A、补充室内排风量并且保持室内压强符合所需空气标准；B、确保室内空气可以给工作人员提供每小时每人次40立方米的新鲜空气量。
2、在对实验室内输入清洁空气时要符合以下三方面并取最大值：
A、符合空气清洁度并提供等标准的空气量，千级50到60次每小时，送风量保持在每小时29700立方米。B、通过观察热度和湿度的载荷量以及相关数据来确定实验室内部送风量，精准度保持在±0.1℃，送风温度不得低于2摄氏度，实验室内部负荷在26.7千瓦，送风量位于每小时40000立方米。C：按上条要求向洁净室内供给的新鲜空气量；
空调机组最终参数为，空调系统送风量取两者最大值40000m3/h，取漏风系数1.1，换气次数达80次/h；因洁净间日常工作人员7~8人，维持室内微正压新风量取1~1.5次/h换气次数，新风量取700m3/h；因循环风量较大，送风温差
空调机组设计为24h运转，新风量需保证洁净室内每人每小时的新鲜空气量不小于40m3及维持室内微正压所需新鲜空气量，则新风量取600CMH，因循环风量较大，送风温差小，本设计中采用二次回风系统，一次回风仅有10000m3/h风量与新风混合经过空调机组表冷盘处理，这样空调机组承担的冷量和型号都会小很多，制冷量需52kw，这样通过一次回风量来解决温湿度的要求，二次回风量来满足再热和洁净度要求，大大降低了能耗，加湿量根据新风量计算配置加湿量为8kg/h的加湿器。
（3）空调冷热源：因恒温恒湿洁净间保温密闭效果比较好，室内又有少量发热设备，因此在过渡季节可能也需要制冷，因此需要选配全年制冷型风冷热泵机组，供回水温度为7/12℃，选用一台约克YVAE065XRME制冷量58.5kw，制热量60kw。
（4）1T承压保温缓冲水箱：水路系统出水端设置一台1T承压保温缓冲水箱，对于工艺性空调缓冲水箱的作用可保证出水的温度精度在≤0.5℃以内，除了保证压缩机最小运行时间，还需保证压缩机停机时间，确保系统的稳定性。
设置承压保温缓冲水箱的作用还有以下几点：
A、避免主机频繁启停：因环路中的循环水量有限，如果没有缓冲水箱，就会引起主机在短时间内达到设计温度，主机就会停止工作，然后又会在短时间达到主机启动条件，则频繁启停就会减少主机使用寿命和浪费电能，所以，设置缓冲水箱可以提高主机使用寿命和节能；B、可高效除霜：在严冬时，主机结霜很明显，有水箱有一定温度水可在短时间内完成化霜；C、有缓冲水箱可保障水流通畅，能完成自动排气和排污作用；
三、气流组织形式
此次项目使用的气流系统主要为上送测下回的输送方式，上层吊顶使用双层钢板，最上层使用厚度为50毫米的岩棉夹芯板，并安装高效排风口在钢板上部，中间作为静压夹层，下层吊顶采用600*600mm*0.8mm方形微孔铝板送风，这种方案能够极大的减小送风风速，使送风气流风速更均匀稳定，超净间里光学设备不会受到气流的影响，实验室使用效果更好。
结束语
在超洁净实验室中，暖通专业技术作为主要的领导方向，并且在设计中要时刻确保方案的可实施性，可以正常的使用在超洁净实验室中。在开始使用前，要确保恒温恒湿洁净间的精准度，并尽可能的排除影响因素。例如，在开工前与业主进行交流，使其了解实验室对周围环境的要求，并保证实验室内部工作人员量和实验室内部设备自身产热量。在整体的设计方案中，要重点考虑工艺的设计、保养位置、放电装置和照明系统等等，确保外加设备对实验室内部空气不造成影响，并且可以正常辅助实验室进行后期工作，要重点排查实验室内部环境系统，确保之后可以正常使用。
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