关于洁净室空调设计探讨

　　【摘 要】 洁净室是高科技产业，高科技研究必要的硬件，为其提供必要的洁净度，温、湿度，压力等受控环境。同时，洁净室净化空调系统又是能耗大户，净化空调系统的能耗约占洁净室总能耗的50%～60%，因此，洁净室净化空调系统的节能是一个重要的课题。本文仅就洁净室净化空调系统的设计进行分析和探讨。 
　　【关键词】 洁净室；空调设计；探讨 
　　一、洁净室的发展 
　　随着我国国民经济飞速发展，电子工业、军事工业、航空航天以及生物制药等高科技产业的突飞猛进，高科技的研究日新月异，现代工业高科技产品以及现代化科学研究实验活动的要求更加微型化、精密化、高纯化，高质量和可靠性，因此对洁净室受控环境的要求也越来越精、净、严、微；同时，国家对人民的身体健康、生活质量和生命安全更加重视，对人民生活必要的食品工业、药品生产以及医疗条件提出了更高的要求，制定了相关的法规，让药品更加安全有效，食品更加安全可靠。同时对食品、药品、医疗等的受控环境也都做出严格的规定。洁净产业、洁净室及空气净化技术随着国民经济发展也得到了飞速的发展。目前，高科技产业对洁净室面积的要求越来越大，单间洁净厂房面积高60000m2～80000m2；层高越来越高，高到7m～8m；对洁净度的要求越来越净，电子工业要求洁净度等级提高到ISO2级、ISO3级；对温、湿度的精度要求越来越严，电子工业要求温度精度精到±0.01℃，相对湿度精度高到±2%；这些严格的要求也大大地促进了洁净技术飞速发展。我国洁净室建造速度发展得非常快，在80年代～90年代全国每年所建的洁净室总面积约在20万m2；现在全国每年洁净室的建筑面积超过100万m2；像北京某工厂，一个厂洁净厂房的面积就达20万m2，相当过去全国全年洁净室的建造面积。 

　　二、洁净室的能耗 
　　洁净室的净化空调系统是能耗大户，为了保证洁净室的洁净度等级和温、湿度的要求，净化空调系统要有较大的送风量；净化送风量随着洁净度等级不同其送风换气次数也不同，例如ISO4级、ISO5级单向流洁净室送风的换气次数可高达400次/h～600次/h；不仅如此，该送风量还要消除室内和系统产生的余热、余湿，保证工艺生产所要求的温、湿度，因此净化空调系统要有足够的降温、去湿能力和加热、加湿能力。同时，洁净室的净化空调系统的风机要有足够的压力，能克服空气处理过程各各部件的阻力；另外，为了保证洁净室稳定的洁净度等级，净化空调系统要有足够的新风量；新风量的大小应能弥补洁净室内的排风量和维持洁净室正压的渗漏风量，同时新风量还应能保证洁净室内工作人员每人每小时不小于40m3的新鲜空气量。根据上述的要求，洁净室净化空调系统的能耗非常大，洁净室净化空调系统的冷负荷与一般厂房或写字楼的舒适性空调系统的冷负荷相比，一般来说，洁净室因洁净度等级和室内生产工艺要求不同，其单位面积的冷负荷为500W/m2～1500W/m2，而写字楼舒适空调单位面积的冷负荷只有100W/m2～150W/m2，洁净室净化空调系统的冷负荷是一般空调冷负荷的5倍～10倍；4级、5级高级别洁净室的送风量是一般舒适空调送风量的数十倍、上百倍。因此，洁净室净化空调的送风量及其制冷量、加热量、加湿量等耗电量要比其他一般工厂普通空调的耗电量大得多。根据统计，大规模集成电路工厂洁净室净化空调系统的耗电量大约占全厂总耗电量的50%；制药工厂洁净室净化空调系统的耗电量大约占全厂总耗电量的60%。洁净室净化空调系统的能耗非常大，因此对洁净室净化空调系统采取节能措施是当务之急。 
　　三、洁净室净化空调系统的节能设计 
　　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设计。 
　　1、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量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ISO6级洁净室的送风量为18000m3/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（929W/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（475W/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45.8kW（458W/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。 
　　2、控制新风量的大小，作到最小新风量优先 
　　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40m3/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900m3/h，其夏季处理900m3/h新风所须的冷量为11.6kW；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1800m3/h，夏季处理1800m3/h新风量所须的冷量为23.2kW，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。 
　　3、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。 
　　结束语： 
　　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。第二，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。