摘要：本文以千級無塵車間為例，分析了潔凈空調(diào)送風量、送風溫差以及送風狀態(tài)點的確定方法，介紹了DDC自動控制系統(tǒng)在無塵車間空氣處理過程中的應用，分析了在高熱少濕型無塵車間中常用的一次回風空氣處理方式，與傳統(tǒng)一次回風空氣處理過程相比較，在無塵車間空氣處理過程中應用合適的一次回風空氣處理方式，可節(jié)省再熱量及等量的冷量，同時應用DDC自動控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)變水量運行，精確控制空調(diào)溫濕度，節(jié)能效果顯著。
關(guān)鍵詞：送風量，一次回風，DDC自動控制，變水量，節(jié)能
在無塵車間的設計過程中，其送風量一般按換氣次數(shù)確定，對于百級以上無塵車間，其要求嚴格，為潔凈單向流，一般不按換氣次數(shù)確定，其送風量為：送風口有效面積*出風口風速（風速一般為0.25m/s~0.3 m/s，考慮衰減，一般取0.4 m/s ~0.45 m/s）。千級無塵車間：50～60次/h，萬級無塵車間：15～25次/h，十萬級無塵車間：10～15次/h[1]（對于高熱型電子廠房應還要按消除余熱去計算送風量，兩者取較大值）。其送風狀態(tài)點較之舒適性空調(diào)難確定?，F(xiàn)以某電子廠無塵車間夏季一次回風系統(tǒng)為例，設計參數(shù)見下表：
無塵車間設計參數(shù)表1
| 房間 | 凈化等級 | 換氣次數(shù) | 室外參數(shù) | 室內(nèi)設計參數(shù) | ||
| 干球溫度 | 濕球溫度 | 干球溫度 | 相對濕度 | |||
| m3/h | oC | oC | oC | % | ||
| 1 | 千級 | 55 | 35.7 | 28.5 | 24 | 55 |
| 2 | 萬級 | 25 | 35.7 | 28.5 | 24 | 55 |
| 3 | 十萬級 | 15 | 35.7 | 28.5 | 24 | 55 |
風量負荷計算見下表：熱濕比的定義為空氣的焓變化和濕量變化之比ε=Q/W??Q為室內(nèi)計算的熱負荷W為室內(nèi)計算是濕負荷
無塵車間風量負荷計算??????????????????????????????????表2
| 房間 | 面積 | 層高 | 換氣次數(shù) | 人員 | 送風量 | 余熱量
(熱負荷) |
余濕量 | 熱濕比 | 新風量 | 回風量 |
| m2 | m | m3/h | 個 | m3/h | kw | kg/s | ε | m3/h | m3/h | |
| 1 | 142 | 3 | 55 | 22 | 23430 | 40 | 0.00127 | 31621 | 2343 | 21087 |
| 2 | 136 | 3 | 25 | 18 | 10200 | 24 | 0.00104 | 23188 | 1020 | 9180 |
| 3 | 136 | 3 | 15 | 16 | 6120 | 20 | 0.00092 | 21739 | 612 | 5508 |
備注：新風量取10%
空氣處理過程：采用一次回風處理方式，室外新風與回風混合后處理至露點L，經(jīng)再熱后至送風狀態(tài)點O，由O點沿熱濕比線吸收室內(nèi)余熱余濕后，達到室內(nèi)狀態(tài)點。處理過程如下圖所示：
圖1：無塵車間一次回風空氣處理焓濕圖
由于潔凈空調(diào)是根據(jù)送風量來確定送風溫差（送風溫差較小），故一般不能采用露點送風。
各狀態(tài)點確定（以千級無塵車間為例）：
Δh=Q/G
Δh：室內(nèi)狀態(tài)點同送風狀態(tài)點的焓差（in-io）；
Q：室內(nèi)余熱；
G：房間送風量；
室內(nèi)狀態(tài)點焓值in為：50.26kJ/kg，Q：40 kw，G：23430 m3/h（7.81kg/s），可得：
Δh=40/7.81
=5.12kJ/kg
即可求出送風狀態(tài)點的焓值io=45.14 kJ/kg，過io作等焓線與熱濕比線（對于高熱型電子廠房，室內(nèi)散濕量極少，主要散濕源為人體散濕，熱濕比線近似于垂直，所以對回風的處理不能是除濕過程）的交點即可得送風狀態(tài)點O。L點：連接室內(nèi)點N與送風狀態(tài)點O，并延長與95%等相對濕度線相交，即得L點。M點：根據(jù)新回風混合，混合比等于新回風之反比，即NM/MW=新風量/回風量，即得M點。各狀點參數(shù)見下表：
各狀態(tài)點參數(shù)??????????????????????????????????表3
| 狀態(tài)點 | 干球溫度 | 濕球溫度 | 露點溫度 | 相對濕度 | 含濕量 | 焓 |
| oC | oC | oC | % | g/kg | kJ/kg | |
| N | 24 | 17.8 | 14.4 | 55 | 10.22 | 50.26 |
| W | 35.7 | 28.5 | 26.4 | 58.8 | 21.83 | 92.08 |
