潔凈室空調系統(tǒng)選型及節(jié)能控制賀學廣E—mail:guoguonc@126.com摘要：主要通過對幾種潔凈空調主機和末端形式的比較，以及對其節(jié)能控制的分析，得出：選用合理的系統(tǒng)和控制模式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行作用顯著。關鍵詞：系統(tǒng)控制模式節(jié)能控制0引言潔凈空調與普通空調相比：風機風量大、余壓大，熱濕比大、控制精度及能耗高，且通常不是單一的潔凈空調系統(tǒng)（即一個空調系統(tǒng)中，既含有普通空調系統(tǒng)亦有潔凈空調，共用冷源）。所以在潔凈空調系統(tǒng)設計時，系統(tǒng)選擇、設備選型至關重要。本文通過幾個典型案例對潔凈空調系統(tǒng)中的主機、末端選型及其節(jié)能控制作了詳細分析：采用合理的系統(tǒng)及控制模式（空調變水量、風機和水泵變頻運行）對系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行作用顯著。1空調主機系統(tǒng)選型在空調主機的選擇上一般秉承一個原則：滿足系統(tǒng)所設計的冷、熱負荷、節(jié)能、簡單、經濟?，F(xiàn)市面上的空調主機以離心機、螺桿機、溴冷機為主（活塞機能效比低，現(xiàn)用得較少，在此不作比較）。幾種主機的對比如下：表1幾種空調主機型式對比主機型式優(yōu)點缺點離心機能效比高，系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)定，適合大大型系統(tǒng)（冷冷量1500kkW以上）系統(tǒng)較復雜，造價價高風冷螺桿機無冷卻塔，系統(tǒng)較較簡單，熱泵泵式冬季可制制熱，適合有有制熱要求，裝裝機冷量較小小的系統(tǒng)能效比較低，外界界溫度較高時時，制冷效果果差水冷螺桿機能效比較高系統(tǒng)較復雜，造價價高溴冷機省電，適合用電緊緊張且周邊有有廢熱或天然然氣等熱源能效比低案例1：某工廠三層廠房，空調面積4000m2，其中潔凈區(qū)面積2000m2。普通區(qū)2000m2，潔凈區(qū)為單冷系統(tǒng)，普通區(qū)為冷暖系統(tǒng)。經計算，冷負荷720kW（其中潔凈區(qū)560kW，普通區(qū)320kW），熱負荷260kW（關于負荷計算過程，本文不再進行贅述）。在上述案例中，冬季制熱時，熱源一般可采用電加熱或風冷熱泵，采用電加熱，能效比低（0.8左右），故在此選用螺桿式風冷熱泵（制熱時能效比3.3左右）。綜合考慮，空調主機系統(tǒng)我們可選用水冷螺桿機（水冷的能效比為5.5左右，風冷的能效比3.0左右）為主制冷，制冷量為630kW，選用5臺模塊式風冷熱泵系統(tǒng)為冬季制熱熱源（制冷時為輔助制冷），單臺制冷量為65kW，制熱72kW?？照{系統(tǒng)圖如下所示：圖1空調主機系統(tǒng)圖說明：制冷時，主制冷采用螺桿式冷水機組，回水溫度過高時（冷量不夠時），逐級投入模塊式風冷熱泵。制熱時，采用模塊式風冷熱泵制熱，制熱時螺桿式冷水機組主干管上的電動蝶閥關閉，潔凈區(qū)供水干管上電動蝶閥也保持關閉。2空調末端選型潔凈空調末端一般有以下這種形式：組合式風柜（其功能段一般包括：混合段、粗效段、表冷段、風機段、中效段、出風段。可視具體要求增加再熱段、加濕段（由于蒸氣散發(fā)出來時，壓力較小，為保證加濕效果，加濕段應置于風柜負壓段）、勻流段，風冷凈化空調機（功能段與組合式送風柜相同，其表冷段里通過的是冷媒，通過冷媒的蒸發(fā)制冷）、FFU+新風機(新風由新風單獨處理到較低溫度，承擔部分室內負荷）、FFU+組合式送風柜（組合式送風柜承擔新風及室內負荷）、潔凈棚（頂棚滿布FFU，四周加設PVC膠簾）。