潔凈室空調(diào)系統(tǒng)選型及節(jié)能控制講義

潔凈室空調(diào)系統(tǒng)選型及節(jié)能控制賀學(xué)廣E—mail:guoguonc@126.com摘要：主要通過對幾種潔凈空調(diào)主機(jī)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(yùn)行作用顯著。關(guān)鍵詞：系統(tǒng)控制模式節(jié)能控制0引言潔凈空調(diào)與普通空調(diào)相比：風(fēng)機(jī)風(fēng)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(diào)系統(tǒng)（即一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中，既含有普通空調(diào)系統(tǒng)亦有潔凈空調(diào)，共用冷源）。所以在潔凈空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)選擇、設(shè)備選型至關(guān)重要。本文通過幾個(gè)典型案例對潔凈空調(diào)系統(tǒng)中的主機(jī)、末端選型及其節(jié)能控制作了詳細(xì)分析：采用合理的系統(tǒng)及控制模式（空調(diào)變水量、風(fēng)機(jī)和水泵變頻運(yùn)行）對系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行作用顯著。1空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)選型在空調(diào)主機(jī)的選擇上一般秉承一個(gè)原則：滿足系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的冷、熱負(fù)荷、節(jié)能、簡單、經(jīng)濟(jì)?，F(xiàn)市面上的空調(diào)主機(jī)以離心機(jī)、螺桿機(jī)、溴冷機(jī)為主（活塞機(jī)能效比低，現(xiàn)用得較少，在此不作比較）。幾種主機(jī)的對比如下：表1幾種空調(diào)主機(jī)型式對比主機(jī)型式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)離心機(jī)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(fù)雜，造價(jià)價(jià)高風(fēng)冷螺桿機(jī)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(jī)冷量較小小的系統(tǒng)能效比較低，外界界溫度較高時(shí)時(shí)，制冷效果果差水冷螺桿機(jī)能效比較高系統(tǒng)較復(fù)雜，造價(jià)價(jià)高溴冷機(jī)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(diào)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(jīng)計(jì)算，冷負(fù)荷720kW（其中潔凈區(qū)560kW，普通區(qū)320kW），熱負(fù)荷260kW（關(guān)于負(fù)荷計(jì)算過程，本文不再進(jìn)行贅述）。在上述案例中，冬季制熱時(shí)，熱源一般可采用電加熱或風(fēng)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(fēng)冷熱泵（制熱時(shí)能效比3.3左右）。綜合考慮，空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)我們可選用水冷螺桿機(jī)（水冷的能效比為5.5左右，風(fēng)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(fēng)冷熱泵系統(tǒng)為冬季制熱熱源（制冷時(shí)為輔助制冷），單臺制冷量為65kW，制熱72kW?？照{(diào)系統(tǒng)圖如下所示：圖1空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)圖說明：制冷時(shí)，主制冷采用螺桿式冷水機(jī)組，回水溫度過高時(shí)（冷量不夠時(shí)），逐級投入模塊式風(fēng)冷熱泵。制熱時(shí)，采用模塊式風(fēng)冷熱泵制熱，制熱時(shí)螺桿式冷水機(jī)組主干管上的電動(dòng)蝶閥關(guān)閉，潔凈區(qū)供水干管上電動(dòng)蝶閥也保持關(guān)閉。2空調(diào)末端選型潔凈空調(diào)末端一般有以下這種形式：組合式風(fēng)柜（其功能段一般包括：混合段、粗效段、表冷段、風(fēng)機(jī)段、中效段、出風(fēng)段?？