洁净室一次回风处理过程及DDC控制、节能分析

在洁净室的设计过程中，其送风量一般按换气次数确定，对于百级以上洁净室，其要求严格，为洁净单向流，一般不按换气次数确定，其送风量为：送风口有效面积*出风口风速（风速一般为0.25m/s~0.3 m/s，考虑衰减，一般取0.4 m/s ~0.45 m/s）。千级洁净室：50～60次/h，万级洁净室：15～25次/h，十万级洁净室：10～15次/h（对于高热型电子厂房应还要按消除余热去计算送风量，两者取较大值）。其送风状态点较之舒适性空调难确定。现以某电子厂洁净室夏季一次回风系统为例，设计参数见下表：

洁净室设计参数            表1

风量负荷计算见下表：

洁净室风量负荷计算           表2

备注：新风量取10%

空气处理过程：采用一次回风处理方式，室外新风与回风混合后处理至露点L，经再热后至送风状态点O，由O点沿热湿比线吸收室内余热余湿后，达到室内状态点。处理过程如下图所示：

图1：洁净室一次回风空气处理焓湿图

由于洁净空调是根据送风量来确定送风温差（送风温差较小），故一般不能采用露点送风。

各状态点确定（以千级洁净室为例）：

Δh=Q/G

Δh：室内状态点同送风状态点的焓差（i_n-i_o）；

Q：室内余热；

G：房间送风量；

室内状态点焓值i_n为：50.26kJ/kg，Q：40 kw，G：23430 m³/h（7.81kg/s），可得：

Δh=40/7.81

=5.12kJ/kg

即可求出送风状态点的焓值i_o =45.14 kJ/kg，过i_o作等焓线与热湿比线（对于高热型电子厂房，室内散湿量极少，主要散湿源为人体散湿，热湿比线近似于垂直，所以对回风的处理不能是除湿过程）的交点即可得送风状态点O。L点：连接室内点N与送风状态点O，并延长与95%等相对湿度线相交，即得L点。M点：根据新回风混合，混合比等于新回风之反比，即NM/MW=新风量/回风量，即得M点。各状点参数见下表：

各状态点参数                                  表3

由图可知：

室内负荷：Q₁=G*（i_n-i_o）

            =7.81*5.12

            =40kw

新风负荷：Q₂=G_w*（i_w-i_n）=G*（i_w-i_n）

            =0.781*41.82

            =32.7kw

 再热量：  Q₃=G*（i_o-i_l）

         =7.81*3.94

=30.77kw

总负荷： Q= G*（i_w-i_l）=Q1+Q₂+Q₃

=40+32.7+30.77

= 103.5kw

同理可计算其他几间洁净室的冷量同再热量。

洁净室一次回风冷量同再热量            表4

对于上述十万级洁净室，若按规范所要求的换气次数去确定其送风量，进而计算确定送风状态点，可发现，由于送风量过小，在焓湿图上找不这一状态点，此时送风量必须按消除室内余热来计算（此情况下可采用露点送风，不须再热）。

上述十万级洁净送风量：

G=Q/i_n-i_l

=30/(50.26-41.2)

=3.31kg/s（9933m3/h）

新风负荷：               G_w=0.331*（92.08-50.26）

                           =13.84kw

观察分析可知，在一次回风系统中须再热，浪费能源，同时由于冷热抵消，还要多消耗等量的冷量，不符合节能原则。

由于现阶段，自动控制技术越来越成熟，大部分工程公司都采用PI控制器或DDC控制器来控制空调的温湿度（控制冷冻水流量），控制原理如下图所示：

图2：DDC自动控制原理图

控制原理：

    安装在回风管内的温度传感器T检测的温度送至DDC与设定的点相比较，用比例积分控制，输出相应的电压控制电动调节阀M的开度，从而精确调节冻冻水流量，使送风温度保持在所需要的范围内。

同理，安装在回风管内的湿度传感器H所检测的湿度送往DDC与设定值相比较，用比例积分控制输出相应的电压信号，控制表冷器电动调节阀或加湿器的电动调节阀的开度，控制除湿量或加湿量，使送风相对湿度保持在所要求的范围内。

