关于洁净室空调工程设计中的新风 及其处理与控制问题一理论与实践 周祖教 新风在洁净室空调系统中的作用 令人满意的。因此,笔者认为,要确保吸人必 新风和新风量问题即使是在一般性空调要的稳定的新风量,便必须采用专门的新风 系统中也是一个不容忽视的问题,在净化空风机供送新风才行。这时,风机即起到某种 调工程中,这一问题将显得更加重要。具体计量泵的作用。 地讲,在洁净空调工程中,新风的作用主要表 那么大的新风量引进系统后会产生三个 现在两个方面:一是确保室内空气的卫生条问题:一是大大增加了冷却盘管的处理焓 件,使室内工作人员始终能呼吸到新鲜的空差;二是构成影响室内温度、湿度参数波动的 气;二是保持洁净室内所需的正压值,从而确最大扰动因素;三是冬季运行期间的冻结问 保室内空气的必要洁净度 题,这些情况对于保持洁净室内稳定的温湿 二、洁净室空调系统中的新风量 度参数和设备的安全运行都是很不利的。特 在洁净室空调工程中,为保持室内正压别是大多数洁净室中要求保持较低的相对湿 值所需要的新风量远远大于为维持室内空气度(例如:45%)或相对湿度控制精度要求较 的必要新鲜度所需之新风量,譬如,在我国高(例如:±5%)的情况下,上述情况将会给 颁布的洁净室空气调节设计规范中明确规整个系统带来不少麻烦。 定,洁净空调系统中的设计新风量应按洁净 为了避免出现这种情况,笔者认为除采 等级的不同,分别取10~30%由此可用专用的新风风机外,还必须配备专门的新 见,在洁净室空调工程中必须采用的新风量风处理机组,以确保全年引入必要数量和必 是相当大的,例如,对于十万级洁净室,规定要质量(温度、含湿量洁净度)的新风。 采用的换气次数为>15次/时,因而新风量 四、新风的具体处理问题 便必须大于3-45次/时。对于一万级洁净 如今在工程设计实践中,在这一方面人 室,规定采用的换气次数应大于25次/时。们所见到的情况是各有各的做法,并无统 这样,新风量便必须大于5-75次/时 的成规,有些是如一般性空调系统设计那样 三、专用新风处理机组的必要性 的做法,新风简单地通过新风管引人,能进来 对于一个正规的,特别是中、大型规模的多少,就是多少,有些是采用了专门的新风风 洁净室而言,要使设计符合规范要求,必须另机和新风处理机组,但对于新风在冬季和夏 设专门的新风处理机组 季该作如何处理,处理到哪一状态等问题,人 在一般空调系统中,新风是通过新风管们在设计时大都是无章可循,无法可依,因而 与回风相混合,一齐进入空调机组,经处理后在具体设计时便往往难以掌握。不过这里有 送人房间。在这种情况下,新风究竞能以多两个原则必须考虑 少数量进入,是说不清也难以保证的。这种 1.冬季,在有可能结冰的地区,应设有 情况对于要求新风量大而且稳定,从而确保自动控制的常开防冻加热器,以确保进入系 室内必要正压值的洁净室来说,显然是不能统的新风全年不低于5℃ 21一 91995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. Al rights reserved
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2.夏季,新风处理机组中的表冷器应根制器自动控制予热器,确保其后的新风温度 据系统所采用的空气处理流程与控制方式的不低于5℃新风机组中表冷器的作用在于 不同,将新风空气予先处理到,并用自控手段夏季对高温高湿的新风进行予处理。问题在 牢牢控制于某个一定的上限状态 于,在这种情况下新风该处理到哪一状态为好。 下面拟结合两种处理流程和控制手段就 通过对图I和图2所示空气处理流程的 新风的处理问题作一较详细的论述 深入观察分析,可以得出一个结论,即在采用 五、两种典型的洁净空调处理流程与控二次加热,为节能而又不得不利用二次回风 制方式 的情况下,新风应该处理到与空内空气等同 需要说明的是,这里所说的典型的洁净的焓值水平上。从物理意义上来说,这将意 空调工程就是一般洁净室所要求的气象参 数,亦即t=23±1℃,Φ=45±5%而言, 下面的讨论即以此为基础 1.带二次加热的空气处理流程及其相 应的控制图式 这情况下的空气处理流程与适用的控制原 理示于图1该处理流程的相应焓湿图示于图2 图1中前置的一套机组是新风处理机 组,它主要由初效过滤器防冻予热器、表冷 器组成。防冻予热器主要用于冬季新风低温 下的防冻。为实现此一目的可采用温度控 手动摇控 加热器 液冷器 主表冷器后如热器 中效过滤器 主空调 蒸气 落t母1!+ 搅拌器 T=23+It Toot-RC- =45±5 2 01995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
