淺談低濕度潔凈室空調設計案例

　　【摘要】結合實際工程，介紹了潔凈空調設計過程，通過潔凈度要求確定風量，根據室內參數要求確定空氣處理方案，利用焓濕圖計算相關技術參數及設備的選型等內容。 
　　【關鍵詞】低濕度；凈化空調；空調系統設計；潔凈室 
　　0.引言 
　　廈門艾德航空工業園麥科特傳感器件有限公司于2003年在廈門成立，是英國Meggitt集團下屬的電子事業部設立的獨資子公司，公司主要制造高精密傳感器和控制器零部件以及其它電子元器件。生產廠房坐落在湖里區高崎南五路艾德工業園內。 
　　1.項目概況 
　　本項目潔凈室設在廠房二層內區，廠房二層層高為5.8m，其中潔凈室面積905?，人員更衣室面積為48?，潔凈室四周及頂板均采用50mm厚內夾巖棉板的彩鋼板，地板采用環氧自流平地面，潔凈車間凈高3m，上班人員共185人，人員更完潔凈服后通過風淋通道進入潔凈室，潔凈室物料通過帶氣閘傳遞窗進出。 
　　2.設計參數 
　　2.1室外設計主要參數 
　　夏季空調室外計算干球溫度：33.4℃，濕球溫度：27.6℃。 
　　冬季空調室外計算干球溫度：6℃，相對濕度：73%。 
　　2.2室內設計參數要求如下表1所示： 
　　表1 
　　3.室內熱濕負荷 
　　本項目潔凈區的夏季計算得熱量主要由內圍護結構傳入的熱量、人體散熱量、照明和室內工藝設備的散熱量構成；濕負荷主要是工作人員散濕量；由于潔凈室工作時間、人員數量固定，設備和照明全天使用，以上冷負荷和濕負荷均可采用穩定傳熱方法計算確定，經計算，潔凈區域的夏季余熱為210kw，余濕為27.85kg/h,其中余濕按輕勞動考慮，群集系數取0.9。由于潔凈區在內區，設備、照明及人員的發熱及散濕在冬季均作為有利因素來考慮，潔凈區的冬季加熱量和加濕量主要考慮室外新風部分。 
　　4.潔凈空調系統設計 
　　4.1空調系統確定 
　　考慮到潔凈區主要是一個潔凈度等級為8級潔凈車間和一個9級的更衣室，雖潔凈度等級和溫室度要求不同，由于更衣室面積小，與潔凈室設計共用一套空調系統，空氣凈化采用三級過濾方式，粗效和中效過濾器設置在空調箱體內，用于保護設置在潔凈區吊頂內的高效過濾器。 
　　4.2氣流組織及潔凈室壓差控制 
　　由于潔凈室為大開間區域，結合工藝布置要求，四周無法采用側壁下部設百葉回風口，只能采用吊頂百葉回風的方式，車間內有兩排柱子，利用柱子外包彩鋼板形成回風柱，包柱彩鋼板壁面四周下部距地150mm高均設雙層百葉回風口，潔凈室采用的是頂送，兩側頂回，中間局部下回的氣流組織，更衣間采用頂送頂回的氣流組織，整個潔凈區的送風口布置盡量均勻，不出現送風死角，并盡量讓室內的發塵區域處在氣流的回流區，通過三級過濾后的潔凈空氣來稀釋室內空氣，從而達到潔凈度等級要求；為了有效保證潔凈度，潔凈室與周圍的空間必須維持一定的壓差，不同等級的潔凈室及潔凈區與非潔凈區之間維持5Pa壓差，潔凈區與室外的壓差為10Pa。更衣間和潔凈室與室外的壓差分別取：10Pa，15Pa。潔凈室圍護結構采用巖棉彩鋼板通過陰陽角拼接，縫隙用玻璃膠密封，潔凈室的門四周均帶密封條，關閉時通過室內正壓受力密封，因此圍護結構密性好，維持壓差所需的風量，可按每5Pa壓差取1次/h換氣計算確定，并且在潔凈室與更衣間及更衣間與非潔凈區通過設單向型余壓閥來調節壓差。 

　　4.3送風量和新風量確定 
　　4.3.1送風量的計算 
　　根據潔凈室和更衣間要求的潔凈度等級，以及本項目室內熱濕負荷較小，可按換氣次數法計算送風量，潔凈室換氣次數取18次/h,更衣間換氣次數取15次/h，通過計算，空調系統總送風量：51000m3/h。 
　　4.3.2新風量的計算 
　　根據規范要求，新風量應取下列大值： 
　　（1）室內排風量和保持室內正壓所需的新風量要求。 
　　（2）室內每人所需不小于40m3/h的新風量要求。 
　　潔凈車間工藝排風量為2000m3/h，維持正壓所需風量8145m3/h，按滿足人員新風要求所需的風量為7400m3/h，通過比較，可確定新風量取10145m3/h，大于總送風量的10%，符合相關規范要求。 
