淺談現代化潔淨室空調係統的節能設計

　【摘要】在潔淨室設計中，空調係統的設計決(jue) 定著潔淨室的運行費用。本文對千級潔淨室的節能設計進行了說明，重點介紹了空調係統設計的兩(liang) 種方案―“一次回風係統”和“二次回風係統”，針對千級潔淨室“高潔淨、大風量、小熱量”的特點，選定“二次回風係統”，不但降低了設備初投資，還大大節約了運行費用。 

　　【關(guan) 鍵詞】節能；大風量；小熱量；二次回風係統 

　　0.引言 

　　秉承國家“大力倡導節約能源，強調可持續發展”的方針和用戶的節能要求，積極尋求在潔淨室“耗能大戶”―空調係統上的節能新途徑，針對千級潔淨室“高潔淨、大風量、小熱量”的特點，選定“二次回風空調係統”，不但降低了設備初投資，還大大節約了運行費用。 

　　1.千級潔淨室工程設計 

　　1.1潔淨室技術簡介 

　　潔淨室就是為(wei) 保持室內(nei) 要求的潔淨度等級，采用空氣過濾、溫濕度調節等措施所盡力創造的室內(nei) 空間，是空氣潔淨技術創造潔淨微環境的最重要、最具代表性的措施。 

　　1.2千級潔淨室設計 

　　1.2.1潔淨室主要參數計算 

　　潔淨室的主要性能指標有：潔淨度、溫濕度、照度、噪聲等。 

　　（1）潔淨度計算。 

　　送風量（換氣次數）是潔淨度的量化指標，每一種潔淨度級別均對應著不同的換氣次數。按照《潔淨廠房設計規範》，1000級潔淨室的換氣次數可取n=50～60次/h，100000級潔淨室的換氣次數可取n=10～15次/h。 

　　送風量V=∑（A*n）=（28*2.5*60+35*2.5*15）*105%=6000m3/h 

　　新風量VW 

　　新風的冷（熱）濕負荷很大，最大可占到整個(ge) 潔淨室的1/2以上，為(wei) 節約能源，就要盡可能地減小新風量。按照GB50073-2001《潔淨廠房設計規範》，當室內(nei) 人數為(wei) 10人時，滿足人員衛生要求新風量為(wei) ：VW1=40m3/h.人*10=400m3/h 

　　為(wei) 滿足對非潔淨室最小壓差10Pa要求，新風量為(wei) ：VW2=（28+35）*2.5*2=315m3/h 

　　綜合以上條件，則：VW=Max（VW1，VW2）=400m3/h 

　　（2）溫濕度計算。 

　　空調係統是實現潔淨室溫濕度控製的保證，設計合理的空調係統不但可以精確控製潔淨室的溫濕度，還能最大限度的節約能源。空調係統有“一次回風係統”和“二次回風係統”兩(liang) 種方案，針對千級潔淨室“高潔淨、大風量、小熱量”的特點，通過計算對比，認為(wei) 二次回風係統比一次回風係統更加節能，並在本工程中采用。 

　　1.2.2潔淨室主要施工圖紙設計 

　　潔淨室是集建築裝飾（與(yu) 大氣相對隔斷的密閉裝修）、淨化空調、電氣自控、工藝管道等多種專(zhuan) 業(ye) 技術於(yu) 一體(ti) 的產(chan) 物， 本潔淨室施工圖紙主要包括建築裝飾、淨化空調、兩(liang) 大部分。 

　　千級潔淨室設計為(wei) 亂(luan) 流形式，帶風量擴散板的高效過濾器送風口均勻布置在潔淨室的頂部，潔淨室側(ce) 牆下部布置帶初效濾料的鋁合金百葉回風口，使氣流的擴散作用更加明顯，有利於(yu) 將汙染粒子快速帶出潔淨室。 

　　為(wei) 盡快排除清洗過程中散發的有害氣體(ti) ，在輔助間設置了1套排風量為(wei) 3000m3/h的帶排風清洗工作台。由於(yu) 清洗工作台並不是連續使用，為(wei) 節約能源，設計了1個(ge) 輔助間排、送風聯鎖係統，係統由電動密閉風閥、初中高三級過濾器、送風機、管道組成送風係統，高效過濾器布置在輔助間排風工作台的正上方，與(yu) 設在清洗工作台下部的排風口一起快速排出有害氣體(ti) 。送風機與(yu) 排風機同時啟停，既保證了排風時室內(nei) 相對非潔淨區的正壓，又節約了能源。 