| M | 25.2 | 19.1 | 16.1 | 56.9 | 11.38 | 54.44 |
| L | 15.2 | 14.7 | 14.4 | 95 | 10.22 | 41.2 |
| O | 19 | 16.1 | 14.4 | 74.6 | 10.22 | 45.14 |
由圖可知：
室內(nèi)負荷：Q1=G*（in-io）
=7.81*5.12
=40kw
新風負荷：Q2=Gw*（iw-in）=G*（iw-in）
=0.781*41.82
=32.7kw
再熱量：?Q3=G*（io-il）
=7.81*3.94
=30.77kw
總負荷：Q= G*（iw-il）=Q1+Q2+Q3
=40+32.7+30.77
= 103.5kw
同理可計算其他幾間無塵車間的冷量同再熱量。
無塵車間一次回風冷量同再熱量?????????????????????????????表4
| 房間 | 面積 | 級別 | 送風量 | 余熱量 | 新風量 | 新風負荷 | 回風量 | 總負荷 | 再熱量 |
| m2 | m3/h | kw | m3/h | kw | m3/h | kw | kw | ||
| 1 | 142 | 千級 | 23430 | 40 | 2343 | 32.7 | 21087 | 72.7 | 30.77 |
| 2 | 136 | 萬級 | 10200 | 24 | 1020 | 14.2 | 9180 | 38.2 | 6.8 |
| 3 | 136 | 十萬級 | 6120 | 30 | 620 | 8.6 | 5508 | 28.6 | / |
對于上述十萬級無塵車間，若按規(guī)范所要求的換氣次數(shù)去確定其送風量，進而計算確定送風狀態(tài)點，可發(fā)現(xiàn)，由于送風量過小，在焓濕圖上找不這一狀態(tài)點，此時送風量必須按消除室內(nèi)余熱來計算（此情況下可采用露點送風，不須再熱）。
上述十萬級潔凈送風量：
G=Q/in-il
=30/(50.26-41.2)
=3.31kg/s（9933m3/h）
新風負荷：??????????????Gw=0.331*（92.08-50.26）
=13.84kw
觀察分析可知，在一次回風系統(tǒng)中須再熱，浪費能源，同時由于冷熱抵消，還要多消耗等量的冷量，不符合節(jié)能原則。
由于現(xiàn)階段，自動控制技術(shù)越來越成熟|參考：無塵室http://m.gxshunjiang.com/，大部分工程公司都采用PI控制器或DDC控制器來控制空調(diào)的溫濕度（控制冷凍水流量），控制原理如下圖所示：
圖2：DDC自動控制原理圖
控制原理：
安裝在回風管內(nèi)的溫度傳感器T檢測的溫度送至DDC與設定的點相比較，用比例積分控制，輸出相應的電壓控制電動調(diào)節(jié)閥M的開度，從而精確調(diào)節(jié)凍凍水流量，使送風溫度保持在所需要的范圍內(nèi)。
同理，安裝在回風管內(nèi)的濕度傳感器H所檢測的濕度送往DDC與設定值相比較，用比例積分控制輸出相應的電壓信號，控制表冷器電動調(diào)節(jié)閥或加濕器的電動調(diào)節(jié)閥的開度，控制除濕量或加濕量，使送風相對濕度保持在所要求的范圍內(nèi)。
由于DDC根據(jù)回風所反饋的溫濕度自動控制冷水的流量同加濕用蒸汽量，控制精確，故現(xiàn)對DDC的使用已走進了一個誤區(qū)：對于一次回風系統(tǒng)不使用再熱，完全依賴DDC的自動控制，即室內(nèi)多少負荷，通過DDC控制電動閥，給冷盤管多少冷凍水量，或相當一部分人認為，用DDC控制冷凍水量，便處理過的空氣直接達到送風狀態(tài)點，省去再熱量同等量的冷量。通過分析可知，僅用DDC控制不能使空氣狀態(tài)直接達到送風狀態(tài)點。結(jié)合焓濕圖，詳細分析如下：
方案1:從焓濕圖可看出：從M點到O點是一個降溫除濕過程，但O點不是露點，且線段MO上任一點都不存在露點，故從M點直接處理至O點是不可能實現(xiàn)的。
方案2：從焓濕圖可看出：從M點到L點是等濕過程（即提供的冷凍水溫度高于其露點，即干盤管），從L點到O點為等焓除濕過程，這一個過程難以實現(xiàn)。
方案3：從焓濕圖可看出：新風集中處理至露點L（承擔部分室負荷），室內(nèi)回風處理至L’點（等濕過程），處理過的新風同回風的混合點剛好在送風狀態(tài)點O上：L’O/OL=新風量/回風量。
此種空氣處理方式，新風由新風機組集中處理，再與處理過的回風混合至送風狀態(tài)點，省去再熱量，適用于多????????????????????????????圖5：方案3空氣處理焓濕圖??????個回風機組集中布置。
對于此種空氣處理方式，回風機組同新風機組對冷凍水水溫要求不同，由于冷水機組的冷凍水供回水溫度通常為7oC-12oC，故新風機組直接引自冷水機組冷凍水即可，而回風機組所用冷凍水則須經(jīng)換熱器換熱?；仫L處理狀態(tài)點可由DDC控制系統(tǒng)精確控制。各狀態(tài)點參數(shù)如下表所示：
