空氣凈化系統(tǒng)末端分布裝置的探討

空氣凈化系統(tǒng)末端分布裝置中，高效過濾器的堵漏是一項十分困難的工作，而且實施的工作量很大。所謂堵漏是指高效過濾器安裝后，要逐一經過檢測，發(fā)現(xiàn)高效過濾器本身及其安裝的泄漏所在，以便及時采取補救措施。這里提及的泄漏是指明顯的“漏"，它要比過濾器本身穿透率的量級高幾倍甚至幾十倍。滲漏并不是指由于過濾器明顯的外形缺陷所造成的泄漏，而是指過濾器在制作、運輸和安裝過程中產生的肉眼難以發(fā)現(xiàn)的微孔和縫隙。因為高效過濾器本身的阻力很高，在其兩側很大的壓力差的作用下，極易產生滲漏問題。
1、高效過濾器的滲漏問題
高效過濾器的滲漏成為高級別潔凈室失敗的關鍵。盡管有關的空氣過濾器的標準與潔凈室設計、施工和驗收規(guī)范對過濾器的泄漏作了詳細的規(guī)定，但是空氣過濾器在制作、運輸和安裝過程中，總不斷有機會造成過濾器的濾材、框架及安裝接合面的滲漏，例如：
（1）過濾器的生產過程。從玻璃纖維、濾料到過濾器生產，均會導致最終過濾器穿透率的變化。如玻璃纖維線徑的偏差，濾料的不均勻性，過濾器制作過程中濾料折疊損傷，操作擦傷，濾料與封膠的結合紕漏以及受熱脹冷縮的影響，都會涉及過濾器的性能。高效過濾器成品的效率總是低于所采用的濾材的效率，這就說明在制作過程中存在著不可避免的滲漏。
（2）過濾器的運輸過程。高效過濾器標準特意對存放、包裝和運輸作出特別的規(guī)定。在存放、包裝和運輸過程中人員接觸過濾器的機會多，隨時有可能出現(xiàn)碰撞或跌落；也有可能出現(xiàn)不合理的堆放及存放過程中環(huán)境溫濕度過高或變化過大，都可能造成高效過濾器的滲漏。所以潔凈室設計、施工和驗收規(guī)范強調在高效過濾器安裝前必須進行檢漏。
（3 ）過濾器的安裝過程。為保證高效過濾器與框架間的安裝合面的密封，總結出很多有效的密封技術措施。如靠機械擠壓接合面間的彈性密封墊的固體密封；利用液體密封膠的表面粘著式密封；采用不干的非牛頓液體的油槽密封；使安裝接合面始終保持低于室內壓力的負壓密封；封導結合的雙環(huán)密封等，都是采用不讓微粒泄漏出來的措施。盡管這些措施對宏觀上的泄漏十分有效，但從微觀上講，對非常嚴格密封的框架部分滲漏還是難免的。尤其是框架較薄，過濾器四角的壓緊螺栓擰緊程度略有不同，也會產生細微裂縫。由于一旦滲漏，就難以止漏，所以無論國內還是國外的規(guī)范、標準，也只能作出安裝過程中高效過濾器允許滲漏范圍。在以上三條可能產生的滲漏途徑中，高效過濾器生產過程中的問題，可以通過事先的檢漏、堵漏、篩選來保證出廠高效過濾器的質量。其它兩個過程隨意性較大，尤其是安裝過程不易控制。
2、“阻漏"概念的提出
既然滲漏是難免的，由于種種原因即使某臺高效過濾器超過允許滲漏范圍，是否就導致整個潔凈室不合格呢？對于潔凈室，重點是應該室內工作區(qū)是否達到潔凈度的要求。這對低級別的亂流潔凈室來說也許問題不大，這是因為低級別的潔凈室室內的含塵濃度的基準本來就很高，而且室內氣流混摻、稀釋性能好。即使某個高效送風口的滲漏，在到達工作區(qū)之前可能已與室內氣流充分混合，濃度也可能已降低到室內所要求的濃度以下。但對單向流潔凈室來說，潔凈室室內的含塵濃度的基準很低，滲漏尤為關鍵，是潔凈室失效的一個重要隱患。在全室良好的單向流的氣流中，由于其平行的流線、單一的流向和均勻的流速，送風口某處高濃度的滲漏是以射流形式進入室內，可直接影響到工作區(qū)，單向流潔凈室的高效過濾器的檢漏至關重要。因此滿布在頂棚或隔墻上的高效過濾器，必須比普通亂流潔凈室的高效送風口的檢漏要求高，否則一處局部的滲漏會導致整個送風面的失效。
那么變換一下思路，既然亂流氣流可以通過混合、稀釋來消除高效過濾器的局部滲漏，為什么單向流氣流就不行？可設想經高效過濾器過濾后的潔凈氣流在進入潔凈室前，先到達由具有過濾作用的勻阻層構成的靜壓腔內，即使高效過濾器的局部滲漏已超過允許的范圍，由于在靜壓腔充分混合、稀釋后，以大大降低了的濃度，再形成單向流進入室內。這樣對于整個高效過濾器送風面來說，也許遠遠低于其總的允許范圍，同樣可形成合格的單向流氣流。也就是說，如果從總的效果來看，使原來局部的“漏"變成了整體的“不漏"，這個勻阻層客觀上起到了阻擋滲漏的作用。這個“阻漏"概念的提出，改變了過去防止高效過濾器泄漏而采用的單純的“堵"的防漏做法。
