浅析洁净厂房建筑设计

浅析洁净厂房建筑设计

江坤泽

奥意建筑工程设计有限公司广东深圳518000

摘要：随着我国科学技术的发展，对于生产环境的洁净度也提出了越来越高的要求。洁净厂房的设计比较特殊，要与生产的工艺、空调、电气等专业的进行密切配合。近几年通过笔者的工作实践，站在建筑设计的角度对洁净厂房的调研及设计谈谈个人看法。

关键词：洁净厂房；建筑设计

前言

洁净厂房设计要根据生产工艺要求、投资规模进行设计，合理分配各个功能分区，让其满足工艺的要求的同时也利用物流运输的便利，可以这么说，洁净厂房的最后形成，是有关专业合作的成果。

1、沽净厂房的组成和布置

洁净厂房由空调机房和电力控制室、人员和净化用房、加工区等部分组成，相互关系见图1。

图1洁净室、生活室、生产辅助用房关系

1.1洁净厂房位置的选择

洁净厂房的位置一般选择在上风向、尘埃较少的位置，避免厂区种植花粉和毛茸类植物，采用铺设草皮与阔叶树和灌木类植物组成绿化保护带，降低大气的含尘量。

1.2冷冻和空调机房的布置

由于制冷的设备和净化空气的风机在运行中所产生的振动比较大，因此，冷冻和空调机房要与洁净厂房位置保持一定的距离。常见的布置形式有以下几种：（1）冷冻、空调机房和洁净室组合在同一幢建筑物内，（2）冷冻、空调机房独立建造，和洁净室保持一定距离，（3）冷冻机房独立建造，空调机房靠近洁净室设置，（4）采用分散式单元净化空调器，紧毗于洁净室。

当工艺生产对隔振要求不高时，可采取第1种形式，把冷冻、空调机房直接布置在洁净室的端头或侧部（图2），也可布置在洁净室的底层或地下室，并对冷冻、空调设备采取减振措施，管道进入洁净室前要有隔振处理。当工艺生产对净化、隔振要求较高时，采用第2、3种形式较好。但存在管道长，接头多的缺点，特别是第2种形式较为明显。因此在净化区域较大，有条件把冷冻机房单独设置时，常采取第3种布置形式。对于小面积的洁净室宜采用第4种形式。

图2某洁净厂房的首层平面图

1.3合理布置洁净室

为了减少周围环境对洁净室的影响，洁净室一般宜布置在人流活动最少的部位。当多间洁净室组合时可以用走廊相互联系。为了避免干扰，有利于空调系统布置，不同级别的洁净室，应相对集中，并且由低洁净度区向高洁净度区顺序排列，保证洁净度要求高的房间处于最有利的位置。也可将洁净度要求较高的房间设置在洁净度要求较低的房间里。设计时要严防人流、货流的交叉重叠。净化处理用房一般宜紧靠洁净室（图2），以便经过清洗的人员和物料直接进入洁净室，避免再次污染。洁净室一般造价较高，所以在满足生产及气流组织前提下，要尽量压缩其面积和体积。在工艺生产许可时，同一级别的洁净室宜采用小房间的组合形式，但间隔的板壁构造要便于拆装，以适应工艺生产变更的需要。当洁净车间需要设置沉降缝时，应避开洁净室布置。

1.4消防措施

由于工艺要求，进入洁净室的人员和物料要经过多道净化处理后由专门的通道进入，而且洁净室的位置又往往布置在车间的尽端或由许多房间围护的中心地带，因此，对消防和安全疏散的问题，要足够重视。除了车间的主体结构必须符合要求的耐火等级外，洁净室必须设置安全疏散口。由多间洁净室组合的净化区域，一般不少于二个进出口。