對以上幾種空調末端形式的對表見下表：表2幾種空調末端形式的比較末端型式優(yōu)點缺點備注組合式送風柜組合靈活，控制精精確度高（通過調調節(jié)比例積分分閥的開度來調節(jié)室內內溫濕度）須另配空調主機，提提供冷凍水做做為冷源，風風管較復雜適合控制精度度高、系統(tǒng)復復雜、風量較較大系統(tǒng)風冷凈化空調調機組合靈活、無須另另配空調主機機控制精確度低（通通過壓縮機的的啟停來調節(jié)節(jié)室內溫濕度度，不能做恒恒溫恒濕空調調機）、室外外溫度較高時，制制冷效果較差差，風管較復復雜適用控制精度度不高，風量較小小的系統(tǒng)FFU+新風機系統(tǒng)簡單、風管少少、造價低室內噪聲較大、室室內及新風負負荷均由新風風機承擔，新新風須處理較較低溫度，須配置低低溫空調主機機、室內溫濕濕度控制精度較低，須做做二次吊頂如受層高限制制不能做二次次吊頂，可利利用夾層做送送風靜壓箱，為為防止冷量損失及上層層地面結露，樓樓板須貼帶鋁鋁箔保溫棉FFU+組合式送風柜系統(tǒng)簡單、風管較較少、造價較較低室內噪聲較大大、室內及新新風負荷均由由組合式送風風柜承擔，新新風須處理較較低溫度，須配置低低溫空調主機機、室內溫濕濕度控制精度較低，須須做二次吊頂頂適用功能間面面積大，控制制精度不高的系統(tǒng)統(tǒng)潔凈棚系統(tǒng)簡單，可移動動，造價低，適適合局部高潔潔凈度區(qū)域僅起過濾作用，不不能調節(jié)溫濕濕度，適合局部高潔凈等等級區(qū)域，一一般不能獨立立使用，作為為二次末端套套裝在低潔凈凈區(qū)域內在選型時，考慮運行噪聲、風管施工等因素，組合式送風柜和風冷凈化式空調機單臺風量不宜超過30000m3/h對于風機的選型應結合風機的性能曲線及管路特性曲線來選擇，兩條曲線的交點才是風機工作的穩(wěn)定工況點。對于風量較小，控制精度高的潔凈室，可以選用模塊式風冷熱泵+組合式送風柜。案例2：某實驗室，面積300m2，要求吊頂高度.6m，潔凈等級十萬級，溫度24+1oC，相對濕度55+5%。經計算，系統(tǒng)風量為11700m3/h，冷量80kW（計算過程，本文不再進行贅述），系統(tǒng)冷量小，在此案例中選用一臺模塊式風冷熱泵機組，制冷量97kW，提供冷凍水給組合式風柜。在運行過程中，當回水溫度過低時，模塊式風冷熱泵會卸載壓縮機，回水溫度升高時，再會重新投入。由于控制精度高，加上負荷變化等原因，會導致模塊式風冷熱泵壓縮機啟停頻繁（為防止壓縮機因頻繁啟動而影響使用壽命，廠家都會設一個啟停的最短時間間隔，一般為3分鐘）。由于系統(tǒng)蓄水量少，在壓縮機停止運行的時段內，回水溫度會快速上升，導致室內溫濕度波動過大，超過設計范圍。在這里，可以設一個蓄水箱做為緩沖（在壓縮機停止運行的時段內由蓄水箱里的水提供冷源）。蓄水箱大小選擇計算：根據能量守恒：QT=CρVΔt（1）Q：空調負荷80000WT：時間間隔3minC：水的比熱42000J/kg·oCΔt：供水溫差2oCρ：水的密度1000kg/m3V：蓄水箱體積80000*3*60=ρV4200*2V=1.7m3備注：模塊式風冷熱泵供回水溫度一般為7oC/12oC，在計算時，以停機時供水溫度7oC計算，為防止室內溫濕度波動過大，供水溫度波動亦不宜過大，在此案例中選擇，當供水溫度超過9oC時，再次啟動壓縮機。對于恒溫恒濕系統(tǒng)，由于須要再熱，存在一個冷熱抵消的過程，能耗較高，一般可選擇采用二次回風。在二次回風系統(tǒng)中，若二次回風混合狀態(tài)點恰好與送風狀態(tài)點重合，則完全無須再熱。但系統(tǒng)在實際運行中，兩個狀態(tài)點通常不會重合：常規(guī)的空調主機供回水溫度一般為7oC/12oC，處理后的空氣最低溫度為14oC左右，若須保證二次回風混合狀態(tài)點與送風狀態(tài)點重合，則一次回風處理的溫度要比較低，通常低于12oC，采用常規(guī)空調主機提供的冷源不能保證。故在系統(tǒng)二次回風后仍須設置輔助再熱。3空調系統(tǒng)的節(jié)能控制對于潔凈空調系統(tǒng)，須控制的參數(shù)多，精度高，系統(tǒng)復雜，合理的控制模式對系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行至關重要，現(xiàn)行空調的控制器主要有DDC控制器、PLC控制器。DDC控制器（直接數(shù)字控制器）是通常由DDC生產廠家直接寫在微處理芯片上，不可能由其它人員進行修改，可編輯性和擴展性差（適合標準控制）。PLC控制器（可編程序控制器），生產廠家出廠時是裸機，可由編程人員任意編寫控制程序，其可編輯性和擴展性強。由于每個項目的潔凈空調系統(tǒng)的控制模式不盡相同，故控制器我們一般選擇PLC控制器。3.1末端節(jié)能控制末端的能耗主要是風機的電機和再熱，我們結合以下案例3，對末端（組合式送風柜）的節(jié)能控制進行說明。