近年來，高大空間建筑物在工業(yè)和國防工程中的應用逐步增多，但目前對于高大空間潔凈空調(diào)技術的研究和應用都很少。在以往的潔凈空調(diào)工程設計中，對于潔凈廠房多采用全空間凈化空調(diào)和完全凈化裝修的設計思路，能耗巨大，初投資大，受到的限制也比較多。但高大空間類型的潔凈廠房，往往使用上有特定的要求，如空間上要求、可能使用吊車、并不要求全空間凈化、下層工作區(qū)有潔凈度等級和溫濕度控制要求、溫度濕度要求的精度不是很高等特點。

    采用簡化裝修和引用舒適性空調(diào)系統(tǒng)的噴口設計不僅較好地解決了與生產(chǎn)工藝配合和滿足潔凈度和溫濕度等要求的問題，而且在滿足工藝條件的同時，縮短了工程的施工周期，簡化了潔凈室的裝修標準，減少了空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)處理風量和冷量，節(jié)約了初投資和運行費用。

1    高大廠房的特點分析

（1）高大廠房有其固有的特點，一般情況下高大廠房主要在生產(chǎn)的后工序，一般用在大型設備的組裝為主，對潔凈度要求不高，溫濕度的控制精度要求不高，工藝生產(chǎn)期間設備發(fā)熱量不大，人員相對較少。

（2）高大廠房通常為大框架結構，而且經(jīng)常采用輕型材料，頂板一般不易承受較大荷載。

（3）塵埃粒子的產(chǎn)生和分布對于高大潔凈廠房，主要污染源與一般潔凈室不同，除了人和運動設備發(fā)塵以外，表面發(fā)塵占有很大的比例。按照文獻[1]所提供的數(shù)據(jù)，人靜止時的發(fā)塵量取105粒/（min·人），人動作時的發(fā)塵量按照靜止時的5倍計算，對于普通高度的潔凈室，表面發(fā)塵量按8 m2地面的表面發(fā)塵量相當于一個人靜止時的發(fā)塵量進行取值。對于高大潔凈廠房，其下部人員活動區(qū)，凈化負荷較大，上部區(qū)域凈化負荷較小，同時，由于工程使用特點，為了安全和考慮到不可預見的塵埃污染，取適當安全系數(shù)是必要的。本工程表面發(fā)塵量按照6 m2地面的表面發(fā)塵量，相當于一個人靜止時的發(fā)塵量進行取值。本工程按照每班20人工作計算，人員發(fā)塵量僅占總產(chǎn)塵量的20%，而一般潔凈室中人員發(fā)塵量占總產(chǎn)塵量的90%左右。

2    高大廠房潔凈室裝修

    潔凈室裝修一般包括潔凈室地面、墻板、吊頂、及配套的空調(diào)、照明、消防、給排水等與潔凈室相關的內(nèi)容，根據(jù)要求，潔凈廠房的建筑圍護結構和室內(nèi)裝修，應選用氣密性良好，且在溫度和濕度變化時變形小的材料。

    潔凈室內(nèi)墻壁和頂棚的裝修應符合下列要求：

（1）潔凈室內(nèi)墻壁和頂棚的表面應平整、光滑、不起塵、避免眩光、便于除塵，并應減少凹凸面。

（2）潔凈室不宜采用砌筑墻抹灰墻面，當必須采用時宜干燥作業(yè)，抹灰應采用抹灰標準。墻面抹灰后應刷涂料面層，并應選用難燃、不開裂、耐清洗、表面光滑、不易吸水變質(zhì)發(fā)霉的涂料。這樣一般情況下潔凈室裝修主要選擇比較好的彩涂金屬壁板作為內(nèi)裝修材料。但是對于高大空間廠房來說，因?qū)痈弑容^高，對金屬壁板隔墻的安裝比較困難，強度差，造價高，不能承重等問題。本工程分析了高大廠房潔凈室產(chǎn)塵的特點及房間潔凈度的要求，沒有采用常規(guī)的金屬壁板的內(nèi)裝修做法，在原有土建墻體上打磨進行環(huán)氧涂層，整個空間不設吊頂，增加使用空間。