除了利用正常的下班出口兼作疏散口外，一般还须在洁净室外面的走廊或套间设置直接对外的安全门。此门也可与安装设备的进出口相结合（图2）。

选择洁净室围护结构材料时，也应适当考虑它们的耐火极限。洁净室内电力装置和生产设备安装联锁保险措施，可防止因操作失误而发生的事故。对利用老厂房改建的洁净车间，尤其要注意主体结构耐火等级的鉴定工作。

2、净化级别的确定

洁净度是以单位体积空气中灰尘的粒径和数量计量的。不同的产品和加工工序对空气洁净度的要求是不同的。在设计洁净室时，要了解工艺生产流程、产品形状大小及关键部位的精度要求，掌握尘源产生和防止的途径，会同工艺、空调等专业，根据不同精度及特点，该精则精，能简则简，能采用局部净化的就不采用全面净化，并应尽量采用洁净工作台和密封柜。在设计中要根据这些不同的净化级别、净化方式，确定洁净室的层高和平、剖面形式，安排好人员和货物的流程，选用恰当的材料，避免盲目迫求高标准。

3、洁净室的建筑设计

具有一定空气洁净度的房间称为洁净室。根据围护结构的建造方式，分为固定式和装配式。近年来，装配式洁净室发展较快，它在工厂加工生产，洁净度容易保证、安装周期短、独立性强。固定式是在现场由土建施工建造，周期较长，但造价比前者便宜，是目前常采用的形式。

3.1平、剖面设计

洁净室的平、剖面设计与生产工艺、净化空调、采光照明、管道敷设等方面有着密切的联系。其中净化气流组织的影响最大。根据不同的气流组织，洁净室分为下列几种：

3.1.1垂直平行流洁净室（图3-1）

整个顶棚均匀送风，整个地面搁栅回风。净化的空气由上而下呈垂直、均匀流动，整个室内可以达到极高（3级）的洁净度。这类洁净室具有高度的自净力，工艺设备可灵活布置。通常净高2.5米左右。建筑设计要着重解决好送风顶棚和回风地沟。

3.1.2水平平行流洁净室（图3-2）

由一面侧墙的全部或局部均匀水平送风，又通过对面侧墙的全部或局部回风。净化空气呈水平流动，在流动过程中含尘t会逐渐增加。因此在同一房间内可满足不同洁净度的要求，近送风墙的第一工作区洁净度可达3级标准。这类洁净室层高不宜大于2.5米。建筑设计要着重处理送风墙面和回风墙面，以及连通送、回风墙面的回风夹道。当空调将洁净室的回风直接排人套间时，就不必设置回风夹道。图3-2是采用送风和回风单元的装配式洁净室，送风单元直接代替了机房和洁净室之间的隔墙，简化了送风墙处理。

3.1.3乱流洁净室

根据不同的送回风形式，可分为下列几种：①顶棚孔板送风，侧墙下部回风（图3-3）；②顶棚孔板送风，沿墙地沟回风（图3-4）；③上侧墙送风，下侧墙回风（图3-5）；④散流器顶送，下侧墙回风（图3-6）等。净高一般在2.5米一至3.6米之间，可适用于30至30，000级的洁净度。在实际设计中，当采用侧墙送风和回风时，往往设置技术夹墙，把水平和竖向风管组合在内，也可以利用两墙之间的空隙直接代替回风通道。为了节约空间，可以把多余空间做成壁橱（图3-5）以代替室内橱柜。当采用顶棚送风时，常设置技术夹层。当浩净度要求比较高时，可选用顶棚孔板送风，侧墙下部回风的形式（图3-3）。回风口应沿两个相对的纵墙连续设置（回风口不能连续安装时，一般间隔不宜大于2.5米），并尽量接近地面，由于生产工艺和平面布置影响，侧墙上不能设置回风口时，可改设沿墙通长地沟（图3-4）。

