如何保证危险区域空调系统的安全性

李升华 2024-11-12

随着社会的不断发展，为了满足人们日益多样化的需求，各行各业建立了各式各样的厂房、医院及实验室等。由于对应的产品与服务不同，如传染病医院、生物制药以及化工行业，其中涉及的危险因素众多，在这些有特殊要求的建筑空调系统设计中需要综合考虑各方面因素，尤其是一些危险因素，以免发生意外事故。文章结合笔者多年的实际工程情况，简要地描述了危险区域空调设计与施工的注意事项和做法。

Part.01

危险区域空调存在的必要性

空调是日常生活中经常见到的设备，其应用领域不仅限于家庭，也在医院等公共场所以及工业生产中使用。对于这些场所，空调是满足一些产品生产时的必要条件。有些行业对于生产活动所处的环境有着特殊的要求，如医院的手术室、传染病医院的病房、生物实验室、电子防爆生产车间等，均需满足特定的空气洁净条件，这也是保证产品（事项）在生产过程中所处的生产环境稳定性与可靠性的基本要求 ^[1]。同时，对于有些对空气清洁度有比较要求且有毒有害产生的化工车间、传染病医院的病房、生物实验室等，既要保证所生产出的产品质量符合预期目标，又要防止有害物外溢，保证系统安全可靠的运行，尤其应该注意洁净区的干扰因素，如常见的病菌、尘埃污染以及热湿等因素的干扰。虽然彻底消除这些干扰因素较为困难，但仍能通过负压来降低污染物给洁净区带来的影响。除了保证生产外，还需要防止爆炸、危险物外溢等引起的安全事故或其他意外事故的发生。通常所采用的方法是在生产的各个区域内输入经过处理的空气，这样就能尽量将污染因素对洁净区带来的影响降到最低，无论是有害气体还是气态污染物，都能通过这种方式将其排除，并保证洁净区的洁净度。要想实现这一目标，就要对危险区域空调的设计进行深入分析，结合危险区域的实际条件，采取科学合理的系统设计，有效调配各区域内的系统配置和控制，只有这样才能保证在实际生产过程中各系统按照设计的要求均处于需求范围内，从而保证各系统的效率与质量，以及安全不会受到影响。

Part.02

危险区域洁净空调的区分及分类

对于危险区域来说，不同类型的建筑其功能要求各不相同，其对空调的要求也不尽相同。对于呼吸道传染病医院来说，一般医技区是按照污染区、半污染区、洁净区划分 ^[2]。对于电子厂的洁净防爆车间，一般按照防爆区和非防爆区划分。

洁净区按照实际用途可以将其分为生物洁净区以及电子洁净区，若是将气流组织作为分类的基础条件，又可以将其分为辐射流洁净区、混合流洁净区、单向流洁净区以及非单向流洁净区等。要想设计出科学且合理的暖通空调，就要充分了解甲类厂房洁净区的分类以保证最终的空调设计效果符合实际的洁净区类型需求。

2.1 工业洁净区

无生命微粒为工业洁净区的基本控制对象，其针对的产品生产类型一般都是用于精密工业的一些高精度仪器仪表、航天工业、电子工业以及电子产品组装等。由于这些产品多数要求精密化，同时由于组装零部件具有微型以及复杂化的特点，使得各类产品对产品生产环境的要求极高。例如，智能手机、电脑等都对生产过程所处的环境有严格要求，尤其是集成电路的生产过程，对环境的要求更为苛刻。根据对应的产品种类不同，对应的洁净区，空气洁净度的等级也各不相同。因此，在对这些区域进行针对性的暖通空调设计时，就要充分考虑产品生产的实际情况，以保证最终设计出的暖通空调符合该区域的生产环境要求，包括温度、湿度等都要符合产品的生产特点，最大程度提升产品的生产质量，提高成品率，这也是最大程度降低产品生产成本的基础因素^[3]。

2.2 生物洁净区

通常情况下微生物以及无生命的悬浮颗粒是生命洁净区控制针对的主要对象，按照使用类型的不同，又可以将其分为生物安全学洁净区与一般生物洁净区。药品以及一些特殊的生物制品生产所需要用到的是一般生物洁净区，另外一些有特殊生产要求的化妆品以及保健品等同样需要一般生物洁净区域的共同辅助；生物学安全洁净区针对的主要是生物制品以及部分药品，其中生物制品的生产主要涉及疫苗生产以及基因重组相关产品研究等。一般生物洁净区的内部通常保持正压，而生物安全学洁净区内部通常保持负压。

影响最终产品质量的不仅是药品中的污染物质，同时也包括悬浮微粒以及微生物。这里所说的微生物通常是指细菌以及真菌，虽然大多数的微生物对于人体并没有较大的危害，但由于微生物的特殊生存特点，使得其对于生产出的药物产品的危害甚至比微粒的危害更强。受到微生物影响的药品一旦进入人体内，将极大影响人们的生命健康安全。正是由于这一特点，使得其所对应的洁净区要求与其他甲类厂房不同，在对该区域进行暖通空调设计时，应重点将空气洁净度的等级与药品生产质量管理规范相联系，以保证最终的产品生产洁净区域符合产品的生产条件，将各个不确定因素对于产品的影响降到最低。