3    高大潔凈廠房的氣流組織

    按照文獻[2]對于高大潔凈廠房，采用潔凈分層空調(diào)系統(tǒng)可以使系統(tǒng)的總送風量大為減少。風量減少了，要得到較好的潔凈空調(diào)效果，采用合理的氣流組織就顯得尤為重要，既要保證送風和回風系統(tǒng)的均勻性，減少潔凈工作區(qū)的渦流和氣流回旋，又要增強送風氣流的擴散特性，充分發(fā)揮送風氣流的稀釋作用。在萬級或十萬級潔凈度要求的高大潔凈廠房中，可以引用舒適性空調(diào)高大空間的設計理念，如機場、展館等大空間使用噴口的方式。

    采用噴口，側面送風，氣流可以擴散較長的距離，噴口送風是依靠噴口吹出的高速射流實現(xiàn)送風的方式，主要實用于高大廠房或者層高很高的公共建筑空間的空氣調(diào)節(jié)場所。噴口采用側送風，將噴口與回風口布置在同一側，空氣以較高的速度、較大的風量集中由設置在空間上的若干個噴口射出，射流行至一定路程后折回，使整個空調(diào)區(qū)處于回流區(qū)，然后有設在下部的回風口抽走返回空調(diào)機組。其特點是，送風速度高、射程遠。射流帶動室內(nèi)空氣進行強烈混合，速度逐漸衰減，并在室內(nèi)形成大的回旋氣流，從而使空調(diào)區(qū)獲得較均勻的溫度場和速度場。

4    工程設計實例

    某高大潔凈廠房（長40 m、寬30 m、高12m），要求5 m以下為潔凈工作區(qū)，凈化等級為靜態(tài)萬級，動態(tài)十萬級，溫度tn = 22℃±3℃，相對濕度fn= 30%~60%。剖面圖見圖1。

4.1  氣流組織和換氣次數(shù)的確定

    針對該高大潔凈廠房的使用特點，寬超過30m，不設吊頂，常規(guī)的潔凈廠房的送風方式很難滿足使用要求，采用噴口分層送風的方式來保證潔凈工作區(qū)（5 m 以下）的溫濕度和潔凈度。在側墻上均勻布置了對吹的噴口送風口裝置，在廠房側墻下部距地面0.25 m 高度附近均勻布置了帶阻尼層的回風口裝置，構成了工作區(qū)在噴口回流、集中側下回的氣流組織形式。同時，為了使5 m以上非潔凈工作區(qū)的空氣從潔凈度和溫濕度上不形成死區(qū)，減少頂棚室外冷、熱輻射對工作區(qū)的影響，又能把上部吊車工作中產(chǎn)生的塵埃粒子及時排走，并充分利用擴散到5 m以上的潔凈空氣，在非潔凈空調(diào)區(qū)布置了一排小型的帶狀回風口，形成了一個小的循環(huán)回風系統(tǒng)，可以大大減輕上部非潔凈區(qū)域?qū)ο虏繚崈艄ぷ鲄^(qū)的污染。本工程根據(jù)潔凈度等級和污染物散發(fā)量，對6 m以下的潔凈空調(diào)區(qū)采用了16 h-1的換氣次數(shù)，對上部非潔凈區(qū)域采用適量的排風，小于4 h-1的換氣次數(shù)，實際上整個廠房的平均換氣次數(shù)為10 h-1。這樣，同全室進行潔凈空調(diào)相比，潔凈分層噴口送風方式不僅較好地保證了潔凈空調(diào)區(qū)的換氣次數(shù)，滿足大跨度廠房的氣流組織，而且大大節(jié)省了系統(tǒng)的風量、冷量和風機動力。

