淺談現(xiàn)代化潔凈室空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計

　【摘要】在潔凈室設(shè)計中，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計決定著潔凈室的運行費用。本文對千級潔凈室的節(jié)能設(shè)計進行了說明，重點介紹了空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的兩種方案―“一次回風系統(tǒng)”和“二次回風系統(tǒng)”，針對千級潔凈室“高潔凈、大風量、小熱量”的特點，選定“二次回風系統(tǒng)”，不但降低了設(shè)備初投資，還大大節(jié)約了運行費用。 

　　【關(guān)鍵詞】節(jié)能；大風量；小熱量；二次回風系統(tǒng) 

　　0.引言 

　　秉承國家“大力倡導(dǎo)節(jié)約能源，強調(diào)可持續(xù)發(fā)展”的方針和用戶的節(jié)能要求，積極尋求在潔凈室“耗能大戶”―空調(diào)系統(tǒng)上的節(jié)能新途徑，針對千級潔凈室“高潔凈、大風量、小熱量”的特點，選定“二次回風空調(diào)系統(tǒng)”，不但降低了設(shè)備初投資，還大大節(jié)約了運行費用。 

　　1.千級潔凈室工程設(shè)計 

　　1.1潔凈室技術(shù)簡介 

　　潔凈室就是為保持室內(nèi)要求的潔凈度等級，采用空氣過濾、溫濕度調(diào)節(jié)等措施所盡力創(chuàng)造的室內(nèi)空間，是空氣潔凈技術(shù)創(chuàng)造潔凈微環(huán)境的最重要、最具代表性的措施。 

　　1.2千級潔凈室設(shè)計 

　　1.2.1潔凈室主要參數(shù)計算 

　　潔凈室的主要性能指標有：潔凈度、溫濕度、照度、噪聲等。 

　　（1）潔凈度計算。 

　　送風量（換氣次數(shù)）是潔凈度的量化指標，每一種潔凈度級別均對應(yīng)著不同的換氣次數(shù)。按照《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》，1000級潔凈室的換氣次數(shù)可取n=50～60次/h，100000級潔凈室的換氣次數(shù)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，最大可占到整個潔凈室的1/2以上，為節(jié)約能源，就要盡可能地減小新風量。按照GB50073-2001《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》，當室內(nèi)人數(shù)為10人時，滿足人員衛(wèi)生要求新風量為：VW1=40m3/h.人*10=400m3/h 

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

　　綜合以上條件，則：VW=Max（VW1，VW2）=400m3/h 

　?。?）溫濕度計算。 

　　空調(diào)系統(tǒng)是實現(xiàn)潔凈室溫濕度控制的保證，設(shè)計合理的空調(diào)系統(tǒng)不但可以精確控制潔凈室的溫濕度，還能最大限度的節(jié)約能源。空調(diào)系統(tǒng)有“一次回風系統(tǒng)”和“二次回風系統(tǒng)”兩種方案，針對千級潔凈室“高潔凈、大風量、小熱量”的特點，通過計算對比，認為二次回風系統(tǒng)比一次回風系統(tǒng)更加節(jié)能，并在本工程中采用。 

　　1.2.2潔凈室主要施工圖紙設(shè)計 

　　潔凈室是集建筑裝飾（與大氣相對隔斷的密閉裝修）、凈化空調(diào)、電氣自控、工藝管道等多種專業(yè)技術(shù)于一體的產(chǎn)物， 本潔凈室施工圖紙主要包括建筑裝飾、凈化空調(diào)、兩大部分。 

　　千級潔凈室設(shè)計為亂流形式，帶風量擴散板的高效過濾器送風口均勻布置在潔凈室的頂部，潔凈室側(cè)墻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，有利于將污染粒子快速帶出潔凈室。 