　　4.4空氣處理方案的確定 
　　空氣處理過程：夏季是降溫除濕，冬季是加熱加濕，通過上述計算確定的夏季室內余熱余濕及風量，由于潔凈室內空氣濕度要求較低，夏季新風占的熱濕負荷比重大，為了滿足室內濕度要求，用低溫供水二次表冷除濕的方式來保證室內溫濕度的要求，經過二次表冷后的空氣溫度很低，因此采用較節能的二次回風方式來保證室內送風溫度的要求，具體流程如下圖1所示： 
　　圖1空氣處理流程 
　　根據以上空氣處理流程，可確定空氣處理機組各組合段布置如下圖2所示： 
　　圖2空氣處理機組各組合段布置圖 
　　4.5 組合式空調機相關技術參數確定 
　　4.5.1新風表冷器冷量計算 
　　根據上述空氣處理方案，新風經一級表冷處理到室內等溫點，根據下圖3用焓濕圖表示的空氣處理過程， L1點即新風經表冷處理后的狀態點（t=24℃與?=95%的交點），查焓濕圖 hL1=71.2kJ/kg，hW=89.3kJ/kg，新風處理冷量： 
　　QX=ρGX(hW-hL1)=1.2×10145（89.3-71.2）/3600=61.2kw （1） 
　　式中GX為新風量，單位：m3/h；ρ為空氣密度，本項目計算ρ值均取1.2kg/m3。 
　　4.5.2二級表冷器冷量的計算 
　　二級表冷器冷量的確定相對復雜一些，如下圖3所示，先確定一次回風與新風混合完經二級表冷處理后的狀態點L2，根據室內余熱余濕，可確定出熱濕比： 
　　ε=Q/W=210×3600/27.85=27145.4 （2） 
　　式中Q為余熱，單位：kw；W為余濕，單位：kg/s； 
　　通過做室內狀態點N做ε線與?=95%的交點即為L2點，查焓濕圖hL2=21.8kJ/kg，tL2=6.8℃；再確定二次回風量，根據室內余熱，可確定送風焓差： 
　　ΔhS=Q/1.2GS=210×3600/（51000×1.2)=12.4kJ/kg（3） 
　　式中GS為總送風量，單位m3/h； 
　　二次回風量可通過如下公式計算： 
　　ΔhS/（hN-hL2）=（GS- G2）/GS （4） 
　　式中G2為二次回風量，單位m3/h；其中查焓濕圖hN=41.1kJ/kg 
　　求出G2=51000-12.4×51000/（41.1-21.8）=18233m3/h，經二級表冷器處理的風量如下公式計算： 
　　G1+GX=GS-G2=32767m3/h（5） 
　　式中G1為一次回風量，新風量GX已知，可得G1=22622m3/h,通過下式計算可求出新風與一次回風混合后的狀態點的焓值： 
　　（hC1-hN）/（hL1-hN）=GX/G1+GX) （6） 
　　hC1=41.2+10145×（71.2-41.1）/32767=50.5kJ/kg，根據下式，可求出二級表冷器的處理冷量： 
　　Q2=ρ(G1+GX)(hC1-hL2)=1.2×32767×（50.5-21.8）/3600=313kw（7） 
　　W:夏季室外空氣狀態點；N:室內空氣狀態點；L1:新風經表冷器處理后的狀態點；C1：新風與一次回風混合后的狀態點；L2：新風與一次回風混合后經二級表冷處理后的狀態點；C2：二次回風混合后的狀態點。 
　　圖3夏季空氣處理過程 
　　4.5.3冬季加熱量、加濕量計算 
　　由于廠房在潔凈室設計階段已投入使用，業主也考慮運行管理和設備投資方面的因素，經業主認可冬季熱源采用電加熱，根據廠房潔凈室實際運行情況，潔凈室比工作人員上班時間提前半小時運行，考慮潔凈室夜間停運，室內空氣通過圍護結構散熱降溫，因此冬季加熱除要計算室外新風部分加熱量外，還要預留室內空氣在半小時內加熱到冬季室內狀態點所需要的熱量，考慮計算方便，可根據下圖4表示冬季新風處理過程來計算新風部分的加熱加濕，下圖4焓濕圖不是新風的真實處理過程，實際運行過程是新風與回風混合后再加熱加濕送入潔凈區，下圖4的冬季加熱量是等濕升溫過程，按如下顯熱計算公式確定電加熱器的加熱量: 
　　室外新風加熱量： 
　　QXR=ρGXCP(tN-tX)=1.2×10145×1.01×（24-6）/3600=61.5kw（8） 
