潔凈室一次回風(fēng)處理過程及ddc控制、節(jié)能分析_secret.doc

潔凈室一次回風(fēng)處理過程及DDC控制、節(jié)能分析 賀學(xué)廣 Email:摘要：本文以千級(jí)潔凈室為例，分析了潔凈空調(diào)送風(fēng)量、送風(fēng)溫差以及送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的確定方法，介紹了DDC自動(dòng)控制系統(tǒng)在潔凈室空氣處理過程中的應(yīng)用，分析了在高熱少濕型潔凈室中常用的一次回風(fēng)空氣處理方式，與傳統(tǒng)一次回風(fēng)空氣處理過程相比較，在潔凈室空氣處理過程中應(yīng)用合適的一次回風(fēng)空氣處理方式，可節(jié)省再熱量及等量的冷量，同時(shí)應(yīng)用DDC自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)變水量運(yùn)行，精確控制空調(diào)溫濕度，節(jié)能效果顯著。關(guān)鍵詞：送風(fēng)量，一次回風(fēng)， DDC自動(dòng)控制，變水量，節(jié)能在潔凈室的設(shè)計(jì)過程中，其送風(fēng)量一般按換氣次數(shù)確定，對(duì)于百級(jí)以上潔凈室，其要求嚴(yán)格，為潔凈單向流，一般不按換氣次數(shù)確定，其送風(fēng)量為：送風(fēng)口有效面積*出風(fēng)口風(fēng)速（風(fēng)速一般為0.25m/s0.3 m/s，考慮衰減，一般取0.4 m/s 0.45 m/s）。千級(jí)潔凈室：5060次/h，萬級(jí)潔凈室：1525次/h，十萬級(jí)潔凈室：1015次/h1（對(duì)于高熱型電子廠房應(yīng)還要按消除余熱去計(jì)算送風(fēng)量，兩者取較大值）。其送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)較之舒適性空調(diào)難確定?，F(xiàn)以某電子廠潔凈室夏季一次回風(fēng)系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)參數(shù)見下表：潔凈室設(shè)計(jì)參數(shù) 表1房間凈化等級(jí)換氣次數(shù)室外參數(shù)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)干球溫度濕球溫度干球溫度相對(duì)濕度m3/hoCoCoC%1千級(jí)5535.728.524552萬級(jí)2535.728.524553十萬級(jí)1535.728.52455風(fēng)量負(fù)荷計(jì)算見下表：潔凈室風(fēng)量負(fù)荷計(jì)算 表2房間面積層高換氣次數(shù)人員送風(fēng)量余熱量余濕量熱濕比新風(fēng)量回風(fēng)量m2mm3/h個(gè)m3/hkwkg/sm3/hm3/h11423552223430400.001273162123432108721363251810200240.0010423188102091803136315166120200.00092217396125508備注：新風(fēng)量取10%空氣處理過程：采用一次回風(fēng)處理方式，室外新風(fēng)與回風(fēng)混合后處理至露點(diǎn)L，經(jīng)再熱后至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O，由O點(diǎn)沿?zé)釢癖染€吸收室內(nèi)余熱余濕后，達(dá)到室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)。處理過程如下圖所示： 圖1：潔凈室一次回風(fēng)空氣處理焓濕圖由于潔凈空調(diào)是根據(jù)送風(fēng)量來確定送風(fēng)溫差（送風(fēng)溫差較小），故一般不能采用露點(diǎn)送風(fēng)。各狀態(tài)點(diǎn)確定（以千級(jí)潔凈室為例）：h=Q/Gh：室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)同送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的焓差（in-io）；Q：室內(nèi)余熱；G：房間送風(fēng)量；室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)焓值in為：50.26kJ/kg，Q：40 kw，G：23430 m3/h（7.81kg/s），可得：h=40/7.81 =5.12kJ/kg即可求出送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的焓值io =45.14 kJ/kg，過io作等焓線與熱濕比線（對(duì)于高熱型電子廠房，室內(nèi)散濕量極少，主要散濕源為人體散濕，熱濕比線近似于垂直，所以對(duì)回風(fēng)的處理不能是除濕過程）的交點(diǎn)即可得送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O。L點(diǎn)：連接室內(nèi)點(diǎn)N與送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O，并延長(zhǎng)與95%等相對(duì)濕度線相交，即得L點(diǎn)。