梢暰唧w要求增加再熱段、加濕段（由于蒸氣散發(fā)出來時(shí)，壓力較小，為保證加濕效果，加濕段應(yīng)置于風(fēng)柜負(fù)壓段）、勻流段，風(fēng)冷凈化空調(diào)機(jī)（功能段與組合式送風(fēng)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(fēng)機(jī)(新風(fēng)由新風(fēng)單獨(dú)處理到較低溫度，承擔(dān)部分室內(nèi)負(fù)荷）、FFU+組合式送風(fēng)柜（組合式送風(fēng)柜承擔(dān)新風(fēng)及室內(nèi)負(fù)荷）、潔凈棚（頂棚滿布FFU，四周加設(shè)PVC膠簾）。對以上幾種空調(diào)末端形式的對表見下表：表2幾種空調(diào)末端形式的比較末端型式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)備注組合式送風(fēng)柜組合靈活，控制精精確度高（通過調(diào)調(diào)節(jié)比例積分分閥的開度來調(diào)節(jié)室內(nèi)內(nèi)溫濕度）須另配空調(diào)主機(jī)，提提供冷凍水做做為冷源，風(fēng)風(fēng)管較復(fù)雜適合控制精度度高、系統(tǒng)復(fù)復(fù)雜、風(fēng)量較較大系統(tǒng)風(fēng)冷凈化空調(diào)調(diào)機(jī)組合靈活、無須另另配空調(diào)主機(jī)機(jī)控制精確度低（通通過壓縮機(jī)的的啟停來調(diào)節(jié)節(jié)室內(nèi)溫濕度度，不能做恒恒溫恒濕空調(diào)調(diào)機(jī)）、室外外溫度較高時(shí)，制制冷效果較差差，風(fēng)管較復(fù)復(fù)雜適用控制精度度不高，風(fēng)量較小小的系統(tǒng)FFU+新風(fēng)機(jī)系統(tǒng)簡單、風(fēng)管少少、造價(jià)低室內(nèi)噪聲較大、室室內(nèi)及新風(fēng)負(fù)負(fù)荷均由新風(fēng)風(fēng)機(jī)承擔(dān)，新新風(fēng)須處理較較低溫度，須配置低低溫空調(diào)主機(jī)機(jī)、室內(nèi)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(fēng)靜壓箱，為為防止冷量損失及上層層地面結(jié)露，樓樓板須貼帶鋁鋁箔保溫棉FFU+組合式送風(fēng)柜系統(tǒng)簡單、風(fēng)管較較少、造價(jià)較較低室內(nèi)噪聲較大大、室內(nèi)及新新風(fēng)負(fù)荷均由由組合式送風(fēng)風(fēng)柜承擔(dān)，新新風(fēng)須處理較較低溫度，須配置低低溫空調(diào)主機(jī)機(jī)、室內(nèi)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(dòng)動(dòng)，造價(jià)低，適適合局部高潔潔凈度區(qū)域僅起過濾作用，不不能調(diào)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(dú)立立使用，作為為二次末端套套裝在低潔凈凈區(qū)域內(nèi)在選型時(shí)，考慮運(yùn)行噪聲、風(fēng)管施工等因素，組合式送風(fēng)柜和風(fēng)冷凈化式空調(diào)機(jī)單臺風(fēng)量不宜超過30000m3/h對于風(fēng)機(jī)的選型應(yīng)結(jié)合風(fēng)機(jī)的性能曲線及管路特性曲線來選擇，兩條曲線的交點(diǎn)才是風(fēng)機(jī)工作的穩(wěn)定工況點(diǎn)。對于風(fēng)量較小，控制精度高的潔凈室，可以選用模塊式風(fēng)冷熱泵+組合式送風(fēng)柜。案例2：某實(shí)驗(yàn)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(jīng)計(jì)算，系統(tǒng)風(fēng)量為11700m3/h，冷量80kW（計(jì)算過程，本文不再進(jìn)行贅述），系統(tǒng)冷量小，在此案例中選用一臺模塊式風(fēng)冷熱泵機(jī)組，制冷量97kW，提供冷凍水給組合式風(fēng)柜。在運(yùn)行過程中，當(dāng)回水溫度過低時(shí)，模塊式風(fēng)冷熱泵會(huì)卸載壓縮機(jī)，回水溫度升高時(shí)，再會(huì)重新投入。由于控制精度高，加上負(fù)荷變化等原因，會(huì)導(dǎo)致模塊式風(fēng)冷熱泵壓縮機(jī)啟停頻繁（為防止壓縮機(jī)因頻繁啟動(dòng)而影響使用壽命，廠家都會(huì)設(shè)一個(gè)啟停的最短時(shí)間間隔，一般為3分鐘）。由于系統(tǒng)蓄水量少，在壓縮機(jī)停止運(yùn)行的時(shí)段內(nèi)，回水溫度會(huì)快速上升，導(dǎo)致室內(nèi)溫濕度波動(dòng)過大，超過設(shè)計(jì)范圍。在這里，可以設(shè)一個(gè)蓄水箱做為緩沖（在壓縮機(jī)停止運(yùn)行的時(shí)段內(nèi)由蓄水箱里的水提供冷源）。蓄水箱大小選擇計(jì)算：根據(jù)能量守恒：QT=CρVΔt（1）Q：空調(diào)負(fù)荷80000WT：時(shí)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(fēng)冷熱泵供回水溫度一般為7oC/12oC，在計(jì)算時(shí)，以停機(jī)時(shí)供水溫度7oC計(jì)算，為防止室內(nèi)溫濕度波動(dòng)過大，供水溫度波動(dòng)亦不宜過大，在此案例中選擇，當(dāng)供水溫度超過9oC時(shí)，再次啟動(dòng)壓縮機(jī)。