3、阻漏的結構形式
阻漏的結構形式主要由靜壓箱和阻漏層構成，成為空氣分布部分，設置在室內；送風箱由高效過濾器和風機組成，成為送風部分，設置在室外或靜壓箱外；兩者用普通風管或軟管連接。要找到阻漏的最佳結構形式，應從靜壓箱和阻漏層入手。
（1）靜壓箱結構的影響
靜壓箱是阻漏結構形式的一個關鍵的部件。對“阻漏"來說，其作用不僅在于將動壓轉化為靜壓，起均壓作用，而且主要還起混風作用，即經過濾后的氣流在箱內充分混合，降低濃度。因此靜壓箱結構并不盲目要求加大其高度和出口阻力，而是采用一些措施，如在進風口設置氣流均布器、混風板、雙面進風口、出風整流裝置等，既有利于改善箱內靜壓分布、有效降低靜壓箱的高度，也可保證箱內氣流混合。
（2）阻漏層形成的影響
阻漏層的影響主要從阻力和過濾效率兩方面考慮，這也涉及阻漏層材料的選擇與安裝。若從阻尼層的角度講，要求構成靜壓腔的材料阻力大而均勻，對其過濾效率沒有要求。而阻漏層的功能不同于阻尼層，對它的要求也自然不同。阻漏層的主要功能是使氣流在靜壓腔內充分混合，阻力要求不高。阻力大當然對均流有好處，但過大增加了系統(tǒng)的阻力反而不合算。因此阻漏層的阻力要適中，不應大于50Pa。
阻漏層是否需要一定的過濾效率？多大的過濾效率才合適？一般來說，盡管腔內的氣流經混合后的濃度相對來說較低，但是還是有一定的幾率進入工作區(qū)。因此構成靜壓腔的材料應該要求具有一定的過濾效率，但并不要求與系統(tǒng)的末級過濾器效率相當。經理論分析和試驗，選用亞高效濾料作為阻漏材料最為合適。另外，若阻漏層不具有一定的過濾效率，如同阻尼層一樣，根據(jù)國內運行經驗，凈化系統(tǒng)停機后污染空氣易倒灌。靜壓箱積塵尤其是阻尼層本身積塵對室內潔凈度影響很大，難于清除，如用亞高效過濾器構成阻漏層，就可以輕易的避免這些弊病。
由于是阻漏的概念，而不是堵漏，使得對構成靜壓腔的亞高效阻漏層的安裝要求大大下降。據(jù)實際檢測，亞高效過濾器僅僅靠重力擱置在框架上就*符合了阻漏的要求，這樣就大大簡化了框架結構。
為了進一步改善出口氣流速度分布均勻性和出口氣流平行度，還可以在出口阻漏層后再設置整流裝置。如將亞高效阻漏層與整流裝置組合在一起，以提高單向流的質量。構成阻漏層的亞高效過濾器，可以是管式、折繞式或折疊式；構成孔板的孔洞形狀、大小和開孔率等，可以根據(jù)氣流、阻力和外觀要求進行選擇；靜壓箱和框架也可由需要而變化；總之結構的組合形式是多樣的。
4、討論
（1）阻漏結構有利于提高單向流質量
要提高單向流氣流的質量，除了在上述靜壓箱和阻漏層方面采取一些技術措施外，還需要：1）擴大在送風面上過濾器的滿布比；2）減少安裝框架的影響。
對于傳統(tǒng)的滿布高效過濾器的頂棚或隔墻來說，這些都需要經過較大的努力才能實現(xiàn)。對于阻漏層來說，卻可以十分輕易實現(xiàn)。由于送風面上布置的是阻漏層而不是高效過濾器，阻漏層很輕，邊框較窄，又不需要固定，安裝框架可以做得很纖巧，框架間距也可以做得大一些。能有效的提高過濾器的滿布率，整個末端裝置可以做得很輕巧。安裝框架可采用鋁型材，這樣楔型、流線型或帶燈管的框架等都能很容易實現(xiàn)，大大減少了安裝框架對單向流的影響。
（2）阻漏結構使系統(tǒng)更靈活、有效
工藝對系統(tǒng)的靈活性要求很高，作為空氣凈化系統(tǒng)末端分布裝置還要求：1）單向流的末端分布裝置的尺寸和形狀能滿足工藝要求；2）送風口和單向流區(qū)域可隨工藝變更作相應的變化；3）送風口的高低可隨工藝需要任意調節(jié)。