M點(diǎn)：根據(jù)新回風(fēng)混合，混合比等于新回風(fēng)之反比，即NM/MW=新風(fēng)量/回風(fēng)量，即得M點(diǎn)。各狀點(diǎn)參數(shù)見下表：各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù) 表3狀態(tài)點(diǎn)干球溫度濕球溫度露點(diǎn)溫度相對(duì)濕度含濕量焓oCoCoC%g/kgkJ/kgN2417.814.45510.2250.26W35.728.526.458.821.8392.08M56.911.3854.44L15.214.714.49510.2241.2O1916.114.474.610.2245.14由圖可知：室內(nèi)負(fù)荷：Q1=G*（in-io） =7.81*5.12 =40kw新風(fēng)負(fù)荷：Q2=Gw*（iw-in）=G*（iw-in） =0.781*41.82 =32.7kw 再熱量： Q3=G*（io-il） =7.81*3.94=30.77kw總負(fù)荷： Q= G*（iw-il）=Q1+Q2+Q3=40+32.7+30.77= 103.5kw同理可計(jì)算其他幾間潔凈室的冷量同再熱量。潔凈室一次回風(fēng)冷量同再熱量 表4房間面積級(jí)別送風(fēng)量余熱量新風(fēng)量新風(fēng)負(fù)荷回風(fēng)量總負(fù)荷再熱量m2m3/hkwm3/hkwm3/hkwkw1142千級(jí)2343040234332.72108772.730.772136萬級(jí)1020024102014.2918038.26.83136十萬級(jí)6120306208.6550828.6/對(duì)于上述十萬級(jí)潔凈室，若按規(guī)范所要求的換氣次數(shù)去確定其送風(fēng)量，進(jìn)而計(jì)算確定送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，可發(fā)現(xiàn)，由于送風(fēng)量過小，在焓濕圖上找不這一狀態(tài)點(diǎn)，此時(shí)送風(fēng)量必須按消除室內(nèi)余熱來計(jì)算（此情況下可采用露點(diǎn)送風(fēng)，不須再熱）。上述十萬級(jí)潔凈送風(fēng)量：G=Q/in-il=30/(50.26-41.2)=3.31kg/s（9933m3/h）新風(fēng)負(fù)荷： Gw=0.331*（92.08-50.26） =13.84kw觀察分析可知，在一次回風(fēng)系統(tǒng)中須再熱，浪費(fèi)能源，同時(shí)由于冷熱抵消，還要多消耗等量的冷量，不符合節(jié)能原則。由于現(xiàn)階段，自動(dòng)控制技術(shù)越來越成熟，大部分工程公司都采用PI控制器或DDC控制器來控制空調(diào)的溫濕度（控制冷凍水流量），控制原理如下圖所示：圖2：DDC自動(dòng)控制原理圖控制原理： 安裝在回風(fēng)管內(nèi)的溫度傳感器T檢測(cè)的溫度送至DDC與設(shè)定的點(diǎn)相比較，用比例積分控制，輸出相應(yīng)的電壓控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥M的開度，從而精確調(diào)節(jié)凍凍水流量，使送風(fēng)溫度保持在所需要的范圍內(nèi)。同理，安裝在回風(fēng)管內(nèi)的濕度傳感器H所檢測(cè)的濕度送往DDC與設(shè)定值相比較，用比例積分控制輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，控制表冷器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥或加濕器的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，控制除濕量或加濕量，使送風(fēng)相對(duì)濕度保持在所要求的范圍內(nèi)。由于DDC根據(jù)回風(fēng)所反饋的溫濕度自動(dòng)控制冷水的流量同加濕用蒸汽量，控制精確，故現(xiàn)對(duì)DDC的使用已走進(jìn)了一個(gè)誤區(qū)：對(duì)于一次回風(fēng)系統(tǒng)不使用再熱，完全依賴DDC的自動(dòng)控制，即室內(nèi)多少負(fù)荷，通過DDC控制電動(dòng)閥，給冷盤管多少冷凍水量，或相當(dāng)一部分人認(rèn)為，用DDC控制冷凍水量，便處理過的空氣直接達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，省去再熱量同等量的冷量。通過分析可知，僅用DDC控制不能使空氣狀態(tài)直接達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。結(jié)合焓濕圖，詳細(xì)分析如下：方案1： 方案2：圖3：方案1空氣處理焓濕圖 圖4：方案2空氣處理焓濕圖方案1:從焓濕圖可看出：從M點(diǎn)到O點(diǎn)是一個(gè)降溫除濕過程，但O點(diǎn)不是露點(diǎn)，且線段MO上任一點(diǎn)都不存在露點(diǎn)，故從M點(diǎn)直接處理至O點(diǎn)是不可能實(shí)現(xiàn)的。 