【摘要】在潔凈室設計中，空調系統的設計決定著(zhù)潔凈室的運行費用。本文對千級潔凈室的節能設計進(jìn)行了說(shuō)明，重點(diǎn)介紹了空調系統設計的兩種方案―“一次回風(fēng)系統”和“二次回風(fēng)系統”，針對千級潔凈室“高潔凈、大風(fēng)量、小熱量”的特點(diǎn)，選定“二次回風(fēng)系統”，不但降低了設備初投資，還大大節約了運行費用。 
　　【關(guān)鍵詞】節能；大風(fēng)量；小熱量；二次回風(fēng)系統

 
　　0.引言 
　　秉承國家“大力倡導節約能源，強調可持續發(fā)展”的方針和用戶(hù)的節能要求，積極尋求在潔凈室“耗能大戶(hù)”―空調系統上的節能新途徑，針對千級潔凈室“高潔凈、大風(fēng)量、小熱量”的特點(diǎn)，選定“二次回風(fēng)空調系統”，不但降低了設備初投資，還大大節約了運行費用。 
　　1.千級潔凈室工程設計 
　　1.1潔凈室技術(shù)簡(jiǎn)介 
　　潔凈室就是為保持室內要求的潔凈度等級，采用空氣過(guò)濾、溫濕度調節等措施所盡力創(chuàng )造的室內空間，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。 
　　1.2千級潔凈室設計 
　　1.2.1潔凈室主要參數計算 
　　潔凈室的主要性能指標有：潔凈度、溫濕度、照度、噪聲等。 
　?。?）潔凈度計算。 
　　送風(fēng)量（換氣次數）是潔凈度的量化指標，每一種潔凈度級別均對應著(zhù)不同的換氣次數。按照《潔凈廠(chǎng)房設計規范》，1000級潔凈室的換氣次數可取n=50～60次/h，100000級潔凈室的換氣次數可取n=10～15次/h。 
　　送風(fēng)量V=∑（A*n）=（28*2.5*60+35*2.5*15）*105%=6000m3/h 
　　新風(fēng)量VW 
　　新風(fēng)的冷（熱）濕負荷很大，最大可占到整個(gè)潔凈室的1/2以上，為節約能源，就要盡可能地減小新風(fēng)量。按照GB50073-2001《潔凈廠(chǎng)房設計規范》，當室內人數為10人時(shí)，滿(mǎn)足人員衛生要求新風(fēng)量為：VW1=40m3/h.人*10=400m3/h 
　　為滿(mǎn)足對非潔凈室最小壓差10Pa要求，新風(fēng)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。 
　　空調系統是實(shí)現潔凈室溫濕度控制的保證，設計合理的空調系統不但可以精確控制潔凈室的溫濕度，還能最大限度的節約能源?？照{系統有“一次回風(fēng)系統”和“二次回風(fēng)系統”兩種方案，針對千級潔凈室“高潔凈、大風(fēng)量、小熱量”的特點(diǎn)，通過(guò)計算對比，認為二次回風(fēng)系統比一次回風(fēng)系統更加節能，并在本工程中采用。 
　　1.2.2潔凈室主要施工圖紙設計 
　　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、電氣自控、工藝管道等多種專(zhuān)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、兩大部分。 
　　千級潔凈室設計為亂流形式，帶風(fēng)量擴散板的高效過(guò)濾器送風(fēng)口均勻布置在潔凈室的頂部，潔凈室側墻下部布置帶初效濾料的鋁合金百葉回風(fēng)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(guò)程中散發(fā)的有害氣體，在輔助間設置了1套排風(fēng)量為3000m3/h的帶排風(fēng)清洗工作臺。由于清洗工作臺并不是連續使用，為節約能源，設計了1個(gè)輔助間排、送風(fēng)聯(lián)鎖系統，系統由電動(dòng)密閉風(fēng)閥、初中高三級過(guò)濾器、送風(fēng)機、管道組成送風(fēng)系統，高效過(guò)濾器布置在輔助間排風(fēng)工作臺的正上方，與設在清洗工作臺下部的排風(fēng)口一起快速排出有害氣體。送風(fēng)機與排風(fēng)機同時(shí)啟停，既保證了排風(fēng)時(shí)室內相對非潔凈區的正壓，又節約了能源。 
