一般空调系统的节能途径很多,如:风机、水泵的变频调节;低位热能利用;热回收;“冷热电”三联供等。本文仅就洁净室净化空调系统本身和空气热湿处理过程的优化角度浅谈洁净室的净化空调系统的节能。
一、洁净室净化空调系统的空气处理过程尽可能采用:一、二次回风;或空调机组(AHU)加风机过滤器机组(FFU);或新风机组MAU加风机过滤器机组(FFU)加干冷盘管(DC)的空气处理方案,最大限度地消除空气处理过程产生的冷热抵消的能源浪费。一般情况下,绝不采用一次回风的空气处理方案。因为洁净室的净化空调系统为满足洁净度的要求,其送风量很大,而消除室内余热余湿的送风温差很小,采用一次回风的空气处理方案时将新风与回风混合后的为了除湿要用大量的冷暈把全部送风量都处理到机械露点,然后再将全部空气再加热到送风点,一冷一热产生了大量的冷热抵消,造成了不必要的能源浪费。根据理论计算100m2的ISO 6级洁净室的送风量为18000 m3/h (60次/h换气),假设新风量为1500m3/h,洁净室要求的温度为23℃±1℃,相对湿度为50±5%;采用一次回风的空气处理方案,夏季所消耗的冷量为92.9KW (929 W/m2),再热量为33.8KW (338W/m2);而采用一、二次回风的空气处理方案,夏季所消耗的冷量只有47.5KW (475 W/m2)。同时,再热量为0;采用AHU+FFU的空气处理方案,夏季只要消耗45.8 KW (458 W/m2)的冷量,再热量为0。由此可见,净化空调系统的空气处理方案的优化,消除产生的冷热抵消现象是一条很好的节能途径。
二、控制新风量的大小,作到最小新风优先洁净室净化空调系统的新风量为了维持室内的正压,要能弥补室内工艺的排风量和维持正压渗漏风量,同时还要保证室内人员不小于40 m2/h人的新鲜空气量,新风量是不能减少的。
然而洁净室净化空调系统处理新风量的能耗是非常大的。从理论计算得出100m2的6级洁净室,其送风量为18000m3/h,假若新风比为5%,新风量为900m/h,其夏季处理900 m3/h新风所须的冷量为11.6 KW;占采用一、二次回风方案夏季空调总冷量38.3KW的30%;假如将新风比提高为10%,新风量为1800 m2/h,夏季处理1800 m2/h新风量所须的冷量为23.2 KW,占采用一、二次回风方案夏季空调总冷量50.2KW的46%;由上述结果新风量的增加处理新风花的冷量非常大,占总冷量的比例也非常大,因此,控制新风量的大小,作到最小新风量优先是洁净室净化空调系统节能的另一条有效途径。
控制新风量的方法就是尽量减少排风量和正压渗风量。减小工艺排风量的方法是将生产设备的排风措施尽量密闭,不仅减少了排风量,同时也能提高排风的效果;减少正压漏风量的方法很简单,就是在洁净室建造时强调围护结构的密封和风管的严密性。
三、风机温升不忽视,尽量降低风机温升负荷空调送风的空调机组、循环机组、新风机组以及FFU的风机温升负荷往往被忽视,但是风机温升产生的热负荷从理论公式计算或实际工况的实测结果来看都是非常大的,是不能忽视的,控制风机温升也是洁净室净化空调系统的节能措施。
风机在气流内的风机温升公式如下:
△tf=H/(Cρηfηd)
式中:△tf为风机温升(℃);H为风机全压(Pa);C为空气的比热容(1010J/kg·℃); ρ为空气的密度(1.2 kg/m3);ηf为风机效率;ηd为电机效率。
通过计算,净化空调系统所采用的空调机组的风机全压大约为1400Pa,其风机温升为1.5℃~1.6℃;FFU的风机全压约为300Pa,其风机温升为0.5℃。
例如100 m2 ISO 6级洁净室的净化送风量为18000m3/h,空调机组的风机温升为1.5℃,其产生的风机温升热负荷为9 KW;而6级洁净室室内产生的总显热负荷(包括围护结构传热、照明和人员的产热以及生产设备的产热)才只有17.5KW;其风机温升的负荷大约占室内总显热负荷的50%,相当可观。减少风机升负荷方法,就是不要无原则地加大风机的压头,尽量选用高效的风机和电机。
四、洁净室净化空调系统的能耗非常可观,因此,在洁净室设计、和建造和运行的全过程中,应尽可能采取必要的节能措施,在空气处理方案上要优化,应采用消除冷热抵消的节能方案。第要采取措施控制排风量和正压漏风量,做到最小新风量优先;同时,不能忽视风机温升,要选用高效节能的设备和合理确立风机压头,降低风机温升的负荷。
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