　　為盡快排除清洗過程中散發(fā)的有害氣體，在輔助間設(shè)置了1套排風量為3000m3/h的帶排風清洗工作臺。由于清洗工作臺并不是連續(xù)使用，為節(jié)約能源，設(shè)計了1個輔助間排、送風聯(lián)鎖系統(tǒng)，系統(tǒng)由電動密閉風閥、初中高三級過濾器、送風機、管道組成送風系統(tǒng)，高效過濾器布置在輔助間排風工作臺的正上方，與設(shè)在清洗工作臺下部的排風口一起快速排出有害氣體。送風機與排風機同時啟停，既保證了排風時室內(nèi)相對非潔凈區(qū)的正壓，又節(jié)約了能源。 

　　1.3潔凈室空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能途徑 

　　總結(jié)以上措施，千級潔凈室的節(jié)能途徑有以下三條： 

　?。?）確定合適新風量。 

　?。?）輔助間排、送風聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)置。 

　　（3）合理選擇潔凈室凈化空調(diào)系統(tǒng)方案，采用二次回風空調(diào)系統(tǒng)。 

　　2.潔凈室空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計 

　　2.1設(shè)計參數(shù) 

　　2.1.1室外設(shè)計參數(shù) 

　　按照《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》取值（天津市）： 

　　冬季空調(diào)室外計算干球溫度：-9.4℃冬季空調(diào)室外計算相對濕度：73%。 

　　夏季空調(diào)室外計算干球溫度：33.9℃季空調(diào)室外計算濕球溫度：26.9℃。 

　　2.1.2潔凈室余熱、余濕計算 

　　表1千級潔凈室余熱、余濕計算 

　　2.2潔凈室一次回風凈化空調(diào)系統(tǒng) 

　　2.2.1潔凈室一次回風凈化空調(diào)原理圖 

　　圖1千級潔凈室一次回風凈化空調(diào)原理圖 

　　新風經(jīng)初效過濾后進入到組合式凈化空調(diào)機組的混風段，與從潔凈室內(nèi)回收的空氣一起經(jīng)過換熱器的加熱（冷卻除濕）處理后，依次通過殺菌段、電加熱段、風機段、均流消聲段、中效過濾段，通過潔凈風管送入潔凈室。 

　　2.2.2潔凈室一次回風各狀態(tài)點確定 

　?。?）一次回風熱濕處理過程為： 

　　其中：W―室外狀態(tài)點（新風）N―室內(nèi)狀態(tài)點（回風）C―混合狀態(tài)點。 

　　L―機器露點 O―送風狀態(tài)點 ε―潔凈室熱濕比，ε=Δi/Δd=10.5/1.8*3600=21000KJ/Kg。 

　?。?）潔凈室一次回風各狀態(tài)點參數(shù)計算，結(jié)果見表2： 

　　表2一次回風系統(tǒng)狀態(tài)點參數(shù) 

　　1）狀態(tài)點C的計算： 

　　根據(jù)熱平衡方程，i×V=i×V+i×V 

　　式中， iC、VC為狀態(tài)點C的焓值和體積流量，單位分別為KJ/Kg和m3/h， 

　　VN=V-VW=5600m3/h， iW、iN已知， 

　　則狀態(tài)點C的焓值為：iC=57.8KJ/Kg 

　　根據(jù)濕平衡方程，d×V=d×V+d×V 

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

　　2）狀態(tài)點O的計算： 

　　根據(jù)熱平衡方程，Δi=m*(iN-iO) 

　　式中，Δi為潔凈室內(nèi)余熱量，單位為Kw，m為潔凈室內(nèi)送風的質(zhì)量流量，單位為Kg/s，iN已知，則狀態(tài)點O的焓值為：iO=50.6KJ/Kg。 

　　根據(jù)濕平衡方程，Δd=m*(dN-dO) 

　　式中， Δd為潔凈室內(nèi)余濕量，單位為Kg/h，m為潔凈室內(nèi)送風的質(zhì)量流量，單位為Kg/s，dN已知，則狀態(tài)點O的含濕量為：dO=11.8g/Kg。 

　　2.2.3一次回風系統(tǒng)制冷機組冷負荷QC及再熱量QH計算 

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

　　2.3潔凈室二次回風凈化空調(diào)系統(tǒng) 