4.2  側送噴口送風的計算

4.2.1  送風溫差?ts

    潔凈空調(diào)所需要的換氣次數(shù)比一般空調(diào)大得多，于是充分利用潔凈空調(diào)的大風量，減小送風氣流的送風溫差，不僅能夠節(jié)省設備容量和運行費用，而且使其更有利于保證潔凈空調(diào)區(qū)的空調(diào)精度。本工程計算出的送風溫差為?ts= 6℃。

4.2.2   射流計算

    潔凈廠房跨度比較大，寬為30 m，需要保證中間區(qū)域搭接要求，又保證工藝工作區(qū)在射流的回風區(qū)，同時要考慮噪音的要求，本工程送風速度v0= 5 m/s，噴口安裝高度為6 m，氣流以水平方向從噴口送出（ß = 00）。本工程對噴口送風氣流進行了計算，噴口直徑取0.36 m，根據(jù)文獻[3]計算阿基米德數(shù)為0.0035，噴口的送風速度為4.8 m/s，末端的軸心速度為0.8 m/s，平均速度為0.4 m/s，回流的平均速度小于0.40 m/s，滿足工藝使用要求。

    由于送風氣流的風量大、送風溫差小，幾乎與等溫射流無異，所以射流長度容易保證，根據(jù)阿基米德數(shù)可以計算出相對射程x/ds = 37 m，能夠滿足對側送氣流15 m搭接的要求。

4.3  空調(diào)工況處理

    針對潔凈室設計中送風量大、送風溫差小的特點，充分利用回風，在夏季空調(diào)處理方式上取消一次回風，采用更大比例的二次回風，只對新風進行一次性處理然后與大量的二次回風混合，從而取消了再加熱，減少了設備的容量和運行能耗。

4.4  工程實測結果

    本工程竣工后，進行了全面的工程測試，整個廠房共設置了20個水平方向和垂直方向的測點。在靜態(tài)情況下對潔凈廠房的速度場、溫度場、潔凈度、噪聲等進行了測試，實測效果比較好。在設計工況下的實測結果：

    送風口處氣流的平均速度為3.0 m/s~4.3 m/s，兩股對吹氣流搭接處（即射流末端）風速為0.30m/s ~ 0.45 m/s。潔凈工作區(qū)的換氣次數(shù)保證在15h-1，測得其潔凈度在萬級以內(nèi)，較好地滿足了設計要求。

    室內(nèi)A 聲級噪聲在回風口處為56 dB，其他工作區(qū)均在54dB以下。

5    結論

5.1  對于要求不是很高的高大潔凈廠房，可以采用簡化裝修的做法來實現(xiàn)，既可以滿足使用要求，又能滿足潔凈度的要求。

5.2  對于只要求某一高度以下區(qū)域潔凈度級別為萬級或十萬級的高大廠房，采用潔凈分層空調(diào)噴口的送風方式是一種比較經(jīng)濟實用和行之有效的方式。

5.3  對于這種類型的高大空間潔凈廠房，在上部非潔凈工作區(qū)設置一排帶狀回風口，排走吊車軌附近產(chǎn)生的塵埃，減少頂棚室外冷、熱輻射對工作區(qū)的影響，可以較好地保證工作區(qū)潔凈度及溫濕度。

5.4 高大潔凈廠房的高度是一般潔凈室的4倍以上，在正常產(chǎn)塵量的情況下，應該說單位空間凈化負荷遠遠低于一般低矮潔凈室，因此，從這個角度分析，換氣次數(shù)的確定，完全可以低于國標推薦的凈化級別的房間換氣次數(shù)。研究分析表明，對于高大潔凈廠房因潔凈區(qū)的高度不同，換氣次數(shù)也不同，一般可取國標推薦的換氣次數(shù)的30%~80%即可滿足凈化要求。