　　1.3潔凈室空調系統節能途徑 
　　總結以上措施，千級潔凈室的節能途徑有以下三條： 
　?。?）確定合適新風(fēng)量。 
　?。?）輔助間排、送風(fēng)聯(lián)鎖系統設置。 
　?。?）合理選擇潔凈室凈化空調系統方案，采用二次回風(fēng)空調系統。 
　　2.潔凈室空調系統節能設計 
　　2.1設計參數 
　　2.1.1室外設計參數 
　　按照《中國建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數據集》取值（天津市）： 
　　冬季空調室外計算干球溫度：-9.4℃冬季空調室外計算相對濕度：73%。 
　　夏季空調室外計算干球溫度：33.9℃季空調室外計算濕球溫度：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(fēng)凈化空調系統 
　　2.2.1潔凈室一次回風(fēng)凈化空調原理圖 
　　圖1千級潔凈室一次回風(fēng)凈化空調原理圖 
　　新風(fēng)經(jīng)初效過(guò)濾后進(jìn)入到組合式凈化空調機組的混風(fēng)段，與從潔凈室內回收的空氣一起經(jīng)過(guò)換熱器的加熱（冷卻除濕）處理后，依次通過(guò)殺菌段、電加熱段、風(fēng)機段、均流消聲段、中效過(guò)濾段，通過(guò)潔凈風(fēng)管送入潔凈室。 
　　2.2.2潔凈室一次回風(fēng)各狀態(tài)點(diǎn)確定 
　?。?）一次回風(fēng)熱濕處理過(guò)程為： 
　　其中：W―室外狀態(tài)點(diǎn)（新風(fēng)）N―室內狀態(tài)點(diǎn)（回風(fēng)）C―混合狀態(tài)點(diǎn)。 
　　L―機器露點(diǎn) O―送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn) ε―潔凈室熱濕比，ε=Δi/Δd=10.5/1.8*3600=21000KJ/Kg。 
　?。?）潔凈室一次回風(fēng)各狀態(tài)點(diǎn)參數計算，結果見(jiàn)表2： 
　　表2一次回風(fēng)系統狀態(tài)點(diǎn)參數 
　　1）狀態(tài)點(diǎn)C的計算： 
　　根據熱平衡方程，i×V=i×V+i×V 
　　式中， iC、VC為狀態(tài)點(diǎn)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(diǎn)C的焓值為：iC=57.8KJ/Kg 
　　根據濕平衡方程，d×V=d×V+d×V 
　　式中，dC為狀態(tài)點(diǎn)C的含濕量，單位為g/Kg，dW、dN已知，則狀態(tài)點(diǎn)C的含濕量為：dC=12.5g/Kg。 
　　2）狀態(tài)點(diǎn)O的計算： 
　　根據熱平衡方程，Δi=m*(iN-iO) 
　　式中，Δi為潔凈室內余熱量，單位為Kw，m為潔凈室內送風(fēng)的質(zhì)量流量，單位為Kg/s，iN已知，則狀態(tài)點(diǎn)O的焓值為：iO=50.6KJ/Kg。 
　　根據濕平衡方程，Δd=m*(dN-dO) 
　　式中， Δd為潔凈室內余濕量，單位為Kg/h，m為潔凈室內送風(fēng)的質(zhì)量流量，單位為Kg/s，dN已知，則狀態(tài)點(diǎn)O的含濕量為：dO=11.8g/Kg。 
　　2.2.3一次回風(fēng)系統制冷機組冷負荷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(fēng)凈化空調系統 
　　2.3.1潔凈室二次回風(fēng)凈化空調原理圖，即千級潔凈室凈化空調原理圖。 
　　圖2千級潔凈室凈化空調原理圖 