一次回風各狀態(tài)點參數(shù)????????????????????????????????表5
| 狀態(tài)點 | 干球溫度 | 濕球溫度 | 露點溫度 | 相對濕度 | 含濕量 | 焓 |
| oC | oC | oC | % | g/kg | kJ/kg | |
| N | 24 | 17.8 | 14.4 | 55 | 10.22 | 50.26 |
| W | 35.7 | 28.5 | 26.4 | 58.8 | 21.83 | 92.08 |
| L’ | 19.5 | 16.3 | 14.4 | 72.6 | 10.22 | 45.58 |
| L | 15.2 | 14.7 | 14.4 | 95 | 10.22 | 41.2 |
| O | 19 | 16.1 | 14.4 | 74.6 | 10.22 | 45.14 |
由圖可知：
新風負荷：Q1=Gw*（iw-il）
=0.781*50.88
=39.7kw
回風負荷：Q2=(G-Gw)*（in-il’）
=7.03*4.68
=32.9kw
總冷負荷：Q=Q1+Q2
=39.7+32.9
=72.9kw
同理可計算其他無塵車間新風負荷同回風負荷：
無塵車間新風負荷、回風負荷???????????????????????????表6
| 房間 | 面積 | 送風量 | 新風量 | 新風負荷 | 回風量 | 回風負荷 | 總負荷 |
| m2 | m3/h | m3/h | kw | m3/h | kw | kw | |
| 1 | 142 | 23430 | 2343 | 39.7 | 21087 | 32.9 | 72.6 |
| 2 | 136 | 10200 | 1020 | 17.3 | 9180 | 20.87 | 38.17 |
備注：上述十萬級無塵車間采用圖1所示空氣處理方式（露點送風）。
兩種空氣處理方式能量消耗對比如下表所示：
兩種空氣處理方式能量消耗????????????????????????????表7
| 房間 | 面積 | 再熱式一次回風 | 非再熱式 | 節(jié)省冷量 | 節(jié)省量 | 節(jié)省再熱量 | ||
| 冷量 | 再熱量 | 總冷量 | 冷量 | |||||
| m2 | kw | kw | kw | kw | kw | % | kw | |
| 1 | 142 | 72.7 | 30.77 | 103.47 | 72.6 | 30.77 | 29.7 | 30.77 |
| 2 | 136 | 38.2 | 6.8 | 45 | 38.17 | 6.8 | 15.1 | 6.8 |
通過觀察可知：總冷負荷與再熱式一次回風系統(tǒng)的室內(nèi)負荷+新風負荷的總和相等，即用些種空氣處理方式省掉了再熱量,同時還有相應等量的冷量,節(jié)能效益相當可觀.
DDC控制原理圖：
圖6：方案3DDC自動控制原理圖
當室內(nèi)余熱增大時，溫度傳感器所反饋的溫度值大于DDC系統(tǒng)的設定值，DDC通過所反饋的信號去控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，增大冷凍水流量從而提高送風溫差，才能消除室內(nèi)余熱，即送風狀態(tài)點O下移。相應的回風處理狀態(tài)點L’也下移。L’O/OL=新風量/回風量。
同理，當室內(nèi)余熱減少時，調(diào)節(jié)過程與室內(nèi)余熱量增大時相反。
從焓濕圖上可看出此種空氣處理方式有一個特點：熱濕比大，回風處理為等濕處理。此種空氣處理方式對于低熱高濕型無塵車間是否也可行呢？我們可從焓濕圖上加以分析：
從焓濕圖可看出：新風集中處理至露點L（承擔部分室負荷），室內(nèi)回風處理至L’點，為降溫除濕過程，L’點為非露點，故這一過程不可能實現(xiàn)。
綜上分析，此種一次回風空氣處理方式僅適用于高熱少濕型無塵車間。對于低熱高濕型無塵車間不能僅依靠DDC控制，必須采用再熱，才得到相適的送風狀態(tài)點，為節(jié)約能源，建議采用采用二次回風方式（空氣調(diào)節(jié)教材上已有詳細敘述，故在此不再贅述）。
結(jié)論：通過以上分析對比可以看出，針對高熱少濕型無塵車間，采用合適的空氣處理方式，可以達到節(jié)能目的，潔凈級別越高，節(jié)能效果越明顯。但對于低級別無塵車間節(jié)能效果不大，在實際建設中，從節(jié)能和投資的角度綜合考慮，采用常規(guī)一次回風（圖示所示空氣處理方式）更為合算。
參考文獻
[1] GB 50073-2001潔凈廠房設計規(guī)范.
kg/s?為單位時間內(nèi)通過介質(zhì)的質(zhì)量
m3/h為單位時間內(nèi)通過介質(zhì)的體積
我們一般采用的空氣密度是指在0攝氏度、絕對標準指標下，密度為1.293kg/m3
通常情況下，即20攝氏度時，取1.205kg/m3。
公式m=p*v?P設為密度,1kg/s=1.205*3600m3/h=4338m3/h
