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        千級凈化間的三種設計方案比較
        來源:    閱讀量:次    時間:2021-07-22
        1   工程概況

            蘇州一美資柔性電路板EPC總承包項目中的一個典型工藝房間,房間及工藝布局見圖1,總面積1060 m2,凈化間凈高3.0 m,建筑層高7.0 m,潔凈等級為1000級(@ 0.5 μm),溫濕度要求:(21±2)℃,(55±10)%。工藝設備較多,有大量熱排風,無工藝冷卻水。



        2    系統計算

        2.1  工藝設備負荷計算

            本工藝設備均為電熱設備,散熱量Qs = 1000 n1 n2 n3 n4 × N

            式中:n1為同時使用系數,一般可取0.5~1.0;n2為利用系數,一般可取0.7~0.9;n3為小時平均實耗功率與設計最大功率之比,一般可取0.5;n4為

        通風保溫系數,設備無保溫有局部通風時一般可取0.4~0.6,無保溫無局部排風時一般可取0.8~1.0。


            根據工藝設備要求各設備散熱量見表1。


        2.3  系統送風量計算


        2.4  系統計算小結

            根據上述計算,系統降溫送風量77624 m3/h,凈化循環風量177900 m3/h,最后調整總的循環風量為180000 m3/h,新風量50000 m3/h,送風溫差為3.9℃。

        3    設計方案描述

        3.1  方案一:AHU(空調機組)+ HEPA(高效送風口)

            主要設備為三臺60000 m3/h空調機組及112套2000 m3/h高效送風口??照{機組功能段:新回風混合過濾段、表冷段、加熱段、加濕段、風機段、中效過濾出風段。詳見圖2。


            室外新風與回風混合后經空調機組處理達到室內溫濕度要求后,經末端高效過濾送風口送至潔凈室,氣流形式為頂送側下回,處理過程詳見圖3。




        3.2  方案二:MAU(新風機組)+RAU(循環機組)+HEPA(高效送風口)

            主要設備為1臺50000 m3/h新風機組,3臺60000 m3/h循環機組,112套2000 m3/h高效送風口。新風機組功能段:新風過濾段、中效過濾段、預熱段、表冷段、再熱段、加濕段、風機出風段。循環機組功能段:新回風混合段、表冷段、風機段、中效過濾出風段。詳見圖4。


            室外新風經新風機組處理達到室內濕度要求及設定送風溫度后與回風混合后經循環機組處理達到室內溫度時經末端高效過濾送風口送至潔凈室,氣流形式為頂送側下回,處理過程詳見圖5。



        3.3  方案三:AHU(空調機組)+FFU(風機過濾單元)

            主要設備為2臺40000 m3/h空調機組及200套1200×600風機過濾單元??照{機組功能段:新回風混合過濾段、表冷段、加熱段、加濕段、風機段、中效過濾段、亞高效出風段。詳見圖6。

            室外新風與部分回風混合后經過空調機組處理達到室內溫濕度要求后,送風靜壓箱內,與大量循環風混合后經風機過濾單元加壓后送入潔凈室,氣流形式為頂送測下回,處理過程詳見圖7。



        4    設計方案的分析與比較

        4.1  空調系統

            根據理論計算,如前所述,三種方案所需處理的新風量相同,凈化風量相同,三種方案均以相同的送風點O向室內送風,吸收室內的余熱、余濕,故在不考慮風機、FFU、風管等溫升,三種方案的系統計算冷負荷相同。

            方案一所有的冷負荷均由空調機組承擔,二次回風系統根據理論可設計成一、二次回風根據溫濕度要求自動調整,則完全不需要再熱量。但根據實際經驗:一般潔凈室二次回風空調系統一、二次回風量設計成固定值,二次回風量調試時根據計算人為設定,則在非計算狀態,如過渡季等非計算冷負荷、送風溫差變小時,空調機組還是需要一定的再熱量。

            方案二新風機組承擔部分室內冷負荷、新風冷負荷及全部新風濕負荷,循環機組僅承擔部分室內顯熱負荷。新風機組處理能力較大,表冷段一般設置成兩段,根據自控實現兩級盤管控制;且循環機組因為僅承擔室內顯熱負荷,且循環風量較大,與新風混合后工況近似處于干工況,冷凝水較少,便于將循環機組吊頂設置,減少風管工程量。新風機組風機設置變頻器,可根據工藝排風量及壓差自動調整新風量,便于工藝設備的分階段就位。因為循環機組近似處理干工況,故即使過渡季等非計算冷負荷、且仍需供冷的情況下,新風機組及循環機組均無需再熱耗能。

            當新風量較大,在焓濕圖中存在一很小區域新風處理到露點L1與循環機組混合后的送風點溫度小于O,循環機組無需供冷,即此時新風機組承擔全部的濕負荷及冷負荷時,這時新風機組處理到L1點后需要一定的再熱量升溫至L2,這種情況一般在電子類廠房不太會出現,但在新風量較大,且室內設備負荷較小的情況下,需要注意。