由于DDC根据回风所反馈的温湿度自动控制冷水的流量同加湿用蒸汽量，控制精确，故现对DDC的使用已走进了一个误区：对于一次回风系统不使用再热，完全依赖DDC的自动控制，即室内多少负荷，通过DDC控制电动阀，给冷盘管多少冷冻水量，或相当一部分人认为，用DDC控制冷冻水量，便处理过的空气直接达到送风状态点，省去再热量同等量的冷量。通过分析可知，仅用DDC控制不能使空气状态直接达到送风状态点。结合焓湿图，详细分析如下：

方案1:从焓湿图可看出：从M点到O点是一个降温除湿过程，但O点不是露点，且线段MO上任一点都不存在露点，故从M点直接处理至O点是不可能实现的。

方案2：从焓湿图可看出：从M点到L点是等湿过程（即提供的冷冻水温度高于其露点，即干盘管），从L点到O点为等焓除湿过程，这一个过程难以实现。

方案3：从焓湿图可看出：新风集中处理至露点L（承担部分室负荷），室内回风处理至L’点（等湿过程），处理过的新风同回风的混合点刚好在送风状态点O上：L’O/OL=新风量/回风量。

此种空气处理方式，新风由新风机组集中处理，再与处理过的回风混合至送风状态点，省去再热量，适用于多个回风机组集中布置。 

对于此种空气处理方式，回风机组同新风机组对冷冻水水温要求不同，由于冷水机组的冷冻水供回水温度通常为7^oC-12^oC，故新风机组直接引自冷水机组冷冻水即可，而回风机组所用冷冻水则须经换热器换热。回风处理状态点可由DDC控制系统精确控制。各状态点参数如下表所示：

一次回风各状态点参数              表5

由图可知：

新风负荷：Q₁=G_w*（i_w-i_l）

            =0.781*50.88

            =39.7kw

回风负荷：Q₂=(G-G_w)*（i_n-i_l’）

            =7.03*4.68

           =32.9kw

总冷负荷：Q=Q1+Q₂

=39.7+32.9

=72.9kw

同理可计算其他洁净室新风负荷同回风负荷：

洁净室新风负荷、回风负荷                            表6

备注：上述十万级洁净室采用图1所示空气处理方式（露点送风）。

两种空气处理方式能量消耗对比如下表所示：

两种空气处理方式能量消耗                             表7

通过观察可知：总冷负荷与再热式一次回风系统的室内负荷+新风负荷的总和相等，即用些种空气处理方式省掉了再热量,同时还有相应等量的冷量,节能效益相当可观.

DDC控制原理图：

图6：方案3DDC自动控制原理图

当室内余热增大时，温度传感器所反馈的温度值大于DDC系统的设定值，DDC通过所反馈的信号去控制电动调节阀的开度，增大冷冻水流量从而提高送风温差，才能消除室内余热，即送风状态点O下移。相应的回风处理状态点L’也下移。L’O/OL=新风量/回风量。

同理，当室内余热减少时，调节过程与室内余热量增大时相反。

从焓湿图上可看出此种空气处理方式有一个特点：热湿比大，回风处理为等湿处理。此种空气处理方式对于低热高湿型洁净室是否也可行呢？我们可从焓湿图上加以分析：

图7：方案3在低热高湿型洁净室空气处理焓湿图

从焓湿图可看出：新风集中处理至露点L（承担部分室负荷），室内回风处理至L’点，为降温除湿过程，L’点为非露点，故这一过程不可能实现。

综上分析，此种一次回风空气处理方式仅适用于高热少湿型洁净室。对于低热高湿型洁净室不能仅依靠DDC控制，必须采用再热，才得到相适的送风状态点，为节约能源，建议采用采用二次回风方式（空气调节教材上已有详细叙述，故在此不再赘述）。

结论：通过以上分析对比可以看出，针对高热少湿型洁净室，采用合适的空气处理方式，可以达到节能目的，洁净级别越高，节能效果越明显。但对于低级别洁净室节能效果不大，在实际建设中，从节能和投资的角度综合考虑，采用常规一次回风（图示所示空气处理方式）更为合算。