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味着夏季引入新风的全热负荷(室内外空气的精确控制,便需随时根据要求提供四种功 差△i)应不多也不少地由新风处理机组承能:加热、加湿、降温、去湿。显然,通常加热 担.为实现此一目的,可简单地用干球温度和降温该由干球温度传感器控制。加湿和去 控制器T2将出风温度控制在室内空气的湿温则应受相对湿度传感器操纵。由此可见, 球温度上。这一点从理论与实践两个角度上表冷器的双重功能便决定了它得同时接受于 来说,都不构成困难 球温度和相对湿度传感器两者的控制。这就是 这样处理的好处主要在于可使随后的主所谓的最大信号选择控制。这一选择控制在 表冷器处理过程计算纳入合理的、正规的基物理上的含义便是以干球温度和相对湿度两 础,从而使一次回风、二次回风量的调节不致个参数同时均得到满足要求为目标 影响表冷器的热工计算,也即计算焓差可始 尽管如此,这一控制图式也有其不足之 终保持Δ= Const,因为只有这样,一次回风处,在上述图式中大量回风与新风混合后通 的混合点才始终落在等焓线上。其后,室内过表冷器处理,能按要求去除了多余的湿 温度和湿度的控制则由相应的调节器分别控量,但却也同时不如人意地显著降低了空气 制加热器、加湿器和表冷器来实现。加热和的温度。然后,为了满足室内的温度要求,又 加湿器的作用是单一性质的,它们可只按单不得不开大加热阌,进行二次加热。这种冷 参数一干球温度或相对湿度传感器发出热抵消无疑会带来能源的大量浪费。为了缓 的偏差信号动作,相互之间没有什么牵连。解这一矛盾,人们不得不采用二次回风的方 然而,表冷器的作用却复杂得多。在一般情式,可是,这样一来控制便变得更加复杂化 况下表冷器具有双重作用一降温和去湿。了,这时既要调节二次加热量,又要控制一次 这两种作用既是伴生的,因而也就很难在实和二次回风量。 际工程中将两者分割开来,进行个别的控 2.不带二次加热或二次回风的空气处 制。从逻辑上来讲,为实现对室内空气参数理流程及其相应的控制方式 加热器 2 01995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
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这种情况下的空气处理流程与适用的控 这种处理流程的好处除可大量节能外, 制原理示于图3。该处理流程的相应焓湿图还可大大简化控制系统,取消后加热器,而且 示于图4.图3中所示的前置新风予处理机主表冷器的结构尺寸也可大大减轻减小,本来 组的作用与前述图1类似。唯一不同之处需要4排至6排管深的,如今多半也许只要2 是,在这里夏季需要将新风处理到温度更排就足够了,这种因素综合起来,无疑会导致 低,含湿量更小的状态点2.状态点2是室所有设备的大量节减,投资费用、运行费用的 内空气的露点温度。由此可见,在这种情况显著降低 下,从物理意义上来说,新风予处理机组的任 然而,在比较上述两种处理方式时,也不 务是必须将新风所携带的全部湿负荷处理应不看到两者在功效上的差异。应该说,第 掉。然后,新风与回风相混合,根据室内干球种方式虽然投资费用大、耗能量大,但对 温度传感器To的指令,控制主表冷器冷水室内温、湿度控制的可靠性高,对不同热湿负 的开度,从而进一步达到所需的送风温度荷空调对象的适应性也较强。第二种方式虽 t。由图4可看到,在这里完全取消了二次加然可节省设备、省投资,节能性也较好,但 热,因而也完全避免了冷热抵消的现象 是,如果室内有显著的湿负荷,那么,它显然 也就无能为力了。所以,其对温湿度控制的 可靠性差,对空调对象的适应性也较差 这些差异是工程设计人员理应充分认识并必 须引起注意的地方。不过,严格地说,对于室 内相对湿度控制精度要求较严(如上述例中 的±5%)的场合,后一种处理流程的控制方 T 式是不可靠的,因为对于室内相对湿度的最 终直接控制手段只有加湿器而无去湿功能 这样,一且室内相对湿度超过其设定值,室内 T=10℃ 相对湿度传感器便只能感到“偏高”,全关加 湿器后,便再也无所作为了, 六、系统实际运行情况 上述的一些问题和观点本是笔者在 人们也许会问,为什么在这里表冷器只项中外联合设计工程中所碰到和多次争议小 需受单一的室内干球温度传感器的控制郎小的题目,颇有意思的是,上述个人的思想充 可? 