刘静晓高向荣耿云晓（. 上海净邦建筑工程有限公司，上海 00；. 兰州生物制品研究所有限责任公司，兰州 70046；. 中国电子系统工程第四建设有限公司，上海 00050）



高效过滤器过滤效率与换气次数对乱流洁净室洁净度的影响

刘静晓1高向荣2耿云晓3
（1. 上海净邦建筑工程有限公司，上海 200331；2. 兰州生物制品研究所有限责任公司，兰州 730046；3. 中国电子系统工程第四建设有限公司，上海 200050）

摘 要对某口服固体制剂车间换气次数不足导致洁净度不能满足要求的问题，经分析提出解决问题的办法并进行处理，然后根据此问题做专门实验，测出了不同的过滤效率和不同的换气次数条件下的粒子数，通过与理论计算数值的比较分析，得出测试结论和推断，为以后的设计、选型、施工提出建议和应注意问题。

关键词过滤效率；换气次数；洁净度

空气净化技术是创造空气洁净环境，保证和提高产品质量的一项综合性技术。主要是应用初效、中效和高效滤过器，将空气中的微粒滤除，得到洁净空气，通过与原有室内空气混合将其周围带有微粒的空气带走，从而达到空气洁净的目的[1]。洁净室建成并投入运行后，主要的产尘源是厂房内部的人员和设备，而要保持洁净度，就需要通过不断地过滤将产生的灰尘过滤掉，而对于同体积的房间，送风量越大，则对应的换气次数越高，洁净度也就越高，同时，过滤器的选择也会影响到洁净度，过滤效率越高，则洁净度也越高。这里就涉及到了一个过滤次数和过滤效率共同作用的问题。

1 过滤效率及换气次数对洁净室洁净度影响问题的提出

某生产车间位于兰州市某郊县，为固体口服制剂车间，设计房间洁净度多为D级，换气次数按18次设计，初、中、高效过滤器分别为G4、F8、H13，在建成调试后进行风量和洁净度测试时发现，空调机组出风量未达到设计要求，只为要求风量的83 %，加上系统漏损，实际房间送风量折换换气次数多在12 ~ 15次之间，个别房间洁净度不能满足要求。因空调机组生产周期较长，且设备厂家推诿，无法从总送风量上进行处理，于是专门组织技术力量对此问题进行了分析、解决。

2 现场情况调查及问题解决

现场小于12 m2的房间设三个采样点，大于12 m2的房间内取采样点中有代表性三个采样点的作为代表采样点[2]，未合格房间送回风口及测点布置分别如图1、图2（○为特征采样点，□为非特征采样点），对应换气次数及测试结果如表1（不合格房间粒子数）。

从表1分析可看出：男二更换气次数不足，导致最后测得的尘埃粒子数（0.5 μm）超标，平均超标11.7 %；粉碎混合有一点符合要求，另两点稍有超过，但所超不多；沸腾干燥与粉碎混合基本相同；工器具存放两点粒子数很少，符合正常D级洁净区测得粒子数，一点有些许超过。

根据四个房间不同的特点，提出了不同的解决办法，对男二更来说，明显是换气次数低造成的，应该是属于系统末端，风量不足，可采用导流板导风措施；对粉碎混合和沸腾干燥，因房间体积较大，导流效果不明显，且超过不多，大家建议通过更换高级别过滤器，即H14来满足洁净要求；工器具存放房间狭长，怀疑为气流组织不好导致，因高效位置无法移动，所以拟采取增加一个回风，来平衡气流组织。

表1 不合格房间粒子数Tab. 1 Number of qualified room particles

图1 男二更、工具箱存放间风口平面布置Fig. 1 Arrangement of the outlet plane of male two more & working apparatus

图2 粉碎混合间、沸腾干燥间风口平面布置Fig. 2 Outlet plane layout of mixed air & boiling dry

按不同解决办法处理后，沸腾干燥、粉碎混合、工器具存放都达到了要求，其中沸腾干燥、粉碎混合的粒子数在允许范围内，工器具存放在尘埃数很少，但男二更导流效果不明显，增加风量后勉强达到236 m3/h，两点符合要求，一点稍有超标，再次更换高效滤芯为H14后合格。

3 模拟模型的建立和计算处理

我们知道洁净度就是围绕灰尘问题的技术，而洁净室内的人员和物品是产尘的主要原因，要维持洁净度，就需要通过换气不断地将产生的尘埃高效去除掉[3]，那么换气次数、高效过滤效率、洁净度之间的相互影响是怎样的呢？洁净度符合要求后，我们根据厂房情况，做了风量、过滤效率对洁净度影响的试验。

在空调机房中新建了三间2.5 m×2.5 m×2.5 m的洁净间，从空调主风管引风，每支支管设置调节阀，并设排风机进行全排，送回风口及测点布置分别如图3（每点取样三次，取平均值）。考虑到初中效过滤器对最后洁净度的影响和最后理论尘埃数量计算的方便，试验用初中效继续分别为G4、F8，三个房间分别安装高效过滤器，风量500 m3/h，第一组数据为送风量按GMP验证指南推荐换气次数保持不变，分别用H12、H13、H14、U15过滤器，第二组数据为采用H13高效过滤器，调节风量；第三组数据为采用H14高效过滤器，调节风量，分别测得尘埃粒子数，并列表得出不同的换气次数下对应的尘埃数如表2、表3、表4。

图3 测试房间风口平面布置Fig. 3 Test room outlet layout plan

表2 风量保持不变时不同过滤效率下的粒子数Tab. 2 The number of particles in different filtration efficiency at constant air flow rate

