张 涛

(福州市建筑设计院有限责任公司 福建福州 350011)

0 引言

随着科学技术的不断进步，技术工艺推陈出新，高端制造业对生产环境的洁净度要求也不断提高，洁净厂房开始受到越来越多的人关注。洁净厂房在光电子元器件、制药、精密设备制造及科研等对生产环境有较高要求的行业中，有着相当广泛应用。在洁净厂房的设计中，电气设计是一个重要的环节。因此，必须重视洁净厂房电气设计工作，确保设计方案的合理和可靠。本文结合实例，对洁净厂房电气设计中的关键事项进行分析探讨，并总结有关设计经验，以供同行参考。

1 工程概况

该工程地上建筑分别为1#楼为高层丙类厂房建筑，2#楼为5层丙类厂房建筑，厂房主要从事光学元器件和光电模块生产。通讯机房、有线电视机房、消控兼安控中心均设置在1#楼一层，1#楼四层设置一个服务器机房，2#一层设置环网室和高低压变配电房，一～三层都设有空调机房。其中2#楼一层、二层部分区域设有洁净厂区。环网室、高低压变配电房和空调机房设置在非洁净区。2#楼一层洁净区域布置如图1所示。

图1 洁净厂房区域示意图

2 配电系统设计

该工程采用树干式与放射式相结合的配电方式。厂房内的普通生产动力用电，配电通过设置动力层箱及就地配电箱，根据工艺需要预留单相或三相插座。镀膜设备，工艺水系统、空压机系统是此洁净厂房内的主要工艺生产的设备，应保证这些大型动力设备的可靠供电，故采用配电房专用的供电回路供电。

洁净厂房的空气洁净度对产品质量影响巨大，如若出现停电或供电系统运行故障，整个洁净区域内空气会被污染。因此，按规范要求，净化空调系统由变电所专线直接供电。在实际工程设计时，净化空调系统的电源可按二级负荷要求供电，接引至市政用电和柴油发电机组互投后应急母线段，这种供电方式通常不会增加发电机容量和投资，却能大大提高净化空调供电的可靠性，确保洁净厂房净化空调系统持续、稳定运行。

洁净区里需要打开箱门操作的配电箱箱体，应选用不易堆积灰尘、方便擦拭、不易生锈的的双层面板结构。配电箱安装位置需要提前与建筑专业做好配合，满足暗装的要求，同时做好孔洞预留工作。线槽、桥架在洁净区外的吊顶内敷设，洁净区内的电气装置和线管应采取暗装，电气管线的管口以及电气设备与墙体接缝处，均需可靠密封，以免微粒物通过管路间隙渗到洁净区。

3 照明系统

洁净厂房通常是封闭环境，采光窗多被遮挡或面积小，无法自然采光，绝大程度上需要依靠人工照明。此外，洁净厂房内通常从事精细加工工作，需要良好稳定的照明环境。为了避免动力用电频繁启动引起电压波动，应保证照明电源的可靠性和稳定性，因此要求照明负荷与动力负荷分开回路，由变配电房专线供电。

洁净区内需选用满足相应洁净等级的照明灯具，灯具采用一体化整灯设计，吸顶安装或嵌入安装时灯具与顶面贴合。对于水平单向流基础型洁净室，可以采用如图2(a)超薄平滑流线形及隐藏式卡扣设计的LED洁净支架，或如图2(b)或超薄结构设计的LED洁净灯盘，可以有效防止空气紊流和灰尘堆积。对于垂直单向流专业型洁净室，可采用泪滴型流线外形设计的LED洁净支架，如图2(c)所示。

(a)(b)(c)

洁净厂房内一般照明的照度标准值如表1所示。其他辅助用房、净化室、走廊等非关键作业区域的照度标准值，一般为150lx～300lx[1]。

表1 部分工业建筑一般照明标准值及功率密度限值[2]

洁净厂房内需要设置备用照明，备用照明照度需要高于正常照明照度标准的10%，一旦正常照明因故障熄灭时，工作人员仍可以进行必要的操作或采取应急处理。工程中，可以将正常照明的一部分作为备用照明，作为备用照明的灯具自带蓄电池，连续供电时间大于30 min。

4 消防自动报警系统

洁净厂房内空间密闭，走道迂回曲折，人员疏散逃生和火情扑灭都存在困难，引发火灾后，若不能及时发现火情，烟火会沿着风管风道迅速蔓延扩散。洁净厂房内设备贵重，一旦发生火灾，损失严重，企业停产导致的损失和后期恢复生产需要极大的投入。火灾自动报警系统的设置，有利于尽早发现火情，防止火灾的进一步扩大，避免人身和财产的损失。该工程将消防控制室设置在洁净区外1#楼一层。

4.1 消防电话

除规范要求的变配电房、发电机房、消控室、空调机房、风机房及各类控制室需要设置消防专用电话，洁净区的入口处也需设置消防专用电话。当洁净区探测器报警后，消防控制室可通过电话及时了解现场的火灾情况，进行核实确认后，由消防控制室对消防风机、消防水泵等设备进行联动控制，有关部位的非消防电源也应由消控室手动切断。进行人工核实确认后再手动控制，是为了防止探测器误报而造成损失。