對于恒溫恒濕系統(tǒng)，由于須要再熱，存在一個(gè)冷熱抵消的過程，能耗較高，一般可選擇采用二次回風(fēng)。在二次回風(fēng)系統(tǒng)中，若二次回風(fēng)混合狀態(tài)點(diǎn)恰好與送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)重合，則完全無須再熱。但系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，兩個(gè)狀態(tài)點(diǎn)通常不會(huì)重合：常規(guī)的空調(diào)主機(jī)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(fēng)混合狀態(tài)點(diǎn)與送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)重合，則一次回風(fēng)處理的溫度要比較低，通常低于12oC，采用常規(guī)空調(diào)主機(jī)提供的冷源不能保證。故在系統(tǒng)二次回風(fēng)后仍須設(shè)置輔助再熱。3空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制對于潔凈空調(diào)系統(tǒng)，須控制的參數(shù)多，精度高，系統(tǒng)復(fù)雜，合理的控制模式對系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行至關(guān)重要，現(xiàn)行空調(diào)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(chǎn)廠家直接寫在微處理芯片上，不可能由其它人員進(jìn)行修改，可編輯性和擴(kuò)展性差（適合標(biāo)準(zhǔn)控制）。PLC控制器（可編程序控制器），生產(chǎn)廠家出廠時(shí)是裸機(jī)，可由編程人員任意編寫控制程序，其可編輯性和擴(kuò)展性強(qiáng)。由于每個(gè)項(xiàng)目的潔凈空調(diào)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(fēng)機(jī)的電機(jī)和再熱，我們結(jié)合以下案例3，對末端（組合式送風(fēng)柜）的節(jié)能控制進(jìn)行說明。案例3：組合式送風(fēng)柜控制圖2組合式送風(fēng)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(fēng)管內(nèi)的溫濕度傳感器、風(fēng)管電動(dòng)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(shè)定的值相比較，并根據(jù)比較的結(jié)果輸出相應(yīng)的電流信號轉(zhuǎn)成0-10VDC信號來控制調(diào)節(jié)水管比例積分閥、再熱段或電極加濕器的動(dòng)作，使回風(fēng)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(diào)節(jié)），加熱效果較好，若沒有條件，可采用電加熱，較經(jīng)濟(jì)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(jù)所反饋的溫濕度信號，有選擇性的組合投入，實(shí)現(xiàn)分級調(diào)節(jié)。這種控制模式優(yōu)點(diǎn)就是簡單，經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)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(jìn)行控制（根據(jù)反饋回來的溫度濕度信號，無級調(diào)節(jié)電壓，從而實(shí)現(xiàn)對電加熱的無級調(diào)節(jié)控制）,另應(yīng)設(shè)置缺風(fēng)保護(hù)，缺風(fēng)時(shí)，電加熱禁止啟動(dòng)。若系統(tǒng)較大，較多，盡管采用二次回風(fēng)，其輔助電加熱仍相當(dāng)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(diǎn)就是冷卻水的水質(zhì)較差，影響換熱效果。小型主機(jī)系統(tǒng)可選用帶熱回收的風(fēng)冷熱泵，把回收的熱量于系統(tǒng)再熱。3、夏季當(dāng)室外相對濕度較高時(shí)，比例積分閥調(diào)節(jié)不受溫度控制，保持全開狀態(tài)，進(jìn)行降溫除濕，直至受控區(qū)域的濕度符合設(shè)計(jì)要求；此時(shí)由于保證相對濕度而引起的溫差由電極加熱段補(bǔ)償至受控區(qū)域的溫度符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)濕度恢復(fù)至低于設(shè)定值時(shí)，PLC轉(zhuǎn)換為溫度控制模式，由回風(fēng)溫度控制水管比例積分閥開度。