分表达于1990年初,其时有关工程正处于设 在上文里我们曾提到关于一般表冷器的计阶段,笔者坚持上述观点,对外方设计单位 伴生的双重作用原理,在那里也曾提到,一般提出的空气处理过程和控制方案(即本文中 表冷器伴生的降温和去湿作用是难以分割开的图3),提出了反对意见。当时笔者除在 来,加以各别控制的。可是,在这里,表冷器口头上外,还用书面形式往返于两国之问与 却被人为,巧妙地限制于只产生单一的降温之力争,遗憾的是外方设计单位与建设单位 作用,(即只处理显热负荷)而不行去湿功能未于置信。无奈之下,笔者也只好怀着不安 不处理潜热负荷)。这样,利用单一的干球的心态,静待系统的实际运行效果了,及至 温度传感器自然就能控制住单一的降温作91年一季度工程正式投产后系统运行表 用 明,冬季、舂季室内相对湿度确实可稳稳地 91995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. Al rights reserved
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控制在15±5%内。及至67月,便时有建所示的控制原理图中温度控制器只能用于温 设单位人员反映,室内相对湿度偏高但笔者度偏高时控制降温的程度至于当室内温度 以为仅此尚不足信,要求提供详细的连续的低于设定值时,它所能做到的极限便是令表 记录数据以资佐证,待到8月下旬,建设单冷器三通阀全关停止供冷.如果即使三通 位的负责找上了门,反映洁净室内相对湿度阀全关室内温度还偏低,那它便再也无以为 控制不住,要求提供咨询,采取改进措施 力了、另一后果是随着室内干球温度的下 据操作人员反映,在夏季运行时主空调降相对湿度也会显得越来越高到头来也将 器中主表冷器的的冷水三通阀往往总是打不归于失控状态因为在其湿度控制环节中相 开(即不供冷 对湿度传感器只能用于湿度偏低时,控制加 就此通过分析可看到,这一现象表明,该湿器至于当湿度偏高高于设定值后,湿度 洁净室内工艺设备和照明的实际散热负荷一传感器充其量只能命令加湿器全关,不行加 定较之于理论计算的数值小得多(这更是设湿而已,至于此后湿度如若还偏高那它便再 计时完全没有料到的情况)。在系统夏季运也无以为力了 行时,为使新风能充分去湿,新风必须先以新 综上所述,现在当可得出一个明确的结 风处理机组中的一次表冷器降温、去湿至室论:即图-3所示的空气处理流程和温、湿度 内空气的露点温度(图4中的点2譬如低至控制方式是很难确保室内温度和湿度不失控 l1℃).如果为保持室内一定的温度,单靠的。如果结合笔者前此另一类似工程的实践 新风带入房间的这一供冷量已足够补偿室内经验看来,似乎还可得出另一个坚定的设计 工艺设备、照明等的散热负荷,而且有余裕信条,即对于恒温恒湿特别是对相对湿度有 (也即把室内散热负荷估计过高),那么,不比较严格要求的空调对象,对后加热器设置 待主空调器中的主表冷器起作用(供冷),室的必要性绝不应因室内工艺设备散热鱼荷大 内温度也会降低至设定值以下,这时,室内干小有所影响,因为,后者有时大,有时小,有 球温度传感器感到过冷,自然会指令三通阀时有,有时无,总不会是稳定可靠的,而后加 紧闭不开,不向表冷器供冷了。 热器则是为控制室内温度和相对湿度所必不 室内这种低温效应必然会导致两个后可缺的,以虚构的,不稳定的热量(室内散 果,一个后果是室内干球温度失控.,因为在热)取代必不可少的、实实在在需要的能量却 主空调器内的空气处理流程中只考虑到了显是不安全、不可取的 热的降温,却无加热升温的手段。在如图3 (上接31页 产过程控制的准确数据,同时又可以掌握生 发生变化或者发现新的微生物种类,应进行产过程中的环境的各种变化及其对控制效果 进一步调查。当监测结果超出警戒水平时,的影响。数据收集应符合GMP的要求,实 微生物种类的鉴定是查找可能污染源的重要验室操作应符合GLP要求还应建立一个文 线家,尽管环境微生物的分离鉴定相对而言件处理系统以便判断和处理不正常情况,并 费时较长,费用较大,但是其结果有助于更详记录随后的措施。一个环境监测程序一它 细地了解洁净室内的生物负载,从而获得更既包括环境控制(空气、表面),同时也应注 可菲的环境控制效果 意到日常操作及工作人员的活动一应能提 结论 供一个额外的质量保证,并通过规范的操作 一个良好的微生物监督程序可以提供生使发生问题的可能性降到最低限度 91995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. Al rights reserved
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