　　1.3潔淨室空調係統節能途徑 

　　總結以上措施，千級潔淨室的節能途徑有以下三條： 

　　（1）確定合適新風量。 

　　（2）輔助間排、送風聯鎖係統設置。 

　　（3）合理選擇潔淨室淨化空調係統方案，采用二次回風空調係統。 

　　2.潔淨室空調係統節能設計 

　　2.1設計參數 

　　2.1.1室外設計參數 

　　按照《中國建築熱環境分析專(zhuan) 用氣象數據集》取值（天津市）： 

　　冬季空調室外計算幹球溫度：-9.4℃冬季空調室外計算相對濕度：73%。 

　　夏季空調室外計算幹球溫度：33.9℃季空調室外計算濕球溫度：26.9℃。 

　　2.1.2潔淨室餘(yu) 熱、餘(yu) 濕計算 

　　表1千級潔淨室餘(yu) 熱、餘(yu) 濕計算 

　　2.2潔淨室一次回風淨化空調係統 

　　2.2.1潔淨室一次回風淨化空調原理圖 

　　圖1千級潔淨室一次回風淨化空調原理圖 

　　新風經初效過濾後進入到組合式淨化空調機組的混風段，與(yu) 從(cong) 潔淨室內(nei) 回收的空氣一起經過換熱器的加熱（冷卻除濕）處理後，依次通過殺菌段、電加熱段、風機段、均流消聲段、中效過濾段，通過潔淨風管送入潔淨室。 

　　2.2.2潔淨室一次回風各狀態點確定 

　　（1）一次回風熱濕處理過程為(wei) ： 

　　其中：W―室外狀態點（新風）N―室內(nei) 狀態點（回風）C―混合狀態點。 

　　L―機器露點 O―送風狀態點 ε―潔淨室熱濕比，ε=Δi/Δd=10.5/1.8*3600=21000KJ/Kg。 

　　（2）潔淨室一次回風各狀態點參數計算，結果見表2： 

　　表2一次回風係統狀態點參數 

　　1）狀態點C的計算： 

　　根據熱平衡方程，i×V=i×V+i×V 

　　式中， iC、VC為(wei) 狀態點C的焓值和體(ti) 積流量，單位分別為(wei) KJ/Kg和m3/h， 

　　VN=V-VW=5600m3/h， iW、iN已知， 

　　則狀態點C的焓值為(wei) ：iC=57.8KJ/Kg 

　　根據濕平衡方程，d×V=d×V+d×V 

　　式中，dC為(wei) 狀態點C的含濕量，單位為(wei) g/Kg，dW、dN已知，則狀態點C的含濕量為(wei) ：dC=12.5g/Kg。 

　　2）狀態點O的計算： 

　　根據熱平衡方程，Δi=m*(iN-iO) 

　　式中，Δi為(wei) 潔淨室內(nei) 餘(yu) 熱量，單位為(wei) Kw，m為(wei) 潔淨室內(nei) 送風的質量流量，單位為(wei) Kg/s，iN已知，則狀態點O的焓值為(wei) ：iO=50.6KJ/Kg。 

　　根據濕平衡方程，Δd=m*(dN-dO) 

　　式中， Δd為(wei) 潔淨室內(nei) 餘(yu) 濕量，單位為(wei) Kg/h，m為(wei) 潔淨室內(nei) 送風的質量流量，單位為(wei) Kg/s，dN已知，則狀態點O的含濕量為(wei) ：dO=11.8g/Kg。 