表3 安装H13过滤器时不同换气次数下的粒子数Tab. 3 The number of particles in different ventilation times when installing H13 filter

表4 安装H14过滤器时不同换气次数下的粒子数Tab. 4 The number of particles in different ventilation times when installing H14 filter

在已知换气次数的前提下，求室内含尘浓度k按式（1） （2） （3） （4）计算：

式中 n1— 已知的换气次数（次/ h）；

B — 尘埃在空气中不均匀系数的修正值；

ni— 室内含尘浓度的理论值（粒/ L）；

图4 固定换气次数下不同高效过滤器对应的尘埃数Fig. 4 The number of dust in different high efficiency filters under fixed exchange rate

图5 H 13高效过滤器不同换气次数下对应的尘埃数Fig .5 H 13， the number of dust in the different air exchange rate of the high efficiency filter

图6 H 14高效过滤器不同换气次数下对应的尘埃数Fig. 6 H 14， the number of dust in the different air exchange rate of the high efficiency filter

ax— 过滤器的总效率。在本实验中为G4、F8和末端高效三个一起的效率，在公式（4）中：

am— 末端高效过滤器效率；

ac— 初效过滤器效率对大于等于0.5 µm粒子去除效率，对于玻璃纤维过滤器可取10 %~20%，一般取15 %；

az— 中效过滤器对大于等于0.5 µm粒子去除效率，可取40 %~50 %，一般可取40 %；

Mn— 大气含尘浓度，工业城市内Mn= 3×105个/ L，工业城市郊区Mn= 2×105个/ L，非工业城市或农村Mn= 1×105个/ L；

q — 室内人员密度（个/ m2）。

根据上述公式，取Mn为（3×105）个/ L，室内人员2人，按试验换气次数计算可知，在换气次数为15次的第一组试验中，理论计算尘埃粒子数目应为（5.52×105~ 5.62×105） pc/ m3，远低于实验数据测得的粒子数据。经分析认为个原因是未做缓冲间，从测点三得粒子数远大于另两点可知因为有室外粒子进入房间所致。

在应用H13过滤器的第二组试验中，理论计算尘埃粒子数目应为（3.28×105-8.42×105） pc/ m3；在应用H14过滤器的第三组试验中，理论计算尘埃粒子数目应为（3.23×105~ 6.35×105） pc/ m3，由实验数据和理论数据分析可已得出如下结论：

（1）相同换气次数、相同过滤效率下，实验房间测得数据大于实际运行房间数据，分析可知原因，因为房间没有缓冲间，而是直接与外界相连通，所以说明缓冲的设置是很有必要的。

（2）过滤效率会对洁净度产生影响，但H14相对于H13过滤效率提高并不多。

（3）高级别过滤器过滤效率对尘埃粒子浓度有影响，但是影响有限，明显没有换气次数影响大。用提高过滤效率的方法来降低换气次数、送风量是相当不可取的。

4 实际应用

洁净室是在实际的工程中有较多应用，无论药厂、电子厂、医院手术室还是航空陀螺仪生产，所有需要控尘的地方都要用，而由于设备厂家、设计、施工单位等种种原因，经常会出现最终送风量无法满足要求的情况，在更换皮带轮做超频运行还不能满足送风量的情况下，如果现场测出数据与实际要求相差很少，可考虑更换高等级的高效过滤器。

提醒厂家和设计单位，在做洁净室设计和空调机组选型时，一定要保证足够的换气次数并选择合适的风机、高效过滤器，施工单位则需要尽量控制漏风率，使空调送风能够送到室内。

5 结束语

“提高过滤效率以降低换气次数”，是个十分可怕的念头。只有当现场已成既成事实且无法改变时，可作为临时的补救措施，但关键还是要从源头上，从送风量、换气次数上去满足要求，洁净室主要尘源是人和设备，相比之下，经高效过滤器进入室内的粉尘量要少得多。尤其是三级过滤器配置齐全，高效选用没有问题的情况下，更换更高一级过滤器对洁净度并没有太大影响。

参考文献

[1]许钟麟. 洁净室设计[M]. 北京：地震出版社出版社，1994.

[2]中华人民共和国建设部.通风与空调工程施工质量验收规范[S].

[3]许钟麟. 药厂洁净室设计、运行与GMP认证[M].上海：同济大学出版社，2002.

Effects of Filtering Efficiency and Air Changing Number of High Efficient Filter to Cleanness of Turbulent Clean Room

Liu Jingxiao1, Gao Xiangrong2, Geng Yunxiao3
（1. Shanghai Net State Construction Engineering Co., Ltd, Shanghai 200331; 2. Lanzhou Institute of Biological Products Co., Ltd, Lanzhou 730046; 3. China Electronics System Engineering, The Fourth Construction Co., Ltd, Shanghai 200050）

Abstract:The problem that cleanliness cannot reach the requirement due to insufficient air exchange existed in oral solid preparation workshop. The cause was analyzed in this article and the treating method was proposed. The specific experiment was then carried out so as to measure particle number under the conditions of different filtering efficiency and different number of air exchange. By comparing the results from experiment and theory, the conclusion of the experiment was obtained, based on which some proposals were presented for the design and construction later.

Keywords:filtering efficiency; number of air exchange; cleanliness

作者简介：刘静晓（1979—），男，高级工程师，主要从事化工与医药给排水工程设计和项目管理工作。

收稿日期：2015-07-02

中图分类号：TQ 051.8+5

文献标识码：A

文章编号：2095-817X（2016）01-0034-000