4.2 火灾报警探测器及消防报警设备

洁净厂房的生产层、风机房、空调机房等，均要设置火灾报警探测器。通常洁净厂房的吊顶高度都超过800 mm且有可燃物，在技术夹层内需增设报警探测器[3]。火灾报警探测器种类繁多，常用的有光电感烟探测器、感温探测器、火焰探测器。因此，在选择探测器时，应充分考虑洁净区的功能及房间的高度、面积、气流等情况，并应结合考虑火灾探测器自身特点，选择最适用该场所的火灾探测器[4]。

此外，点型激光感烟探测器是传统光电感烟火灾探测器的升级产品。空气通过采样孔进入激光腔，信号经处理后转换为烟雾浓度值，可以克服空气流动、环境干扰等外界影响，灵敏度是传统光电感烟火灾探测器10～50倍，能更早发出报警信号，安装调试方便。

对于洁净度要求高洁净厂房，可以使用吸气式感烟火灾探测器。吸气式感烟火灾探测器探测原理和点型激光感烟探测器相似，通过将被保护区域内的空气样本通过采样孔送入探测器，由探测器内部的激光探测装置对空气样本中的烟雾颗粒尺寸及浓度进行识别、测量和计算，探测到微量的烟雾，再根据烟雾浓度和预设的报警阈值，产生相应报警等级。吸气式感烟火灾探测器具有灵敏度高、探测范围广、发现火情早等特点。

洁净厂房布局复杂，可以在厂房内的楼梯口、走廊拐角处、应急逃生口等区域，适当增加火灾报警按钮和声光警报器的布置。消防应急广播的采用吸顶式安装，可以避免积尘。消火栓按钮的设置需与给排水专业配合，设置在消火栓箱内，尽量减少外露消防报警设备的数量。设备外表面应光滑平整、易清洁，与墙体、顶棚的接缝处，均需采取高性能橡胶垫进行密封处理。

4.3 预作用自动喷水灭火系统

洁净厂房内往往配备贵重仪器设备，通常采用预作用自动喷水灭火系统。湿式系统管网中平时充满水，若管网漏水，或喷头损坏，产生漏水和误喷，可能损坏洁净厂房内的设备仪器，且不便日常管理维护。干式喷水灭火系统控灭火速度慢，灭火效率低。预作用系统具备了前两种系统的优点，平时管网中充满低压气体，由气体管道压力开关、控制柜和空压机组成的自动充气装置维持充气气压值。当火灾发生时，探测器报警后，消防联动控制器控制阀门排气，在喷头动作前在管网中充满水，系统由干式转变为湿式喷水系统。

预作用自动喷水灭火系统应要火灾自动报警系统密切配合。有压气体管道压力开关应通过信号线连接至消防联动控制器。若喷头损坏火管道泄露，管内压力下降，当低于最小压力设定值时，压力开关将故障报警信号发至联动控制器，同时开启空压机进行补气。此时预作用装置电磁阀没有开启动作，所以管网中没有水。火灾发生时，感烟探测器探测到火情，消防联动控制器即打开管道末端排气阀前的电动阀和预作用阀组上的电磁阀，管网开始排气充水。一路水流推动水力警铃发出声报警信号，同时预作用阀组的压力开关动作直接启动消防水泵，压力开关给出信号关闭空压机；现场温度继续上升，喷头破裂开始动作喷水。预作用喷水系统控制原理图如图3所示。

图3 预作用系统控制原理图(充气单连锁)

5 静电防护与接地系统

该工程接地采用TN-S系统，系统接地、静电防护接地、建筑防雷接地采用联合接地方式，并采用等电位联结措施。洁净厂房的许多设备和仪器对静电敏感，静电将导致部分微小金属制品发生磁化现象，影响设备正常工作。此外，静电会引起尘埃吸附，污染室内无尘环境，严重影响产品质量。因此，防静电是一个非常重要的工作，接地可以有效消除静电，消除静电造成危害。实际工程中通常有综合接地和分散接地两种接地方式。当设备的功能接地要求分开设置时，应设作防止雷电反击处理，分开设置的防静电接地系统的接地体，应与防雷接地系统的接地体保持20 m以上的间距。防静电接地体单独设置，往往会增加造价投资，并增加施工难度。

该工程中接地设备保护接地和静电接地采用单独的接地线将其接引至共用的基础接地极，达到共用接地装置的目的，接地电阻值应小于1Ω[5]。洁净厂房内所有可能产生静电的生产设备和管道，均应保证其可靠接地。当雷击发生时，高压大电流从引下线上流过，产生强磁场，进而形成感应电流，为了防止雷电泄放电流对静电接地系统产生不利影响，防静电接地线应独立设置，不与防雷引下地线共用。竖井内离地0.3 m处设静电接地端子箱，生产区内设置车间静电接地端子箱，吊顶内安装，静电防护接地系统的干线采用WDZB-BYJ-450/750-120，由基础接地穿PC32管引出。并根据二装要求预留防静电地板接地点和设备静电接地端子盒，接地支线采用WDZB-BYJ-450/750-16，穿PC16管沿吊顶敷设。

6 结语

“十四五”期间，随着工业技术的转型升级，必将会建设大量洁净厂房。因此，洁净厂房的电气设计应得到足够的重视。此外，后期工艺设计会使洁净厂房设计更加综合和复杂，在条件允许情况下，应该为工艺设计预留设计条件，避免各项资源重复投入。本次研究重点围绕洁净厂房的配电、照明、火灾自动报警，以及静电防护接地等系统，对关键设计要点进行分析探讨，提出合理设计方案，希望能为以后的设计工作提供借鉴。