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洁净厂房空调系统的特点介绍

发布时间:2019-09-21

1 洁净厂房空调系统的特点
由于洁净厂房的空调系统的作用与普通民用空调系统存在着较大的不同,这也使得洁净厂房空调系统呈现出了一些不同于民用空调系统的特点,无论是对环境的洁净度,还是对温度、湿度、震动和噪声都有比较严格的要求。总的来看,洁净厂房空调系统的特点主要表现在以下三个方面:
1.1 运行成本高
洁净厂房由于洁净等级的需要,需要采用大量的送风和排风过滤系统,这使运行成本大大增加,相对于同等规模的办公建筑,洁净厂房空调系统的运行能耗要提高10~30倍。以单向流洁净室为例,单向流的洁净度一般控制在ISO5级以上,一个高为3m、面积为500m2的洁净厂房如果采用上送下回的垂直单向流形式,厂房内的送风口风速控制在0.2~0.35m/s之间时,那么洁净厂房空调系统的换气次数已经达到了24~60次/h,这会导致巨大的电能消耗。另外,洁净厂房的空调系统散热量也很大,由于产品生产过程中对温度和湿度都有比较严格的要求,因此导致能耗进一步增大,这大大增加了运行成本。
1.2 新风负荷大
在电子厂房的生产过程中,由于经常产生一些有害气体,因此为了通过排风的形式将这些有害气体及时加以排除,就需要将空调系统的新风量加大。与空调系统的风机温升负荷和工艺设备散热负荷相比,新风冷负荷是这三者中最大的。对于一般的电子洁净厂房来说,其所需的平均新风量一般维持在45~60m3/(h·m2)。
1.3 风机全压高
在洁净厂房净化空调系统中的过滤器很多,这使得过滤器总的阻力大大增加。以空调系统中的高效过滤器为例,其初阻力和终阻力分别达到了200Pa和400Pa以上。而对于要求比较高的洁净厂房来说,其阻力会更大,其新风通常要求进行三级过滤,另外还要进行化学过滤,这使得新风过滤机组的总阻力达到了2500Pa以上,为了克服过滤系统的阻力,需要增大风机全压,这使得系统的能耗大大增加。
以上三点是洁净厂房空调系统三个比较显著的特点,这三个特点造成了洁净厂房空调系统的高能耗和运行成本增加。因此,在设计和运行过程中采取措施实现洁净厂房空调系统的节能意义重大。
2 洁净厂房空调系统的节能分析
由于洁净厂房空调系统有着一般民用空调所共有的特点,因此适合于一般空调系统的节能措施,如排风热回收、系统变流量等措施都可以用于洁净厂房空调系统的节能。但由于洁净厂房空调系统又有着自己特有的一些特点,因此洁净厂房空调系统的节能工作要针对其特点进行。本人结合自己多年的工作经验,提出以下三点措施:
2.1 合理布置工艺管线
洁净厂房空调系统的管线较多,在设计时对管线进行合理布置能在达到设计要求的条件下大大降低系统的能耗。以笔者作为机电工作的主设计师所负责的一个洁净厂房空调系统的节能设计为例对此进行分析。1998年,笔者负责了苏州新加坡工业园区Emerson涡轮机项目洁净厂房的空调系统设计工作。在这个项目中,美国公司出于人文考虑,要求车间的工作环境能够达到人体舒适的状态,而由于生产工艺的特性,出炉的压缩机毛胚温度相当高,如果按照一般的热负荷计算方法计算,势必需要设计相当大的冷冻机容量去补偿高温的压缩机毛胚散发的热量,这样会使能耗增加很多,也会使投产后的运行成本大大增加。通过和业主进行沟通并对洁净厂房的结构进行了全面分析,决定利用厂房较高的层高,将压缩机出炉的毛胚线路布置在高位,并在厂房的高位引入机械通风,先行带走压缩机毛胚散发的热量;同时,将风机盘管布置在靠近地面操作工人头部的那层空间,充分利用了热空气轻、在高位,冷空气重、在低位的空气原理,使得整个厂房的温度分层梯度变化。这样,既满足了生产工艺的需求,又保证了工作人员的舒适度;同时,投产后能耗的运行也能保持在一个合理的范围内。在该设计中将影响能耗的各个因素进行了统筹考虑,使空调系统的设计达到了一个理想的平衡点,取得了良好的节能效果。
2.2 合理组织气流
为了使洁净厂房空调系统在运行过程中取得比较良好的节能效果,需要根据厂房内不同地方对洁净度要求的不同,对洁净厂房内空气流动的形态和分布进行合理布置,即需要做好气流流型的设计。目前,洁净厂房气流流型主要分为单向流、非单向流和混合流。单向流洁净厂房的气流是从室内的送风一侧比较平稳地过渡到与其对应的回风侧,因此可以获得比较高的清洁程度,但采用该种气流方式时所需的风量比较大,能耗也比较高。非单向流的气流方向和速度在洁净厂房内不同的地方有所差别,在该种气流形式中利用高效过滤器处理过的空气将污染物冲淡稀释,从而使生产中所需要的洁净度等级得到了保证。在混合流洁净厂房中包括了单向流和非单向流两种气流形式,在对洁净程度要求高的部位采用单向流形式,在对洁净程度要求不高的地方采用非单向流形式,采用这种形式的气流组织形式在满足设计要求的情况下实现了节能的目的。因此,在进行气流形式选择的过程中必须在满足基本要求的情况下尽可能降低厂房的洁净度或建设局部更高的洁净度;同时,在进行洁净工作台的布置时,应将其置于工作区气流的上风侧以使室内空气的清洁程度提高。
2.3 对洁净室进行节能改造
由于流线型气流在不使用单向流的情况下就能达到满足更高洁净要求的洁净度,且所占空间较小,因此流线型的洁净室在现代工厂中得到了比较广泛的应用,在一般洁净厂房中通常采用AHU机组集中处理空气、集中送风和回风,这样虽然处理效率较高,但在空气的输送方面消耗的能量过大,因此可以通过对送回风机组进行改进,使其小型化后安装在洁净室内,如图1所示:
对于改造后的流线型洁净室来说,其最大的优点在于每个组合单元可以灵活地进行移动和增减,因此可以通过增减单元机组的方式来实现洁净等级的控制。另外,由于温度和湿度由各个ACU单元进行单独控制,室内的空气也通过ACU底部进行直接回风,因此这大大减少了空气的输送距离和换气次数,使运行成本大大降低。
3 结语
随着人们对洁净厂房空调系统节能工作的重视程度逐渐提高,洁净厂房空调系统节能技术在我国的发展也越来越快,但我国在这方面与国外先进水平相比仍存在较大的差距,这需要我们不断提高自身的技术水平,做好洁净厂房空调系统的节能设计和改造工作。

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