　　式中CP為定壓比熱，取 1.01kJ/(kg?K),室內空氣開機后半小時加熱到冬季室內狀態點所需的熱量： 
　　QYR=ρGXCP(tN-tX)=1.2×2859×1.01×（24-6）/1800=34.7kw （9） 
　　總需加熱量： 
　　QR=QXR+QYR=61.5+34.7=96.2KW,根據下圖4，冬季新風加濕是等溫加濕過程，加濕量計算如下： 
　　WX=ρGX(dN-dN1)=1.2×10145×(6.6-4.3)/1000=28kg/h （10） 
　　W:冬季室外空氣狀態點；N:室內空氣狀態點；N1:經電加熱器加熱后的狀態點。 
　　圖4冬季新風處理過程 
　　4.6空調機組設備選型 
　　本項目空調機組與冷水機組共同設置在廠房非潔凈區上方屋面的制冷機房內，送回風管管路均較長，主管最高風速10.5m/s，考慮不小于10%的系統漏風量，根據以上計算，所選風機送風量57000m3/h，風壓1500Pa，通過設備廠家選型，考慮風管冷損失及風機的溫升，一級表冷器采用6排管，處理冷量為75kw，為了滿足室內設計參數要求，二級表冷器采用兩組6排管串聯，處理冷量為：365kw，每組冷凍水均設一進一出分別引冷凍水，盤管內的冷凍水流向與管外要處理的空氣逆向，根據上圖3中的L2點，經表冷器處理后的溫度要達到6.8℃，供回水溫度取5/10℃，并在冷凍水管路設置電動二通閥；電加熱器加熱量為110KW，按每檔約37kw加熱量為一檔運行調節；加濕氣采用調節精度更高的電熱加濕，加濕量為31kg/h，加濕功率為21kw，加濕量可無極調節；粗中效均采用袋式過濾器，粗中效過濾器均采用無紡布，粗效過濾器初、終阻力為50Pa、100Pa，中效過濾器初、終阻力為100Pa、200Pa，考慮過濾器的更換及設備維護，在組合式空調箱的新風段、中間段、風機段和出風段設檢修門，檢修門均設密封條，保證機組在運行過程中的密閉性，各檢修段內設照明燈。 
　　4.7制冷機房的設計 
　　本項目冷水供回水溫度為5/10℃，組合式空調箱需要冷量為440kw，考慮水路冷損失及水泵溫升，選擇制冷劑為R134a，雙機頭水冷螺桿機1臺，供回水溫度為5/10℃，制冷量為495kw，冷凍水泵和冷卻水泵各設置2臺，一用一備，選循環水量為150t/h方型直交流式冷卻塔1臺，供回水溫度為32/37℃，制冷主機、水泵、組合式空調箱均設置在屋面機房，冷卻塔設置在室外屋面。 
　　4.8消聲和隔振處理 
　　由于機房設置在屋面，制冷機房采用雙層120mm厚中間80mm厚的空氣層墻體，內貼50mm厚外包玻璃布的玻璃棉氈，用4mm厚孔徑為9mm，穿孔率20%的FC板壓面，屋頂為鋼屋面，屋面內貼100mm厚外包玻璃布的玻璃棉氈,距屋面500mm下再設金屬穿孔吸音吊頂板；主機、水泵均在400mm高混凝土基礎上再設阻尼彈簧隔振器，組合式空調箱在400mm高混凝土基礎上設二層SD橡膠隔振墊，兩層間墊厚度為6mm的鋼板，共86mm厚。通風管路上，與空調箱連接風管均設帆布軟接頭，送回風管路均設消聲彎頭和阻抗型消聲器，二級消聲，末端高效送風口均帶靜壓箱。 
　　5.結語 
　　（1）通過調試，潔凈室的溫度、濕度、潔凈度、正壓、噪聲均通過實測，滿足設計要求，現已竣工投入使用多年。在施工完調試過程中，滿足室內正壓要求情況下，用畢托管測出的新風量比設計值偏大，通過檢查，發現主要原因是潔凈室吊頂上部風管漏風較嚴重，由于高效過濾器設置在末端，造成送風管內靜壓大，風管施工質量不好引起，因此8級潔凈室考慮風管漏風量，建議要按中壓系統，工作壓力取大值來預留，對風管施工驗收也應要求更高，建議風管在制作過程，抽樣檢測管段的密封性。 
　　（2）到冬季較冷的月份，潔凈室運行管理人員反應，早晨開機，半小時內無法達到室內設計溫度的要求，加熱偏慢，通過了解電加熱器的工作狀況，主要原因是設備廠家加熱器肋片間距較大，空氣與加熱器接觸面比較有限，同時設置三檔加熱，加熱器自控運行，信號反饋偏慢，通過調試，改自控模式，原三檔調節運行改為兩檔，因此建議潔凈空調冬季加熱有條件盡量采用蒸汽或高溫熱水盤管加熱，效果會比電加熱好，采用高品位電加熱也不節能。