　　2.2.3一次回風係統製冷機組冷負荷QC及再熱量QH計算 

　　QC=m*(iC -iL)=21.2Kw QH= m*(iO-iL)=6.8Kw 

　　2.3潔淨室二次回風淨化空調係統 

　　2.3.1潔淨室二次回風淨化空調原理圖，即千級潔淨室淨化空調原理圖。 

　　圖2千級潔淨室淨化空調原理圖 

　　新風經初效過濾後進入到組合式淨化空調機組的混風段，從(cong) 潔淨室內(nei) 回收的空氣分成兩(liang) 部分―一次回風和二次回風，新風與(yu) 一次回風經過換熱器的加熱（冷卻除濕）處理後，與(yu) 二次回風一起加濕（必要時）後依次通過殺菌段、電加熱段、風機段、均流消聲段、中效過濾段，通過潔淨風管送入潔淨室。 

　　2.3.2潔淨室二次回風各狀態點確定 

　　（1）二次回風熱濕處理過程為(wei) ： 

　　其中：W―室外狀態點（新風）N1―室內(nei) 一次回風狀態點（回風） 

　　N2―室內(nei) 二次回風狀態點（回風）C―一次混合狀態點 

　　L―機器露點O―送風狀態點ε―潔淨室熱濕比，為(wei) 21000KJ/Kg。 

　　（2）潔淨室二次回風各狀態點參數計算，結果見表3： 

　　表3二次回風係統狀態點參數 

　　1）一、二次回風量VN1、VN2的計算： 

　　根據熱平衡和風量平衡方程，（VW+VN1）*iL+VN2*iN2=V*iOV=VN1+VN2+VW。 

　　式中，V、VW、iL、iN2、iO均為(wei) 已知，則VN1=2912.5m3/h，VN2=2987.5 m3/h。 

　　2）狀態點C的計算： 

　　根據熱平衡和風量平衡方程， 

　　VC=VW+VN1i×V=i×WN1+i×V 

　　式中，VW、VN1、iW、iN1均為(wei) 已知，則狀態點C的焓值為(wei) ：iC=59.4KJ/Kg。 

　　根據濕平衡方程d×V=d×VW+d×V 

　　式中，VW、VN1、dW、dN1均為(wei) 已知，則狀態點C的含濕量為(wei) ：dC= 12.9g/Kg 

　　2.3.3二次回風係統製冷機組冷負荷QC及再熱量QH計算 

　　QC=mC*(iC-iL)=14.5KwQH=0 

　　2.4兩(liang) 個(ge) 係統耗能量對比 

　　2.4.1運行費用對比 

　　表4兩(liang) 個(ge) 係統耗能量對比 

　　在淨化空調係統中，為(wei) 精確控溫，通常使用電加熱作為(wei) 再熱，而直膨式製冷機的能效比為(wei) 2.5～3.0（此處取2.8），因此千級潔淨室二次回風空調係統相比一次回風空調係統的節能量為(wei) （換算成電能）： 

　　6.8+（21.2-14.5）/2.8=9.2kw 

　　按全年空調運行（夏季工況）120天，每天工作8小時計，則節電量為(wei) 8832度， 

　　按電費1元/度計算，則節約運行費用為(wei) 8832元。對比實際工程中空調設備投資8萬(wan) 元，則每年運行費用節約率為(wei) 11.04%。 

　　2.4.2設備初投資對比 

　　表5兩(liang) 個(ge) 係統設備初投資對比 

　　根據上表，一次回風係統與(yu) 二次回風係統設備初投資差值為(wei) ： 

　　（300+9600+38000）-（850+80+450+4500+6400+31500）=3400元 

　　即二次回風係統比一次回風係統設備初投資節約3400元。對比實際工程中空調設備投資8萬(wan) 元，則設備初投資費用節約率為(wei) 4.25%。 

　　3.結論 

　　針對千級潔淨室“高潔淨、大風量、小熱量”的特點，在空調夏季運行工況，一次回風係統存在“冷凍除濕至露點――再升溫至舒適溫度送入潔淨室”的能源反複消耗，而二次回風係統隻用潔淨室本身的二次回風來加熱冷卻後的空氣，不再額外消耗能源，因此更加節能。而且由於(yu) 二次回風係統的製冷機組和表冷器相對變小，抵消管道、閥門和自控元件的增加部分，設備初投資還低於(yu) 一次回風係統。 

　　“二次回風係統”已在千級潔淨室項目中采用，經工程實際檢測，其潔淨度和溫濕度均滿足要求。