由于送風面上布置的是阻漏層，末端送風裝置無需受高效過濾器的尺寸及其排列組合形狀的約束，阻漏層可以做成任意形狀，以最佳尺寸滿足工藝需要，使送風面設計更經濟、有效。由于阻漏層很薄，阻力很低，箱體承壓很小，對嚴密性要求不高，因此整個裝置可以做得很輕巧，特別適合層高較低的潔凈室。室內阻漏層箱體與高效過濾送風箱之間可采用軟管連接。根據(jù)工藝需要，可以方便的變化送風口位置，允許作任意的水平移動。另外送風口也可作上下移動，任意調節(jié)風口的高低，有效保證區(qū)內潔凈度，尤其適用于帶狀潔凈區(qū)。在大空間的潔凈廠房，整個頂棚可以做成一個靜壓箱，底面為龍骨結構。在不需要送風的地方設置盲板，需要送風的地方設置阻漏層。如工藝變更，只需要變化盲板和阻漏層的位置，就可以極為方便的實現(xiàn)送風口和單向流區(qū)域相應的變化。這些功能對傳統(tǒng)的末端裝置來說，是難于實現(xiàn)的。
對于亂流潔凈室，為了有利于送風管路阻力平衡，最簡易的方法是使各送風口的高效過濾器阻力相當。這會引起在不同潔凈室中送風量與送風面積之間的矛盾。如低級別、小房間的送風口的實際風量會遠小于高效過濾器的額定風量；高級別、大房間的送風口則會接近其額定風量，系統(tǒng)阻力難以平衡。采用“阻漏層"方法，可使系統(tǒng)中各高效過濾器均接近其額定風量。小房間可共用一個高效過濾器，大房間可變化阻漏層的面積，極其方便的平衡系統(tǒng)的阻力。此外用“阻漏層"方法還可以實現(xiàn)送風口最佳排列，也很容易形成帶狀送風口或幅流送風口。室內氣流更經濟、有效，又能防止污染空氣倒灌。
（3）阻漏結構降低造價，簡化施工，方便檢漏
如上所述，對單向流潔凈室中頂棚的高效過濾器不僅僅要求它有過濾作用，而且還要有均流作用和防漏作用。這三個作用的“耦合"，必須要求在那么大面積上各高效過濾器同時滿足三方面的需要。因此，施工和驗收規(guī)范中對用作頂棚或隔墻的高效過濾器，不但有過濾效率要求，還有對高效過濾器的初阻力要求。要求各個過濾器的初阻力與全部過濾器的平均初阻力之差小于5%。并且為防止高效過濾器在安裝框架上可能產生的泄漏，各種標準或規(guī)范都有嚴格、詳細的規(guī)定。如此高的要求，而實際運行時通過頂棚高效過濾器的風量又只是它的額定風量的1/3，利用率不高，難于降低其造價。增加阻漏層并不一定就意味著增加造價，因為對于室內氣流要求高的場所，高效過濾器頂棚的均流作用就不夠了，不得不再添加阻尼層進一步起均流作用，也增加了造價。即使有的不需要阻尼層，也需要網(wǎng)板作為高效過濾器頂棚的保護層。用阻漏層替代阻尼層和保護層，其造價不會高多少。高效過濾器可以安裝在頂棚靜壓箱的側面或直接安裝在鄰近的機房內，僅起過濾作用，不起均流作用，與過濾器的初阻力差異無關。由于可以直接采用其額定風量而大大減少了過濾器的臺數(shù)。另外，采用了亞高效過濾器作阻漏層，不需要在阻漏層與框架間堵漏；阻漏層具有一定的阻力，實際上也起了均流作用。日常維修或更換高效過濾器不必進入室內，這對無菌要求很高的潔凈室來說尤為重要。因此阻漏這種概念，降低了造價，簡化了施工，方便了檢漏。
用潔凈室手術室為例來說明“阻漏"這一技術措施的積極作用。通常標準的潔凈手術室其長*寬為6m*6m，中間手術臺正上方布置3m*4m的局部單向流送風口，按常規(guī)做法風口滿布高效過濾器，需要設置484mm*484mm高效過濾器48臺。斷面風速為0.135m/s，風量為15120m³/h。這48臺高效過濾器每臺必須都同時滿足過濾（實際穿透率不應大于出廠合格穿透率的3倍）、均流（每臺初阻力與所有各臺平均初阻力相差小于5%）和堵漏（48個面與192條邊檢漏）三個方面的要求，無論哪一方面疏忽，均可能導致整個送風面的失敗。
如采用阻漏層的方法，高效過濾器集中設置，該潔凈手術室只需要484mm*484mm高效過濾器16臺就夠了。而對這16臺高效過濾器的要求遠遠低于安裝在頂棚上的要求。即使由于種種原因其中一臺高效過濾器的實際穿透率大于出廠合格率的3倍，甚至40倍，由于氣流在進入靜壓箱之時或之后已得到充分混合，也會保證整個送風面的成功。另外，高效過濾器的使用壽命主要取決于前置過濾器，尤其是新風過濾器的保護，而不是僅僅取決于設計風量與額定風量的比例。由此可見，阻漏層的結構使單向流送風裝置大大簡化，成功率大大提高。