            方案三是在大型高級別潔凈室項目MAU+DC+FFU的基礎上提出的一種適應于一般循環風量大而降溫風量不大,且增設中溫冷凍水系統不合適的項目,該方案的特點是空調機組承擔新風及室內全部的冷負荷及濕負荷,而FFU則承擔大量的循環風,FFU的布置靈活、潔凈度便于提高。同方案一,過渡季等非計算冷負荷、送風溫差變小時,需要一定的再熱量。

            加濕工況,當新風溫度低于室內參數對應的露點溫度時,干蒸汽加濕為等溫加濕,理論上加濕到飽和溫度即? = 100%時,也無法達到室內相對濕度要求,此時需要將新風溫度加熱到該露點溫度以上,及新風機組需要加熱到一定溫度(一般可設定15℃)。但方案一、三新風、回風溫度一般高于露點溫度,故可以充分利用室外新風冷負荷。

        4.2  控制說明

            根據現代工業的要求,潔凈廠房均采用不同的自控系統滿足生產要求,特別是空調系統的自動控制在潔凈廠房運行管理中顯得尤為重要,在比較不同的方案時自控系統的投資及運行可靠也是需要重點考慮的部分。

            方案一控制為常規的3閥控制系統(冷水電動調節閥、熱水電動調節閥、蒸汽電動調節閥);濕度控制:由室內敏感元件TB、?控制表冷器及加濕器管道上的電動調節閥及控制單元,以達到室內相對濕度參數。溫度控制:由室內敏感元件T控制表冷器和加熱器管道上的電動調節閥,以達到室內溫度參數。

            方案二采用將溫濕度控制分別由循環機組、新風機組保證的方式實現自動控制;濕度控制:由室內敏感元件?控制新風機組表冷器、加濕器管道上的電動調節閥,以達到室內相對濕度參數。冬季新風溫度<15℃時調節加熱器管道上的電動調節閥保證出口干球溫度為15℃。溫度控制:由室內敏感元件T控制循環機組表冷器管道上的電動調節閥,以達到室內溫度參數。

            方案三空調機組控制說明同方案一,FFU采用5擋調速,人工控制。

            三種方案系統設計均簡單,控制模塊成熟可靠。

        4.3  凈化裝修

            凈化裝修因為對潔凈室的潔凈度至關重要,而且在潔凈室投資中占到很大的比重,空調系統不同方案可能對凈化裝修的要求差異很大,故方案比較時也是要重點考慮的問題,這不僅是建筑專業的要求,作為空調專業設計者也應引起很大的重視。

            方案一、二裝修要求相同,吊頂、墻體均采用金屬壁板,設置回風豎井雙側回風,投資較低;方案三因為設置送風靜壓箱,故設置雙層硬吊頂,潔凈室吊頂采用模塊式T型結構安裝FFU,無FFU處設置盲板,此吊頂上增加一層金屬壁板吊頂,同樣設置回風豎井雙側回風,方案三較方案一、二壁板墻體增高1.5 m,另增加T型結構吊頂層,所以凈化裝修初始投資較高。

        4.4  投資及運行費用分析

            1)根據前述分析及比較,估算了三種方案的初始投資如表4所列。



            從表4可以看出,三種方案造價差異不大,特別是隨著現代生產工藝的提升及FFU大量應用,FFU應用電子廠房的造價也不像上個世紀那么高,而且因為這種方案的風管工程量及保溫可以減少很多,可以有效縮短工期,更便于未來工藝調整,因而得到大量的應用。

        2)眾所周知,潔凈室的運行費用在整個項目生命周期里占據70% ~ 90%的比重,而其中空調系統顯得尤為突出,在故方案比較時也應該重點考慮。

            本案例中提出的三種方案計算條件下,不考慮風機再熱等,系統需要的計算制冷量相同,實際運行過程中負荷變化等導致的再熱量、冬季加濕加熱量等在方案比較時很難量化比較,故運行費用主要考慮不同方案中送風機、FFU的運行能耗,并以電功率(kW)為比較參數,見表5。



            從表5可以看出,方案三因為FFU的使用大量循環風僅經過高效一次過濾,部分風經過空調機組四級(初效、中效、亞高效、高效)過濾,相對方案一、二全部循環風經過三級(初、中、高效),在運行能耗上表現突出。

        5    結論

            根據前面的分析及比較,我們不難發現對于千級潔凈室,隨著FFU價格的降低,FFU與普通HEPA高效送風口方案相比空調系統造價低,但綜合裝修后略高,但因其布置靈活,便于工藝調整,而且運行費用也較低,已經越來越受到設計者及業主的青睞。

            傳統AHU高效風口送風輔助二次回風系統,能夠大大的節能冷量及再熱熱量。

            MAU+RAU的空調形式在設置新風機組變頻器后,配以工藝排風風機變頻,新風量以排風量及壓差控制有較大的優勢,對于業主有工藝設備分階段投入的項目來說。本文所述案例就屬于這種情況。



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