CFD優化ISO5級（百級）潔凈室

1 引言

　　[url=http://www.iwuchen.com/]潔凈室[/url]空調系統經典的方案是采用*空調和三級過濾器集中送風，通過大型風道將已經處理的空氣送至過濾器的接聯管道，然后經高效空氣過濾器（HEPA Filter）或者超高效空氣過濾器（ULPA Filter）送到潔凈室。而另一種方案是采用室內循環風就地冷卻，利用干冷卻盤管解決新風不能提供全部冷負荷的問題，同時利用風機過濾器單元來進行空氣循環。每種方式各有一定的適用范圍，風機過濾器單元（FFU）因其靈活性大,即可通過置換盲板來提高局部區域的潔凈度、占用空間較少等優點得到越來越多的應用，尤其適合于舊廠房的改造及技術更新較快的工程。雖然FFU系統成本較高，而從綜合投資角度，分析認為采用FFU方式在末端過濾器鋪設率為25%-30%時較為有利【1】。

　　ISO5級（百級）潔凈室屬于潔凈室用暖通空調系統耗能大戶，通常采用吊頂滿布高效過濾器的送風方式，運行能耗較大。有關潔凈室運行費用的文獻指出，在某些歐洲國家，能源消耗的費用已占潔凈室運行、維護年度總費用的65%～75%【2】，其主要影響因素是潔凈室的空氣流量和采暖通風空調系統如何有效地向潔凈室分布經過凈化和溫濕度調節的空氣，所以在保證潔凈污染控制的條件下，合理選擇送風速度，布置末端過濾器、回風口、減少送風量以便節能是人們關注的焦點。

　　另外國外對一些ISO5級潔凈室實測數據表明，大部分換氣次數遠低于建議的下限值【2】，而在設計中存在系統風量過大的傾向，這可能與對氣流缺乏了解，擔心系統運行可靠性的保守思想有關，說明提高節省能源的機會確實存在。隨著計算流體動力學（CFD）技術自身的發展，已廣泛應用于暖通空調和潔凈室等工程領域，通過計算機求解流體所遵循的控制方程，可以獲得流動區域的流速、溫度、濃度等物理量的詳細分布情況，是一種較好的優化設計工具。其優勢在于利用CFD技術對設計方案進行模擬可以在施工前發現失誤并及時更正，避免經濟損失;可以迅速發現提高系統運行效率的可能性;另外，通過模擬可以得到一系列運行的備選方案，以便在尋找方案時有所依據。

　　本文利用CFD軟件，對擬采用FFU凈化空調系統的某微電子潔凈廠房的ISO5級潔凈室進行計算機模擬，通過幾個設計方案相比較，利用所得到的速度場，分析評價其性能，利用理論計算驗證其平衡態的潔凈度，并提出一些應用中的注意事項，為實際工程應用提供參考。

　　2 數值模擬及分析

　　2.1 數學模型

　　從流動的雷諾數Re來考慮，潔凈室的氣流均為紊流【3】，空氣的流動滿足連續性方程，動量方程和能量方程。對于工程問題，我們不需要關心紊流的精細結構及其瞬時變化，而只關心紊流隨機變量的有關平均值，因此，本文采用數值計算三類方法中雷諾時均方程中的紊流粘性系數法，流動模型采用暖通空調廣泛采用的標準k-ε二方程模型，k-ε模型通過求解紊流動能與紊流動能耗散率的輸運方程得到紊流粘性系數。

　　控制方程的通用形式為【4】：

　　式中：ρ為空氣密度（kg/m3），V為氣流速度矢量（m/s），Γφ，eff為有效擴散系數（kg/ms）， Sφ是源項，Φ代表1，u, v, w, k,ε中的一項，u, v, w為三個方向的速度分量（m/s），k為紊流動能（m2/s2），ε為紊流動能耗散率（m2/s3），Φ=1時通用方程變為連續性方程。