3.1.4局部净化的洁净室

这类洁净室的气流组织方式属于乱流型。对整个洁净室来说，虽然洁净度不高，但在局部工作区可以获得良好的气流流型和很高的洁净度（图3-7，8），从上面的各种气流组织方式可以看出，洁净室的平面布置和剖面形式必须和气流组织方式相适应，洁净室在满足工艺要求和气流组织情况下，应尽量压低净高，以减少通风换气量，节省设备投资和运转费用，洁净室体形要力求简洁、方整，有利于气流组织，减少积灰面，特别在顺气流的侧墙上，避免凸出的构件，如递物窗、插座箱、橱柜等，洁净室门的开启应朝向洁净度高的房间，水平平行流洁净室的门宜布置在下风向，为了减少周围环境对洁净室的影响，一般应设有套间或走廊作为缓冲地带，以减少外界的影响，为了改善工作条件，洁净室墙面上宜适当地开设玻璃窗，装修色彩要柔和，避免眩光。

图示

3.2构造和材料

洁净室的构造处理和材料选用应随着不同的净化级别、结构形式和处理方法而不相同。采用合理的构造和合适的材料对于保证室内的洁净度，降低造价，便于施工和维修是十分重要的。下面就顶棚、墙体、地坪及密闭等问题谈谈我们的体会。

3.2.1顶棚

顶棚是洁净室的主要组成部分，一.毅随气流组织、照明布置、送风部件的按装形式和结构形式的不同而有多种做法。带有送风功能的顶棚（如垂直平行流和顶送侧回乱流洁净室，图3-1，3）构造比较复杂。它要同时满足气流组织和照明的要求，因此要注意解决好送风系统与灯具的矛盾，并做好进风部位的密闭处理。送风系统一般由送风管道、送凤静压箱、高效过滤器、支承静压箱和按装高效过滤器的骨架、送风孔板或散流器等部件组成。

在顶棚采用散流器或局部孔板送风时，经常把照明灯具和送风口间隔布置在顶棚上（图3-6）。当顶棚需要满顶送风时，往往与布置灯具发生矛盾。如在垂直平行流洁净室中，为了保证较高的净化效率，要求送风口面积达到顶棚面积的80%左右。有的设计把灯具做成灯带，放在送风孔板之间。测试资料说明，这种灯带的设置会明显影响垂直气流的组织，形成涡流区。其影响高度（从灯带平面开始）一般为灯带宽的4---5倍。无灯带时，距过滤器底300毫米即可获得均匀垂直气流，而布置一个200毫米宽的灯带，却需要在1，000毫米处才可获得均匀垂直气流。这就大大限制了洁净室净高的利用。为了克服这一缺陷，有的设计将灯管明装在送风孔板下面，它对气流影响较小，顶棚构造也大为简化，但室内观瞻效果较差。在小面积洁净室中，可以在顶棚和墙面交接处沿墙面四周布置灯带。为了解决在顶棚中合理布置灯具，又不影响气流组织，我们在某工程设计中采用了穿孔有机玻璃发光顶棚的构造处理。即在水平满布高效过滤器的顶棚中，把日光灯管安装在高效过滤器之间，在距高效过滤器300毫来处布置一层有机玻璃细孔送风板，代替以往采用的金属孔板。使整个顶棚既是发光面，又是送风面。由于灯管安装在送风孔板上面，灯管尺寸比灯带宽度要小，又通过送风孔板的阻尼和均压作用，因此对组织室内平行气流影响很小。

高效过滤器在顶棚中通常有三种布置方式：①水平布置，②侧向布置，③水平布置和侧向布置相结合。高效过滤器固定在顶棚的网格状骨架系统里时，为了满足高效过滤器按装部位缝隙的密闭处理，骨架一定要有足够的刚度和平整度。高效过滤器的按装形式也要便于更换和维修。