Part.03

现有危险区域空调系统的常见问题

在现有危险区域空调运行过程中，做法基本是与普通空调系统差不多，只是将污染区设计成负压，洁净区采用正压，经常互相连锁，保证系统有效运行。这种做法看似没有问题，但实际运行中去经常出现意想不到的问题，甚至导致系统全面瘫痪。

3.1 系统失灵

空调设施一般是按照常态情况兼顾短时非常态运行来设计的，但对危险区域来说，需要系统运行的高可靠性，而原系统设置的条件发生变化时，往往会造成的系统运行的失灵或不那么可靠。出现这种问题基本上是由于设计人员经验不周或缺乏调查、设计考虑不周造成的。

3.2 设计指标达不到要求

空调系统设计和施工仅靠理论计算是无法达到预期的，对于危险区域系统尤为如此。由于很多空调设计人员接触类似工程比较少，仅靠规范设计，经验缺乏，难免出现左出右突的问题。

3.3 系统设计和施工太复杂，运行保障困难

由于这种场所本来要求严格，对可靠性要求又高，设计单位为了保证系统运行可靠，往往会大量采用比较复杂自控系统，造成系统一旦有故障，操作人员无法及时保障，往往造成系统运行瘫痪。

Part.04

危险区域空调设计和施工问题的解决方法

针对上面经常遇到的问题，笔者结合所做类似工程的经验，通过分析研究，提出自己的一些见解和解决问题的方法。

（1）从理论上理清每个项目的功能和危险程度，这是决定系统是否成功的关键。 功能不同，采取方式方法会也有出别，如电子厂防爆车间的空调与呼吸道传染病医院的空调的需求有显著差别。对于电子厂防爆车间来说，除需保证车间的温湿度以及洁净度外，还需确保车间的危害物质浓度降至满足防爆要求，同时排出的废气处理要相对简单，当浓度较低时甚至可以对空直排，其控制要求可以简化。对于呼吸道传染病医院，其要求系统区域分流和负压运行就非常高，对于不同区域的压差有严格的要求，对于外排的空气必须经过杀毒后方可排放，系统的可靠性要求也高很多。

（2）做好气流组织是空调设计施工的核心，特别是危险区更应如此。 针对呼吸道传染病医院来说，采用“三区两通道”的做法，即污染区、半污染区、洁净区，医务人员通道、病人通道。对于电子防爆车间，采用设置“高洁净度空气幕通道”的做法。不同的分区采用不同的系统，单独分设，互不干扰，确保系统的可靠性及运行的稳定性。

（3）采用成熟的技术，保证系统运行的可靠性，降低系统运行成本和可维护性。 对于系统设置采用单系统控制，不能把一个系统的参数作为另外一个系统的运行指令，保证各系统可以互不干扰。这样即便其中一个系统出现故障，其他系统也可以独立运行，进而保证系统的可靠性。其关键系统如正压送风系统、负压排风系统，都是非常重要的部位，风机需要采用一用一备，同时采用备用电源及不间断电源。空调的中央控制系统采用 PLC 控制比较稳定，远距离信号采集采用光纤接入，减少干扰。信号采集采用不同的方式，能够相互验证，确保双保险。

（4）正确选取及设置系统的控制逻辑及相关参数。 对于高度精密要求的空调系统来说，其系统控制的选取是非常关键的，既要便于操作管理，又要有利于系统运行和维护，同时也要考虑意外状况的应急处理。对于强正压区以及强负压区的送风系统和排风系统，采用分别单独设置，使这两个系统不存在逻辑关系，确保任何一个系统有问题时，另一个系统都可以正常运行。其控制逻辑设置及参数取样点确保互不干扰，送、排风机系统采用变频，通过房间的压差计控制，为了避免误读，同时选用电子和机械仪表同时使用，互为检验。

（5）对于不同功能的系统，应该分开设置， 如为了保证系统正压的全新风系统或为了保证系统负压的排风系统，往往两个系统是互相关联的，但两者在系统控制设置中是分开的，同房间温湿度以及洁净度等控制的系统也要分开运行，这样可以保证各系统可以全负荷运行，互不干扰，可以使各系统运行平稳。在某电子化工厂的甲类防爆车间，是个千级洁净恒温恒湿车间，但由于生产过程中使用甲类物料，当浓度达到一定数值时，生产线自动打开排气系统，就会打破系统的平衡，一直以来运行不平稳。为此，增加全新风洁净空气幕通道，通过通道的压差确保房间外围处于高洁净度的正压，维持生产车间的洁净度不会因负压串风不达标，改造原有空调系统空气处理的设置，通过车间的温湿度计控制保证车间的温湿度、洁净度。这样既可以保证防爆车间负压运行，又可以使电子车间高洁净度、恒温恒湿得到保证。由于系统分置，可以实现多系统互不干扰，也有利于变频控制，节能降效，从而实现多方共赢。

Part.05