4、空氣過濾網(wǎng)的透氣度是用壓差開關(guān)檢測的，當(dāng)過濾器二側(cè)的壓差超過設(shè)定時(shí)，控制面板發(fā)出警報(bào)，提示清洗或更換過濾器5、送風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī)啟停聯(lián)鎖，當(dāng)停止送風(fēng)機(jī)時(shí)，排風(fēng)機(jī)延時(shí)停止。6、冬季當(dāng)送風(fēng)相對濕度低于設(shè)定值時(shí)，加濕器開啟工作，對系統(tǒng)進(jìn)行加濕直至滿足設(shè)定范圍。7、系統(tǒng)送風(fēng)量＼排風(fēng)量由風(fēng)機(jī)的變頻器來控制（轉(zhuǎn)速跟頻率成正比，風(fēng)量跟轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓跟轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率和轉(zhuǎn)速的立方成正比），恒定風(fēng)量（通過采集風(fēng)速變送器信號)。風(fēng)速傳感器裝于送風(fēng)主干管上，用來恒定風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速，當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行后，控制程序?qū)臄?shù)據(jù)采集器采集到的當(dāng)前的實(shí)測風(fēng)速與設(shè)定風(fēng)速值比較，如果當(dāng)前風(fēng)速低于系統(tǒng)設(shè)定的風(fēng)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(jìn)而驅(qū)動(dòng)風(fēng)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，直到當(dāng)前風(fēng)速達(dá)到設(shè)定風(fēng)速值為止，反之，如果當(dāng)前的風(fēng)速高于系統(tǒng)設(shè)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(jìn)而使風(fēng)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，知道風(fēng)速達(dá)到設(shè)定風(fēng)速值（在過濾器較清潔時(shí)，低于工頻運(yùn)時(shí)，有點(diǎn)臟時(shí)接近工頻運(yùn)行，比較臟時(shí)，略高于工頻運(yùn)行，一般會(huì)在40-65HZ運(yùn)行，當(dāng)過濾器很臟時(shí)，阻力大增，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)頻率上升較大，燒壞電機(jī)，所以應(yīng)設(shè)定保護(hù)措施，運(yùn)行最高電流嚴(yán)禁超過電機(jī)的額定電流）。這種控制的優(yōu)點(diǎn)在于：初次調(diào)試運(yùn)行合格后，就能保持送風(fēng)量和室內(nèi)壓差的恒定，更換過濾器也無須重新對系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)量、壓差調(diào)試。若系統(tǒng)在非工作時(shí)間須要值班風(fēng)機(jī)，可在控制器上設(shè)定兩檔風(fēng)速，一個(gè)為正常運(yùn)行風(fēng)速，一個(gè)為值班風(fēng)速，再設(shè)定正常運(yùn)行和值班運(yùn)行時(shí)間段，自動(dòng)切換。3.2主機(jī)系統(tǒng)節(jié)能主機(jī)系統(tǒng)的能耗主要是冷水機(jī)組和水泵。我結(jié)合案例4，對主機(jī)的節(jié)能控制進(jìn)行說明案例4：空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)控制圖3空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)控制原理圖1.夏天優(yōu)先使用水冷螺桿主機(jī)制冷，當(dāng)冷量不足（回水溫度過高）時(shí)自行投入風(fēng)冷熱泵機(jī)使用，當(dāng)冷量富裕時(shí)，優(yōu)先卸載風(fēng)冷熱泵，冬天采用風(fēng)冷熱泵制熱。2.冷水機(jī)組聯(lián)鎖控制：啟動(dòng)：冷卻塔風(fēng)機(jī)開啟，冷卻水泵開啟，再開啟對應(yīng)冷水機(jī)組冷凍水電動(dòng)閥，然后開啟冷凍水泵，最后開啟冷水機(jī)組；停止：停冷水機(jī)組，關(guān)冷凍泵，關(guān)冷凍水閥，關(guān)冷卻水泵，關(guān)冷卻塔風(fēng)機(jī)。3.冷水機(jī)組壓縮機(jī)制冷量可以根據(jù)回水溫度自動(dòng)卸載；冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)根據(jù)冷卻水回水溫度而停啟，更有效