顶棚中的静压箱有整体式的，也有若干个箱体组合的。静压箱的重量是通过梁或骨架支承在墙体上，也可直接搁置于墙体上。静压箱内表面要求不起尘、不积尘、不开裂。整体静压箱往往用于固定式洁净室，其材料常与墙面相同，组合式静压箱在装配式洁净室采用较多，同样也适用于固定式。目前常用内表面经烤漆或喷漆的薄钢板制作。如果按装高效过滤器的网状骨架与静压箱组成整体结构时，静压箱也必须有足够的刚度和平整度，以保证进风部位缝隙的密闭。顶棚骨架目前常用型钢镀锌、镀铬、烤漆或铝型材等材料。没有送风功能要求的顶棚构造比较简单。顶棚的面层材料要求光洁、不积尘。通常采用塑料贴面板、五夹板油漆、薄钢板喷漆等面层材料。洁净度要求低的房间也可直接采用抹灰油漆顶棚。有的在洁净室顶棚中采用双层为半透明塑料薄膜作面层，把灯管吊在顶棚上面，使室内有发光顶棚之感，效果也很好。

3.2.2墙体

洁净室墙面必须大面平整，不应有凹凸线角，避免积尘。面层材料要光洁不脱落。板的拼缝要便于密闭。目前常采用的面层材料有油漆抹灰、塑料贴面板、五夹板漆面、薄钢板漆面等。当在墙体上有送风或回风功能要求时，墙体构造比较复杂。其中以水平平行流洁净室的墙体尤为突出（图3-2），其关键是送风墙面的设计。

3.2.3地坪

洁净室地坪面层要求有高度的抗磨能力，并与基层结合良好。3级至300级的沽净室一般采用塑料卷材贴面和整体塑料作面层材料。3000级至30000级的洁净室常采用高级水磨石、木地板等做法。

当地坪兼有回风要求时应设置回风地沟，沟顶铺设回风搁栅。回风地沟有高于室外地坪和低于室外地坪两种布置。前者管道和沟壁容易处理，但要增加建筑层高，后者沟壁需要增加防潮、保温处理。地沟内壁面常采用塑料卷材贴面、环氧玻璃布贴面或高级水磨石等光洁材料作面层，避免积尘。回风搁栅有如下要求：①一定的孔隙率（穿孔面积为40^60），②光洁和耐磨，⑧足够的刚度，④拆装方便，便于地沟内过滤器的更换。以往常采用铸铝的搁栅，但造价高，加工复杂。近两年来，我们在工程设计中，使用了表面可以重复处理的镀铬钢搁栅和尼龙复面钢搁栅。这些材料加工容易，来源广，降低了单位面积造价，但其使用效果还有待长期观察。回风搁栅也可采用硬木、塑料穿孔板等材料制作。当回风地沟宽度≥1400毫米时，通常在沟内加设装配式的金属搁栅支架或支撑式梁架。

3.2.4密闭

为了防止未经过净化处理的空气进入洁净室和保证室内的正压值，其围护结构的缝隙一定要密闭，送风部位的缝隙密闭更要注意。由于静压箱内的空气压力大于洁净室内的空气压力。为了防止未经过滤的正压气流通过细微缝隙渗漏到洁净室内，因此，高效过滤器和按装过滤器的骨架、骨架与骨架、静压箱与骨架之间的连接缝隙都要密闭。

洁净室的门窗、接线盒、墙板、地坪等缝隙，由于室内压力大于外界压力，缝隙的渗漏不会直接影响室内洁净度。但是为了保证室内的正压值和机组在停运时，防止外界未经净化过滤的空气渗进室内，这些部位的缝隙也要有一定的密闭性。密闭措施首先要从构造上加以考虑，然后再选用合适的密闭材料。在高效过滤器水平满布的垂直平行流洁净室中，如顶棚采用静压箱和高效过滤器组装的送风单元时，在缝隙密闭上就比整体送风顶棚显得有利。因为每个单独的送风单元可在工厂加工，骨架的平整度、刚度、缝隙的密闭都容易做到。

4、结语

综上所述，洁净厂房的建筑设计涉及到工艺及其它结构的方方面面。因此，在洁净厂房设计前须对工艺、生产体量等进行了解，才能设计出经济、布局合理的洁净厂房。