　　新風(fēng)經(jīng)初效過(guò)濾后進(jìn)入到組合式凈化空調機組的混風(fēng)段，從潔凈室內回收的空氣分成兩部分―一次回風(fēng)和二次回風(fēng)，新風(fēng)與一次回風(fēng)經(jīng)過(guò)換熱器的加熱（冷卻除濕）處理后，與二次回風(fēng)一起加濕（必要時(shí)）后依次通過(guò)殺菌段、電加熱段、風(fēng)機段、均流消聲段、中效過(guò)濾段，通過(guò)潔凈風(fēng)管送入潔凈室。 
　　2.3.2潔凈室二次回風(fēng)各狀態(tài)點(diǎn)確定 
　?。?）二次回風(fēng)熱濕處理過(guò)程為： 
　　其中：W―室外狀態(tài)點(diǎn)（新風(fēng)）N1―室內一次回風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)（回風(fēng)） 
　　N2―室內二次回風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)（回風(fēng)）C―一次混合狀態(tài)點(diǎn) 
　　L―機器露點(diǎn)O―送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)ε―潔凈室熱濕比，為21000KJ/Kg。 
　?。?）潔凈室二次回風(fēng)各狀態(tài)點(diǎn)參數計算，結果見(jiàn)表3： 
　　表3二次回風(fēng)系統狀態(tài)點(diǎn)參數 
　　1）一、二次回風(fēng)量VN1、VN2的計算： 
　　根據熱平衡和風(fēng)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(diǎn)C的計算： 
　　根據熱平衡和風(fēng)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(diǎn)C的焓值為：iC=59.4KJ/Kg。 
　　根據濕平衡方程d×V=d×VW+d×V 
　　式中，VW、VN1、dW、dN1均為已知，則狀態(tài)點(diǎn)C的含濕量為：dC= 12.9g/Kg 
　　2.3.3二次回風(fēng)系統制冷機組冷負荷QC及再熱量QH計算 
　　QC=mC*(iC-iL)=14.5KwQH=0 
　　2.4兩個(gè)系統耗能量對比 
　　2.4.1運行費用對比 
　　表4兩個(gè)系統耗能量對比 
　　在凈化空調系統中，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(fēng)空調系統相比一次回風(fēng)空調系統的節能量為（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(shí)計，則節電量為8832度， 
　　按電費1元/度計算，則節約運行費用為8832元。對比實(shí)際工程中空調設備投資8萬(wàn)元，則每年運行費用節約率為11.04%。 
　　2.4.2設備初投資對比 
　　表5兩個(gè)系統設備初投資對比 
　　根據上表，一次回風(fēng)系統與二次回風(fēng)系統設備初投資差值為： 
　?。?00+9600+38000）-（850+80+450+4500+6400+31500）=3400元 
　　即二次回風(fēng)系統比一次回風(fēng)系統設備初投資節約3400元。對比實(shí)際工程中空調設備投資8萬(wàn)元，則設備初投資費用節約率為4.25%。 
　　3.結論 
　　針對千級潔凈室“高潔凈、大風(fēng)量、小熱量”的特點(diǎn)，在空調夏季運行工況，一次回風(fēng)系統存在“冷凍除濕至露點(diǎn)――再升溫至舒適溫度送入潔凈室”的能源反復消耗，而二次回風(fēng)系統只用潔凈室本身的二次回風(fēng)來(lái)加熱冷卻后的空氣，不再額外消耗能源，因此更加節能。而且由于二次回風(fēng)系統的制冷機組和表冷器相對變小，抵消管道、閥門(mén)和自控元件的增加部分，設備初投資還低于一次回風(fēng)系統。 
　　“二次回風(fēng)系統”已在千級潔凈室項目中采用，經(jīng)工程實(shí)際檢測，其潔凈度和溫濕度均滿(mǎn)足要求。