1 常见的净化间空调系统简介

    对于洁净级别较高(Class5以上)的净化间空调系统,通常是由FFU(filterfanunits)和冷盘管及新风机3个主要部分组成。其中:FFU的作用是洁净空气,是由高效过滤器和风机组成的一个整体,风机为高效静音风机,最好能变频控制,这样可以通过调节风机的转速使过滤器初阻力与终阻力平衡,使得FFU出口风速始终保持恒定;冷盘管的作用则是控制净化间的温度;新风机的作用是控制净化间的湿度和压差,对于温湿度要求高的净化间,新风机还须配备除湿机和加湿器。而且为了准确控制净化间的压差,新风机内的风机通常需要变频控制,通过调节风机的转速来平衡净化间的压差。常见的净化间空气流程示意图如图1所示。

2 常规板式换热器产生中温水的方法

    洁净室内的空调温度通常由冷盘管控制:洁净室内的空气流经回风夹道后与冷盘管内的冷水进行热交换从而起到降温作用。对于较高级别的洁净室,由于洁净室内的生产设备、照明、FFU等产生的热负荷相对较大,常年需要制冷,因此一般的冷盘管内只有冷水而不需要热水。一个好的设计方案不但要求净化间的温度能被精确控制,平稳运行,而且要求节能。

    通常,设计净化间时由于原有厂房高度有限,净化间施工后吊顶内有各种管道和电缆桥架,以及风管和FFU等设备,所以有限的吊顶空间会变得更小。为了便于检修及防止吊顶内积灰,通常要求吊顶内的管线越少越好,因此最好不要再为冷盘管安装冷凝水管和冷凝水集水盘,这就要求冷盘管不能有凝结水产生。为了使冷盘管不产生凝结水,要求进入冷盘管的冷冻水的温度不宜太低,一般要求为12～17℃的中温水。而冷冻机通常只能提供5～10℃的冷冻水,因此大多数设计方案是通过板式换热器来产生中温水的。

    但是板式换热器有以下缺点:①板式换热器的水阻力大(一般都在100kPa左右),这会增加一次冷冻水循环泵和二次中温水循环泵的扬程,无形中增大了水泵的功率,产生了相当大的能耗。②在热交换过程中能量损失较大。冷冻水和中温水在换热过程中有相当一部分能量是以其他方式损耗掉,而不能全部转换。③保养维护费用高。由于板式换热器内管道结构复杂,很容易堵塞,因此对水质要求较高,须要定期维护和清洗。④须要增加补水管。因为板式换热器的两侧是二次中温水循环系统和一次冷冻水循环系统,相互独立。板式换热器换热过程如图2所示。

3 冷冻水和空调回水按比例混合产生中温水的方法

    笔者介绍一种用冷冻水和空调回水按比例混合产生中温水的方法,与板式换热器产生中温水的方法相比,其优点有:①节能。一次冷冻水循环泵和二次中温水循环泵的功率小,水泵不须克服板式换热器的水阻而增加扬程,每年会节约大量的电能。②在热交换过程中几乎没有能量损失。由于其是由冷冻水和中温回水在管道内按一定比例直接混合,所以不存在能量交换过程中的损失。③可以不设置补水管。因为二次循环系统与冷冻水一次循环系统通过管道相互连接,将2个系统连接后形成一个大系统。④保养维护费用低。相对于板式换热器系统而言,对水质的要求低,且清洗次数少。⑤不须要购置板式换热器,减少了初期投资。

    其原理为:在一次冷冻水循环系统(送/回水温度为7℃/12℃)和二次中温水循环系统(送/回水温度为12℃/17℃)间增加一组精度动态电动流量平衡调节阀(简称电动调节阀),它由安装在二次中温水循环管道内的温度传感器控制。

    当二次中温水循环管道内的温度低于设定值时,温度传感器反馈的信号会指令电动调节阀逐渐关闭,使进入二次中温水循环系统的低温冷冻水减少,使得二次中温水循环管道内的水温在有热负荷的情况下逐渐升高,净化间的温度也会随之升高;反之则逐渐打开电动调节阀,进入二次中温水循环系统的低温冷冻水逐渐增加,使得二次中温水循环管道内的水温逐渐降低,净化间的温度也会随之降低。如图3所示。

    其设计条件有:①一次冷冻水循环系统为一个较大的系统。其末端不仅仅有冷盘管,还应有新风机或其他非净化间空调。这样整个一次冷冻水循环系统的运行就会相对稳定,不会因为电动调节阀的开关而影响一次冷冻水循环系统的正常运行,出现冷冻机负荷变化较大而影响正常启停的现象。②二次中温水循环泵的扬程计算要准确,不能比实际阻力大很多。以防止二次中温水循环系统管道内的压力太高,而使一次冷冻水循环系统管道内的低温冷冻水无法进入二次中温水循环系统管道内。③从一次冷冻水循环系统进入二次中温水循环系统的电动调节阀的管道要安装在二次中温水循环泵的入口处,这样确保冷冻水更容易进入,达到更好的效果。

    在设计洁净室空调水系统时,大多数洁净室空调冷冻水系统末端除了有冷盘管外,通常还会有新风机和其他的非净化间空调。即除了中温水系统外,还有低温冷冻水系统,因此这个条件一般都具备。另外,常见的空调水系统中,一次冷冻水循环系统的设备较多,相对管路也较长,而二次中温水循环系统内只有冷盘管设备,管路系统也相对简单。因此二次中温水循环泵的扬程都要小于一次冷冻水循环泵的扬程。即一次冷冻水循环系统中的水

很容易进入二次中温水循环系统。而第三个条件在施工时也容易做到。因此,该方案在洁净室空调设计中的实用性很高,在其他空调冷冻水系统中需要产生中温水的应用范围也很广。

    例如“希捷科技(苏州)有限公司净化间改造”项目(于2006年8月竣工)为5000m2

的百级(ISOClass5)洁净车间和约6000m2的普通空调区,净化间由FFU和干盘管(因冷盘管无冷凝水产生,所以称干盘管)及新风机组成。从净化室内通过高架地板流到回风夹道内的空气,经干盘管冷却后再由FFU循环送入洁净车间。而室外新风先经水洗机水洗处理(希捷要求洁净室的新风要经过纯水洗涤,将新风中所含的部分有机物和一些杂质去掉)后,送入新风处理机,在夏季时经表冷器和除湿机的先后除湿(在冬季时经过加湿器的加湿处理)后,再送入洁净车间的吊顶,与洁净室内的循环空气相互混合。新风机的冷源为5～10℃冷冻水,由冷冻机的一次循环水泵提供;干盘管的冷源为12～17℃的中温水,由二次中温水循环水泵提供。该项目竣工后经第三方认证公司测试,各项指标全部符合ISO146442Class5的要求,项目完工验收后一直在生产和运行,净化间在运行中监测到的各项指标非常稳定。其中的冷冻水流程(包括中温水)系统如图4所示。

4 结束语

    经理论研究和实践运行,用冷冻水和空调回水按比例混合产生中温水的方法在洁净工程空调设计中应用效果良好,应用范围也很广,简单实用,并且具有初期投资和运行维护费用低,节能降耗的优点。