　　2.3.1潔凈室二次回風凈化空調(diào)原理圖，即千級潔凈室凈化空調(diào)原理圖。 

　　圖2千級潔凈室凈化空調(diào)原理圖 

　　新風經(jīng)初效過濾后進入到組合式凈化空調(diào)機組的混風段，從潔凈室內(nèi)回收的空氣分成兩部分―一次回風和二次回風，新風與一次回風經(jīng)過換熱器的加熱（冷卻除濕）處理后，與二次回風一起加濕（必要時）后依次通過殺菌段、電加熱段、風機段、均流消聲段、中效過濾段，通過潔凈風管送入潔凈室。 

　　2.3.2潔凈室二次回風各狀態(tài)點確定 

　?。?）二次回風熱濕處理過程為： 

　　其中：W―室外狀態(tài)點（新風）N1―室內(nèi)一次回風狀態(tài)點（回風） 

　　N2―室內(nèi)二次回風狀態(tài)點（回風）C―一次混合狀態(tài)點 

　　L―機器露點O―送風狀態(tài)點ε―潔凈室熱濕比，為21000KJ/Kg。 

　?。?）潔凈室二次回風各狀態(tài)點參數(shù)計算，結(jié)果見表3： 

　　表3二次回風系統(tǒng)狀態(tài)點參數(shù) 

　　1）一、二次回風量VN1、VN2的計算： 

　　根據(jù)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均為已知，則VN1=2912.5m3/h，VN2=2987.5 m3/h。 

　　2）狀態(tài)點C的計算： 

　　根據(jù)熱平衡和風量平衡方程， 

　　VC=VW+VN1i×V=i×WN1+i×V 

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

　　根據(jù)濕平衡方程d×V=d×VW+d×V 

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

　　2.3.3二次回風系統(tǒng)制冷機組冷負荷QC及再熱量QH計算 

　　QC=mC*(iC-iL)=14.5KwQH=0 

　　2.4兩個系統(tǒng)耗能量對比 

　　2.4.1運行費用對比 

　　表4兩個系統(tǒng)耗能量對比 

　　在凈化空調(diào)系統(tǒng)中，為精確控溫，通常使用電加熱作為再熱，而直膨式制冷機的能效比為2.5～3.0（此處取2.8），因此千級潔凈室二次回風空調(diào)系統(tǒng)相比一次回風空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能量為（換算成電能）： 

　　6.8+（21.2-14.5）/2.8=9.2kw 

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

　　按電費1元/度計算，則節(jié)約運行費用為8832元。對比實際工程中空調(diào)設(shè)備投資8萬元，則每年運行費用節(jié)約率為11.04%。 

　　2.4.2設(shè)備初投資對比 

　　表5兩個系統(tǒng)設(shè)備初投資對比 

　　根據(jù)上表，一次回風系統(tǒng)與二次回風系統(tǒng)設(shè)備初投資差值為： 

　?。?00+9600+38000）-（850+80+450+4500+6400+31500）=3400元 

　　即二次回風系統(tǒng)比一次回風系統(tǒng)設(shè)備初投資節(jié)約3400元。對比實際工程中空調(diào)設(shè)備投資8萬元，則設(shè)備初投資費用節(jié)約率為4.25%。 

　　3.結(jié)論 

　　針對千級潔凈室“高潔凈、大風量、小熱量”的特點，在空調(diào)夏季運行工況，一次回風系統(tǒng)存在“冷凍除濕至露點――再升溫至舒適溫度送入潔凈室”的能源反復(fù)消耗，而二次回風系統(tǒng)只用潔凈室本身的二次回風來加熱冷卻后的空氣，不再額外消耗能源，因此更加節(jié)能。而且由于二次回風系統(tǒng)的制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(shè)備初投資還低于一次回風系統(tǒng)。 

　　“二次回風系統(tǒng)”已在千級潔凈室項目中采用，經(jīng)工程實際檢測，其潔凈度和溫濕度均滿足要求。