常見的淨化間空調系統簡介

對于潔淨級别較高(Class5以上)的淨化間空調系統,通常是由FFU(filterfanunits)和冷盤管及新風機3個主要部分組成。其中:FFU的作用是潔淨空氣,是由高效過濾器和風機組成的一個整體,風機為高效靜音風機,最好能變頻控制,這樣可以通過調節風機的轉速使過濾器初阻力與終阻力平衡,使得 FFU出口風速始終保持恒定;冷盤管的作用則是控制淨化間的溫度;新風機的作用是控制淨化間的濕度和壓差,對于溫濕度要求高的淨化間,新風機還須配備除濕機和加濕器。而且為了準确控制淨化間的壓差,新風機内的風機通常需要變頻控制,通過調節風機的轉速來平衡淨化間的壓差。常見的淨化間空氣流程示意圖如圖1所示。

常規闆式換熱器産生中溫水的方法、

潔淨室内的空調溫度通常由冷盤管控制:潔淨室内的空氣流經回風夾道後與冷盤管内的冷水進行熱交換從而起到降溫作用。對于較高級别的潔淨室,由于潔淨室内的生産設備、照明、FFU等 産生的熱負荷相對較大,常年需要制冷,因此一般的冷盤管内隻有冷水而不需要熱水。一個好的設計方案不但要求淨化間的溫度能被精确控制,平穩運行,而且要求節能。通常,設計淨化間時由于原有廠房高度有限,淨化間施工後吊頂内有各種管道和電纜橋架,以及風管和FFU等設備,所以有限的吊頂空間會變得更小。為了便于檢修及防止吊頂内積灰,通常要求吊頂内的管線越少越好。

因此最好不要再為冷盤管安裝冷凝水管和冷凝水集水盤,這就要求冷盤管不能有凝結水産生。為了使冷盤管不産生凝結水,要求進入冷盤管的冷凍水的溫度不宜太低,一般要求為12～17℃的中溫水。而冷凍機通常隻能提供5～10℃的冷凍水,因此大多數設計方案是通過闆式換熱器來産生中溫水的。但是闆式換熱器有以下缺點：

①闆式換熱器的水阻力大(一般都在100kPa左右),這會增加一次冷凍水循環泵和二次中溫水循環泵的揚程,無形中增大了水泵的功率,産生了相當大的能耗。

②在熱交換過程中能量損失較大。冷凍水和中溫水在換熱過程中有相當一部分能量是以其他方式損耗掉,而不能全部轉換。

③保養維護費用高。由于闆式換熱器内管道結構複雜,很容易堵塞,因此對水質要求較高,須要定期維護和清洗。

④須要增加補水管。因為闆式換熱器的兩側是二次中溫水循環系統和一次冷凍水循環系統,相互獨立。闆式換熱器換熱過程如圖2所示。

冷凍水和空調回水按比例混合産生中溫水的方法

筆者介紹一種用冷凍水和空調回水按比例混合産生中溫水的方法,與闆式換熱器産生中溫水的方法相比,其優點有:

①節能。一次冷凍水循環泵和二次中溫水循環泵的功率小,水泵不須克服闆式換熱器的水阻而增加揚程,每年會節約大量的電能。

②在熱交換過程中幾乎沒有能量損失。由于其是由冷凍水和中溫回水在管道内按一定比例直接混合,所以不存在能量交換過程中的損失。

③可以不設置補水管。因為二次循環系統與冷凍水一次循環系統通過管道相互連接,将2個系統連接後形成一個大系統。

④保養維護費用低。相對于闆式換熱器系統而言,對水質的要求低,且清洗次數少。

⑤不須要購置闆式換熱器,減少了初期投資。

其原理為:在一次冷凍水循環系統(送/回水 溫度為7℃/12℃)和二次中溫水循環系統(送/回水溫度為12℃/17℃)間增加一組精度動态電動流量平衡調節閥(簡稱電動調節閥),它由安裝在二次中溫水循環管道内的溫度傳感器控制。

當二次中溫水循環管道内的溫度低于設定值時,溫度傳感器反饋的信号會指令電動調節閥逐漸關閉,使進入二次中溫水循環系統的低溫冷凍水減少,使得二次中溫水循環管道内的水溫在有熱負荷的情況下逐漸升高,淨化間的溫度也會随之升高;反之則逐漸打開電動調節閥,進入二次中溫水循環系統的低溫冷凍水逐漸增加,使得二次中溫水循環管道内的水溫逐漸降低,淨化間的溫度也會随之降低。如圖3所示。

其設計條件有:

①一次冷凍水循環系統為一個較大的系統。其末端不僅僅有冷盤管,還應有新風機或其他非淨化間空調。這樣整個一次冷凍水循環系統的運行就會相對穩定,不會因為電動調節閥的開關而影響一次冷凍水循環系統的正常運行,出現冷凍機負荷變化較大而影響正常啟停的現象。②二次中溫水循環泵的揚程計算要準确,不能比實際阻力大很多。以防止二次中溫水循環系統管道内的壓力太高,而使一次冷凍水循環系統管道内的低溫冷凍水無法進入二次中溫水循環系統管道内。③從一次冷凍水循環系統進入二次中溫水循環系統的電動調節閥的管道要安裝在二次中溫水循環泵的入口處,這樣确保冷凍水更容易進入,達到更好的效果。在設計潔淨室空調水系統時,大多數潔淨室空調冷凍水系統末端除了有冷盤管外,通常還會有新風機和其他的非淨化間空調。即除了中溫水系統外,還有低溫冷凍水系統,因此這個條件一般都具備。另外,常見的空調水系統中,一次冷凍水循環系統的設備較多,相對管路也較長,而二次中溫水循環系統内隻有冷盤管設備,管路系統也相對簡單。因此二次中溫水循環泵的揚程都要小于一次冷凍水循環泵的揚程。即一次冷凍水循環系統中的水很容易進入二次中溫水循環系統。而第三個條件在施工時也容易做到。因此,該方案在潔淨室空調設計中的實用性很高,在其他空調冷凍水系統中需要産生中溫水的應用範圍也很廣。例如“希捷科技(蘇州)有限公司淨化間改造”項目(于2006年8月竣工)為5000m2的百級(ISO Class 5)潔淨車間和約6000m2的普通空調區,淨化間由FFU和幹盤管(因冷盤管無冷凝水産生,所以稱幹盤管)及新風機組成。從淨化室内通過高架地闆流到回風夾道内的空氣,經幹盤管冷卻後再由FFU循環送入潔淨車間。而室外新風先經水洗機水洗處理(希捷要求潔淨室的新風要經過純水洗滌,将新風中所含的部分有機物和一些雜質去掉)後,送入新風處理機,在夏季時經表冷器和除濕機的先後除濕(在冬季時經過加濕器的加濕處理)後,再送入潔淨車間的吊頂,與潔淨室内的循環空氣相互混合。新風機的冷源為5 ～10℃冷凍水,由冷凍機的一次循環水泵提供;幹盤管的冷源為12～17℃的中溫水,由二次中溫水循環水泵提供。該項目竣工後經第三方認證公司測試,各項指标全部符合ISO 146442Class 5 的要求,項目完工驗收後一直在生産和運行,淨化間在運行中監測到的各項指标非常穩定。其中的冷凍水流程(包括中溫水)系統如圖4所示。

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