案例3：組合式送風柜控制圖2組合式送風柜控制原理圖控制說明：1、控制系統(tǒng)主要由水管比例積分閥、溫濕度控制器（PLC）、裝在回風管內的溫濕度傳感器、風管電動閥組成。2、控制器的作用是把傳感器所檢測的溫濕度信號與控制器設定的值相比較，并根據比較的結果輸出相應的電流信號轉成0-10VDC信號來控制調節(jié)水管比例積分閥、再熱段或電極加濕器的動作，使回風溫度、濕度保持在所需要的范圍。再熱段，有條件可采用蒸汽或熱水（通過比例積分閥控制，無級調節(jié)），加熱效果較好，若沒有條件，可采用電加熱，較經濟的做法就是采用電加熱管，通過接觸器分級控制，一般分3級，例：電加熱為28kW，每條電加熱管為2kW，可以按1：2：4分成3級，通過排列組合，可以組成7級控制：1，2，1+2，4，1+4，2+4，3+4，根據所反饋的溫濕度信號，有選擇性的組合投入，實現(xiàn)分級調節(jié)。這種控制模式優(yōu)點就是簡單，經濟。缺點是不能實現(xiàn)無級調節(jié)，精度較低。對于電加熱量較小，控制精度高的系統(tǒng)，可采用可控硅對電加熱進行控制（根據反饋回來的溫度濕度信號，無級調節(jié)電壓，從而實現(xiàn)對電加熱的無級調節(jié)控制）,另應設置缺風保護，缺風時，電加熱禁止啟動。若系統(tǒng)較大，較多，盡管采用二次回風，其輔助電加熱仍相當大，在這里我們可以選擇采用冷卻塔的冷卻回水用于再熱，冷卻塔的回水溫度一般為37oC左右，完全可以勝任再熱功能。缺點就是冷卻水的水質較差，影響換熱效果。小型主機系統(tǒng)可選用帶熱回收的風冷熱泵，把回收的熱量于系統(tǒng)再熱。3、夏季當室外相對濕度較高時，比例積分閥調節(jié)不受溫度控制，保持全開狀態(tài)，進行降溫除濕，直至受控區(qū)域的濕度符合設計要求；此時由于保證相對濕度而引起的溫差由電極加熱段補償至受控區(qū)域的溫度符合設計要求。當濕度恢復至低于設定值時，PLC轉換為溫度控制模式，由回風溫度控制水管比例積分閥開度。4、空氣過濾網的透氣度是用壓差開關檢測的，當過濾器二側的壓差超過設定時，控制面板發(fā)出警報，提示清洗或更換過濾器5、送風機與排風機啟停聯(lián)鎖，當停止送風機時，排風機延時停止。6、冬季當送風相對濕度低于設定值時，加濕器開啟工作，對系統(tǒng)進行加濕直至滿足設定范圍。7、系統(tǒng)送風量＼排風量由風機的變頻器來控制（轉速跟頻率成正比，風量跟轉速成正比，風壓跟轉速的平方成正比，功率和轉速的立方成正比），恒定風量（通過采集風速變送器信號)。風速傳感器裝于送風主干管上，用來恒定風管內風速，當系統(tǒng)開始運行后，控制程序將從數(shù)據采集器采集到的當前的實測風速與設定風速值比較，如果當前風速低于系統(tǒng)設定的風速值，則由控制程序輸出信號控制變頻器使變頻器的頻率升高進而驅動風動電機轉速加快，直到當前風速達到設定風速值為止，反之，如果當前的風速高于系統(tǒng)設定值，則由控制程序輸出信號控制數(shù)字變頻器使數(shù)字變頻器的頻率降低，進而使風動電機轉速降低，知道風速達到設定風速值（在過濾器較清潔時，低于工頻運時，有點臟時接近工頻運行，比較臟時，略高于工頻運行，一般會在40-65HZ運行，當過濾器很臟時，阻力大增，會導致電機頻率上升較大，燒壞電機，所以應設定保護措施，運行最高電流嚴禁超過電機的額定電流）。這種控制的優(yōu)點在于：初次調試運行合格后，就能保持送風量和室內壓差的恒定，更換過濾器也無須重新對系統(tǒng)進行風量、壓差調試。若系統(tǒng)在非工作時間須要值班風機，可在控制器上設定兩檔風速，一個為正常運行風速，一個為值班風速，再設定正常運行和值班運行時間段，自動切換。3.2主機系統(tǒng)節(jié)能主機系統(tǒng)的能耗主要是冷水機組和水泵。我結合案例4，對主機的節(jié)能控制進行說明案例4：空調主機系統(tǒng)控制圖3空調主機系統(tǒng)控制原理圖1.夏天優(yōu)先使用水冷螺桿主機制冷，當冷量不足（回水溫度過高）時自行投入風冷熱泵機使用，當冷量富裕時，優(yōu)先卸載風冷熱泵，冬天采用風冷熱泵制熱。2.冷水機組聯(lián)鎖控制：啟動：冷卻塔風機開啟，冷卻水泵開啟，再開啟對應冷水機組冷凍水電動閥，然后開啟冷凍水泵，最后開啟冷水機組；停止：停冷水機組，關冷凍泵，關冷凍水閥，關冷卻水泵，關冷卻塔風機。3.冷水機組壓縮機制冷量可以根據回水溫度自動卸載；冷卻塔風機設計根據冷卻水回水溫度而停啟，更有效