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洁净室一次回风处理过程

发表时间:2021-03-24 15:18

洁净室一次回风处理过程及DDC控制、节能分析

摘要:本文以千级洁净室为例,分析了洁净空调送风量、送风温差以及送风状态点的确定方法,介绍了DDC自动控制系统在洁净室空气处理过程中的应用,分析了在高热少湿型洁净室中常用的一次回风空气处理方式,与传统一次回风空气处理过程相比较,在洁净室空气处理过程中应用合适的一次回风空气处理方式,可节省再热量及等量的冷量,同时应用DDC自动控制系统,可实现变水量运行,精确控制空调温湿度,节能效果显著。

关键词:送风量,一次回风,DDC自动控制,变水量,节能

在洁净室的设计过程中,其送风量一般按换气次数确定,对于百级以上洁净室,其要求严格,为洁净单向流,一般不按换气次数确定,其送风量为:送风口有效面积*出风口风速(风速一般为0.25m/s~0.3 m/s,考虑衰减,一般取0.4 m/s ~0.45 m/s)。千级洁净室:50~60次/h,万级洁净室:15~25/h,十万级洁净室:10~15次/h[1](对于高热型电子厂房应还要按消除余热去计算送风量,两者取较大值)。其送风状态点较之舒适性空调难确定。现以某电子厂洁净室夏季一次回风系统为例,设计参数见下表:

            

风量负荷计算见下表:


备注:新风量取10%

空气处理过程:采用一次回风处理方式,室外新风与回风混合后处理至露点L,经再热后至送风状态点O,由O点沿热湿比线吸收室内余热余湿后,达到室内状态点。处理过程如下图所示:


由于洁净空调是根据送风量来确定送风温差(送风温差较小),故一般不能采用露点送风。

各状态点确定(以千级洁净室为例):

Δh=Q/G

Δh:室内状态点同送风状态点的焓差(in-io);

Q:室内余热;

G:房间送风量;

室内状态点焓值in为:50.26kJ/kgQ40 kw,G23430 m3/h(7.81kg/s),可得:

Δh=40/7.81

=5.12kJ/kg

即可求出送风状态点的焓值io =45.14 kJ/kg,过io作等焓线与热湿比线(对于高热型电子厂房,室内散湿量极少,主要散湿源为人体散湿,热湿比线近似于垂直,所以对回风的处理不能是除湿过程)的交点即可得送风状态点OL点:连接室内点N与送风状态点O,并延长与95%等相对湿度线相交,即得L点。M点:根据新回风混合,混合比等于新回风之反比,即NM/MW=新风量/回风量,即得M点。各状点参数见下表:


由图可知:

室内负荷:Q1=G*in-io

            =7.81*5.12

            =40kw

新风负荷:Q2=Gw*iw-in=G*iw-in

            =0.781*41.82

            =32.7kw

再热量:   Q3=G*io-il

         =7.81*3.94

=30.77kw

总负荷:Q= G*iw-il=Q1+Q2+Q3

=40+32.7+30.77

= 103.5kw

同理可计算其他几间洁净室的冷量同再热量。

对于上述十万级洁净室,若按规范所要求的换气次数去确定其送风量,进而计算确定送风状态点,可发现,由于送风量过小,在焓湿图上找不这一状态点,此时送风量必须按消除室内余热来计算(此情况下可采用露点送风,不须再热)。

上述十万级洁净送风量:

G=Q/in-il

=30/(50.26-41.2)

=3.31kg/s9933m3/h

新风负荷:               Gw=0.331*92.08-50.26

                           =13.84kw

由于现阶段,自动控制技术越来越成熟,大部分工程公司都采用PI控制器或DDC控制器来控制空调的温湿度(控制冷冻水流量),控制原理如下图所示:

2DDC自动控制原理图


控制原理:

    安装在回风管内的温度传感器T检测的温度送至DDC与设定的点相比较,用比例积分控制,输出相应的电压控制电动调节阀M的开度,从而精确调节冻冻水流量,使送风温度保持在所需要的范围内。

同理,安装在回风管内的湿度传感器H所检测的湿度送往DDC与设定值相比较,用比例积分控制输出相应的电压信号,控制表冷器电动调节阀或加湿器的电动调节阀的开度,控制除湿量或加湿量,使送风相对湿度保持在所要求的范围内。

由于DDC根据回风所反馈的温湿度自动控制冷水的流量同加湿用蒸汽量,控制精确,故现对DDC的使用已走进了一个误区:对于一次回风系统不使用再热,完全依赖DDC的自动控制,即室内多少负荷,通过DDC控制电动阀,给冷盘管多少冷冻水量,或相当一部分人认为,用DDC控制冷冻水量,便处理过的空气直接达到送风状态点,省去再热量同等量的冷量。通过分析可知,仅用DDC控制不能使空气状态直接达到送风状态点。结合焓湿图,详细分析如下:

3:方案1空气处理焓湿图                  4:方案2空气处理焓湿图

方案1:从焓湿图可看出:从M点到O点是一个降温除湿过程,但O点不是露点,且线段MO上任一点都不存在露点,故从M点直接处理至O点是不可能实现的。

点为等焓除湿过程,这一个过程难以实现。

                                               

由图可知:

新风负荷:Q1=Gw*iw-il

            =0.781*50.88

            =39.7kw

回风负荷:Q2=(G-Gw)*in-il’

            =7.03*4.68

            =32.9kw

总冷负荷:Q=Q1+Q2

=39.7+32.9

=72.9kw

同理可计算其他洁净室新风负荷同回风负荷:


 通过观察可知:总冷负荷与再热式一次回风系统的室内负荷+新风负荷的总和相等,即用些种空气处理方式省掉了再热量,同时还有相应等量的冷量,节能效益相当可观.


DDC控制原理图:


当室内余热增大时,温度传感器所反馈的温度值大于DDC系统的设定值,DDC通过所反馈的信号去控制电动调节阀的开度,增大冷冻水流量从而提高送风温差,才能消除室内余热,即送风状态点O下移。相应的回风处理状态点L’也下移。L’O/OL=新风量/回风量。

同理,当室内余热减少时,调节过程与室内余热量增大时相反。


综上分析,此种一次回风空气处理方式仅适用于高热少湿型洁净室。对于低热高湿型洁净室不能仅依靠DDC控制,必须采用再热,才得到相适的送风状态点,为节约能源,建议采用采用二次回风方式(空气调节教材上已有详细叙述,故在此不再赘述)。

结论:通过以上分析对比可以看出,针对高热少湿型洁净室,采用合适的空气处理方式,可以达到节能目的,洁净级别越高,节能效果越明显。但对于低级别洁净室节能效果不大,在实际建设中,从节能和投资的角度综合考虑,采用常规一次回风(图示所示空气处理方式)更为合算。

参考文献

[1] GB 50073-2001 洁净厂房设计规范.

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