方案2：從焓濕圖可看出：從M點(diǎn)到L點(diǎn)是等濕過程（即提供的冷凍水溫度高于其露點(diǎn)，即干盤管），從L點(diǎn)到O點(diǎn)為等焓除濕過程，這一個(gè)過程難以實(shí)現(xiàn)。方案3：從焓濕圖可看出：新風(fēng)集中處理至露點(diǎn)L（承擔(dān)部分室負(fù)荷），室內(nèi)回風(fēng)處理至L點(diǎn)（等濕過程），處理過的新風(fēng)同回風(fēng)的混合點(diǎn)剛好在送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O上：LO/OL=新風(fēng)量/回風(fēng)量。此種空氣處理方式，新風(fēng)由新風(fēng)機(jī)組集中處理，再與處理過的回風(fēng)混合至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，省去再熱量，適用于多 圖5：方案3空氣處理焓濕圖 個(gè)回風(fēng)機(jī)組集中布置。 對(duì)于此種空氣處理方式，回風(fēng)機(jī)組同新風(fēng)機(jī)組對(duì)冷凍水水溫要求不同，由于冷水機(jī)組的冷凍水供回水溫度通常為7oC-12oC，故新風(fēng)機(jī)組直接引自冷水機(jī)組冷凍水即可，而回風(fēng)機(jī)組所用冷凍水則須經(jīng)換熱器換熱?；仫L(fēng)處理狀態(tài)點(diǎn)可由DDC控制系統(tǒng)精確控制。各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)如下表所示：一次回風(fēng)各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù) 表5狀態(tài)點(diǎn)干球溫度濕球溫度露點(diǎn)溫度相對(duì)濕度含濕量焓oCoCoC%g/kgkJ/kgN2417.814.45510.2250.26W35.728.526.458.821.8392.08L19.516.314.472.610.2245.58L15.214.714.49510.2241.2O1916.114.474.610.2245.14由圖可知：新風(fēng)負(fù)荷：Q1=Gw*（iw-il） =0.781*50.88 =39.7kw回風(fēng)負(fù)荷：Q2=(G-Gw)*（in-il） =7.03*4.68 =32.9kw總冷負(fù)荷：Q=Q1+Q2=39.7+32.9=72.9kw同理可計(jì)算其他潔凈室新風(fēng)負(fù)荷同回風(fēng)負(fù)荷：潔凈室新風(fēng)負(fù)荷、回風(fēng)負(fù)荷 表6房間面積送風(fēng)量新風(fēng)量新風(fēng)負(fù)荷回風(fēng)量回風(fēng)負(fù)荷總負(fù)荷m2m3/hm3/hkwm3/hkwkw114223430234339.72108732.972.6213610200102017.3918020.8738.17備注：上述十萬級(jí)潔凈室采用圖1所示空氣處理方式（露點(diǎn)送風(fēng)）。兩種空氣處理方式能量消耗對(duì)比如下表所示：兩種空氣處理方式能量消耗 表7房間面積再熱式一次回風(fēng)非再熱式節(jié)省冷量節(jié)省量節(jié)省再熱量冷量再熱量總冷量冷量m2kwkwkwkwkw%kw114272.730.77103.4772.630.7729.730.77213638.26.84538.176.815.16.8通過觀察可知：總冷負(fù)荷與再熱式一次回風(fēng)系統(tǒng)的室內(nèi)負(fù)荷+新風(fēng)負(fù)荷的總和相等，即用些種空氣處理方式省掉了再熱量,同時(shí)還有相應(yīng)等量的冷量,節(jié)能效益相當(dāng)可觀.DDC控制原理圖：圖6：方案3DDC自動(dòng)控制原理圖當(dāng)室內(nèi)余熱增大時(shí)，溫度傳感器所反饋的溫度值大于DDC系統(tǒng)的設(shè)定值，DDC通過所反饋的信號(hào)去控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，增大冷凍水流量從而提高送風(fēng)溫差，才能消除室內(nèi)余熱，即送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O下移。相應(yīng)的回風(fēng)處理狀態(tài)點(diǎn)L也下移。LO/OL=新風(fēng)量/回風(fēng)量。同理，當(dāng)室內(nèi)余熱減少時(shí)，調(diào)節(jié)過程與室內(nèi)余熱量增大時(shí)相反。從焓濕圖上可看出此種空氣處理方式有一個(gè)特點(diǎn)：熱濕比大，回風(fēng)處理為等濕處理。此種空氣處理方式對(duì)于低熱高濕型潔凈室是否也可行呢？我們可從焓濕圖上加以分析：圖7：方案3在低熱高濕型潔凈室空氣處理焓濕圖從焓濕圖可看出：新風(fēng)集中處理至露點(diǎn)L（承擔(dān)部分室負(fù)荷），室內(nèi)回風(fēng)處理至L點(diǎn)，為降溫除濕過程，L點(diǎn)為非露點(diǎn)，故這一過程不可能實(shí)現(xiàn)。綜上分析，此種一次回風(fēng)空氣處理方式僅適用于高熱少濕型潔凈室。對(duì)于低熱高濕型潔凈室不能僅依靠DDC控制，必