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净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨

发布时间:2019-09-21

MAU+FFU+DC 系统即是组合式新风机组(Make-up Air Unit)+ 风机过滤器单元(Fan FilterUnit)+ 干盘管(Dry coil)系统。最常见的形式如图1 所示。

由于其具有温度分区域控制、布局灵活、FFU负压密封、节约回风输送能等特点,十分适合电子厂房热湿比大(热负荷极大、而散热量小)、回风量大、大面积净化的特点,因而广泛应用在电子洁净厂房设计中。在实际设计、工程安装过程中,笔者接触这类系统也不少,发现目前很多类似项目在设计工程中缺乏明确的依据、数据作为参考(规范没有详细的规定及要求),甚至很多项目存在设计与规范有抵触的现象。因此,有必要对一些问题做进一步探讨。

1 FFU静压箱内压力问题

1.1 负压形成的主要因素

FFU上部静压箱相对于室内为负压,可起到负压密封的作用。这也是FFU 系统的一个公认的优点。当然在MAU+FFU+DC 亦是如此。

但是,一般工程项目中FFU静压箱相对于室外亦是负压( 为此笔者曾做过测试)。特别是MAU+FFU+DC系统中FFU静压箱内,由于回风经过干盘管,存在较大风压损失(有资料或者普遍认为30 Pa ~50 Pa,第2节将做具体分析);在保证室内一定正压值的情况下(如按照规范洁净区与非洁净区不小于10 Pa)势必造成FFU 静压箱内相对于室外成负压。例如:若洁净室内保证+10 Pa(相对室外非洁净区),回风孔板和回风夹道风压损失5 Pa,若干盘管风压损失为40 Pa,则可知静压箱内压力为- 35 Pa(相对室外非洁净区)。

因此,我们可得到一个结论,同时也有一个问题。第一,造成静压箱内负压的主要原因是干盘管的风压损失(回风夹道和孔板阻力损失相对小得多)。第二,静压箱内(相对室外非洁净区)负压是否合理?

1.2 对静压箱内负压的讨论

FFU上部静压箱相对于室内为负压,可起到负压密封的作用,这对保证洁净区内的洁净度无疑是起积极作用的。但是相对于室外非洁净区(一般是技术夹层)为负压,必然导致室外空气直接泄漏到静压箱内,影响FFU过滤器使用寿命,这无疑是有害的或者叫做不利因素。

这种情况,其实就相当于将FFU 置于负压段(相对室外非洁净区)。这与GB 50073-2001《洁净厂房设计规范》条款有所冲突。

其一,第6.4.1 条规定中效(高中效)空气过滤器宜集中设置在空调系统的正压段,其原因是因为考虑到负压段易漏气(见条文说明);何况FFU内一般都是高效或者超高效过滤器。其二,MAU+FFU+DC 系统新风,都是经过高效过滤器过滤后与洁净回风在静压箱内混合,说明静压箱内仍然是洁净区,至少是准洁净区(这个可以通过计算可知)。第6.2.2要求,不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的压差,应不小于5 Pa,洁净区与室外的压差,应不小于10 Pa。

在工程设计中,必须从经济性(包括造价与运行)、先进性(技术方面)、节能等多方面加以综合比较,才能得出合理与否。不能单纯从某一方面去看,大多数设计工程设计中规范在选择技术手段、确定某个参数的时候都是遵循这个原则的,因此,FFU静压箱内相对于室外成一定的负压具有合理的(见下面具体的计算分析),这也与工程设计指导思想是一致的。问题关键是如何确定这个负压值?我们暂且称为经济值,这个值的合理性、经济性才是我们最关心的。

下面先举一个具体的例子。某项目采用MAU+FFU+DC系统,其中一个房间的参数如表1所列,房间空调设备布局如图2所示。

很明显如果遵照规范,FFU上部静压箱相对于室外不能为负压,而且还应该保证应不小于10 Pa的正压。

假定洁净室内为15 P a (相对室外非洁净区),反推一下,要保证静压箱内为10 Pa(相对室外),则回风干盘管、回风夹道、地格栅风压损失之和必须小于等于5 Pa。若先不考虑回风夹道及地格栅损失,仅以干盘管阻力损失为5 Pa计算(计算方法见本文第2节),得出迎面风速约为0 . 3 4kg/(m2.s),按此风速,从新选择干盘管,则至少需要13台相同型号的干盘管,是原设计的3倍多。而要保证如此小的压力损失,地格栅(回风有效)面积、回风夹道面积也必然大大增加。

从上例看出,如果依照规范保持静压箱内正压,这种情况必然会造成初投资极大增加,净化面积减少(回风夹道增加),使得MAU+FFU+DC系统造价更加昂贵,也不利于MAU+FFU+DC系统的推广使用,因此这是十分不合理的。

规范第6.4.1 条规定条文说明,因为考虑到负压段易漏气,影响过滤器使用寿命。一般国内洁净室空调系统设计中,以初、中、高效过滤器配置的系统,使用寿命也仅在1~3 年。因此,如果所漏入静压内风量,使FFU过滤器使用寿命能在正常设计寿命范围内,笔者认为这个泄漏风量就是可以接受的。在1.3节将具体做详细计算分析。

既然如此,笔者认为,此处压差值的设定可不执行《规范》规定;或者说规范应根据不同系统形式,在此做出调整或更为详细合理的规定。

这里还必须说明,上述例子,在不增加DC 数量的情况下,通过提高室内的压力设定值,依然可以保证FFU静压箱内相对室外为正压值。例如,若洁净室内保证+45 Pa(相对室外非洁净区),回风孔板和回风夹道风压损失5 Pa,若干盘管风压损失为30 Pa,则可知静压箱内压力为+10 Pa(相对室外非洁净区)。

但是,这样一来有3 个问题:第一,这样必然使得新风量大大增加,新风表冷量和输送能都要增加。显然MAU+FFU+DC 系统失去了其优点之一。第二,洁净室压差过大也影响到门的开启,一般设置为小于50 Pa。第三,若一个净化区域存在几个不同等级洁净区,按照上述,最低级别相对非洁净区压差就应该保持在+45 Pa,则其它高级别区域则应该按照规范以5 Pa的梯度往上递增。显然这使得第一、二条的问题更加严重。

因此,笔者在以下计算分析中,暂未从提高洁净室相对压差考虑干盘管风阻的设置问题。实际工程中也没有遇见这种做法,但是,这可以作为一个保留手段,值得广大设计人员去思考。

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