　　邊界條件：墻體邊界設為無滑移邊界條件。送風邊界條件，送風速度取過濾器面風速平均值，速度方向豎直向下。回風邊界條件，回風口滿足充分發展段紊流出口模型。由于室內熱負荷較小，不考慮溫度浮升效應對氣流的影響。采用混合迎風差分格式對偏微分方程進行離散，基于有限容積法的SIMPLEST算法進行求解。

 
4.1.2.4管線隱蔽工程應在管線施工完成并進行試壓驗收后進行。管線穿墻，穿吊頂處的洞口周圍應修補平齊、嚴密、清潔，并用密封材料嵌縫。隱蔽工程的檢修周邊也應粘貼密封墊。 
4.1.2.5潔凈室地面墊層下應鋪設防水薄膜作為防潮層，接頭處用膠帶粘牢；混凝土澆鑄時分倉線不宜通過潔凈室。
4.1.2.6潔凈室建筑裝飾施工過程中的發塵量要予以控制，并隨時清掃，特別是對隱蔽空間，如夾層等尤應引起重視，并做好清掃記錄。
4.1.2.7對已完成的裝飾工程的表面應嚴加保護，不得因撞擊、敲打、踩踏、多水作業等造成板材凹陷、暗裂和表面裝飾的污染。
4.1.2.8不能在已安裝高效過濾器的房間進行產粉塵的作業。
4.1.2.9 [url=http://www.fenglinji.com/]風淋室[/url]臨時設置的設備入口不用時應封閉，防止塵土雜物進入。
4.1.2.10裝配潔凈室應在裝飾工程完成后再行安裝。安裝前室內空間必須*清潔、無積塵。所有構配件應在潔凈環境中開箱啟封，開箱后應存放在清潔干燥的環境中。并應平整放置在防潮膜上。裝配安裝后縫隙須用密封膠密封。
4.1        空氣凈化系統的施工要求。
4.2.1  空氣凈化系統的施工安裝應嚴格按施工程序進行。
4.2.3  應采用不易脫落纖維的材料擦拭空氣凈化系統的內表面，清潔后方可安裝。
4.2.4  空氣凈化系統風管安裝后，在保溫前應進行漏風檢查。
4.2.5  高效過濾器的送風口在安裝前應清洗干凈，高效過濾器安裝時，必須對潔凈室及技術夾層進行全部清潔。達到清潔要求后，凈化系統必須連續運轉12小時以上，并進行再次清潔，然后立即安裝高效過濾器。
4.2.5  [url=http://www.songfengkou.com/]高效空調過濾器[/url]在安裝前，應在安裝現場按要求逐次進行外觀檢查，然后進行檢漏。經檢漏合格后應立即安裝。
4.2.6  空氣凈化設備的安裝，如空氣吹淋室、凈化工作臺、空氣自凈器等，應在潔凈室內部裝修和空氣凈化系統安裝完成并全面清潔后進行。  
4.2        水、電系統的施工要求 
4.3.1  供應水的管道應采用不銹鋼管道，安裝時應符合設計要求。管道系統運轉前應進行強度試驗，合格后必須進行清洗。清洗后的水質應符合設計要求。
4.3.2  潔凈室內的地漏或排水漏斗安裝后必須封閉。
4.3.3  潔凈室內的電器插座，一般采用暗裝，開關應防水。
5              施工后驗收 
5.1        總組織專業驗收小組進行全面驗收，并提出書面意見。
5.2        驗收標準按設計圖與驗收要求進行。

參考鏈接：
手術室凈化工程：http://www.iwuchen.com/6/
潔凈室等級標準：http://www.iwuchen.com/news-2/
潔凈室檢測標準：http://www.iwuchen.com/news-3/
無塵廠房設計規范：http://www.iwuchen.com/news-4/
無塵車間管理制度：http://www.iwuchen.com/news-5/
潔凈室換氣次數標準：http://www.iwuchen.com/a-95/
潔凈室施工方案：http://www.iwuchen.com/modpic-11/