干盤管系統(tǒng)的計算選型

第第頁電子行業(yè)技術(shù)委員會技術(shù)成果審核表標(biāo)題干盤管系統(tǒng)的計算選型作者何秀中所屬分公司四分公司審核意見和建議：校核、整理文章相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)化文章章節(jié)結(jié)構(gòu)。審核人：2016年月日技術(shù)部評審結(jié)果干盤管系統(tǒng)的計算選型四分公司何秀中干盤管DryCoolingCoil，簡稱DCC，使用進(jìn)水溫度比室內(nèi)露點(diǎn)溫度高1-2℃的中溫冷凍水，正常工作時無凝結(jié)水產(chǎn)生，故名為干盤管。DCC采用中溫冷凍水，提高了冷凍機(jī)的制冷效率，節(jié)能效果明顯，應(yīng)用前景非常廣泛。一、DCC選型計算計算循環(huán)風(fēng)量。循環(huán)風(fēng)量=換氣次數(shù)*房間體積。對于層高大于4m的潔凈室，可以適當(dāng)降低換氣次數(shù)上、下限值，避免循環(huán)風(fēng)量過大。特別注意的是，大型電子廠房密封往往不理想，漏風(fēng)較多，以致經(jīng)過干盤管的循環(huán)風(fēng)量較小，直接導(dǎo)致潔凈室內(nèi)正壓小，溫度高等質(zhì)量問題。因此在施工時應(yīng)著重做好彩鋼板密封和DCC封堵工作。DCC制冷量、風(fēng)量、進(jìn)出風(fēng)溫差之間關(guān)系。在MAU+DCC系統(tǒng)中，常見的設(shè)計是MAU承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷和部分顯熱負(fù)荷，如人員產(chǎn)熱、結(jié)構(gòu)傳熱，DCC主要承擔(dān)工藝設(shè)備發(fā)熱產(chǎn)生的顯熱負(fù)荷。Q=C氣*M*Δt=C*L*ρ*Δt=C*L*348.4*P*Δt/(273+t)=362.3*Vy*S*P*（t進(jìn)-t出）/(273+t)注：Q:DCC制冷量，單位KW。C氣：空氣比熱容，近似可取1.004KJ/Kg.℃。M：循環(huán)空氣質(zhì)量.單位kg/s。 Δt：經(jīng)過DCC的進(jìn)出風(fēng)溫差，單位℃。t進(jìn)：DCC進(jìn)風(fēng)溫度，單位℃。T出：DCC出風(fēng)溫度，單位℃。t：經(jīng)過DCC的空氣溫度，近似等于進(jìn)出風(fēng)溫度平均值。L：經(jīng)過DCC的空氣風(fēng)量，單位m3/s。ρ：空氣密度，單位kg/m3。ρ=1.293*273*P/1.01325/(273+t)=348.4*P/(273+t)，標(biāo)準(zhǔn)工況下空氣密度為1.293kg/m3。Ρ：空氣絕對壓力，單位:1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，海拔不高地區(qū)可取近似數(shù)值1。Vy:DCC迎面風(fēng)速，等于經(jīng)過DCC的空氣風(fēng)量/DCC凈面積。為保證DCC風(fēng)壓阻力小于30Pa，一般要求Vy≤2.5m/s。S：DCC凈尺寸，等于DCC外形面積減去四周邊框面積，通常邊框?qū)挾燃s為4cm。計算中溫冷凍水流量。Q=G*C水*ΔT水G=Q/C水/ΔT水=3600*Q/4.187/ΔT水/1000=0.86Q/ΔT水注：G:水流量，單位m3/h。Q:DCC制冷量，單位KW。C水：水比熱容，為4.187KJ/Kg.℃。ΔT水:中溫冷凍水進(jìn)出水溫差，單位℃。計算中溫冷凍水流量。管徑計算涉及流體力學(xué)，較為復(fù)雜，且目前有較多的計算軟件和經(jīng)驗數(shù)據(jù)可以選擇，這里就不再詳細(xì)敘述，列出下表供參考選用。計算DCC內(nèi)銅管中水流速，計算銅管管徑。G=3600*W*S*NW=3600*N*S/G注：G:水流量，單位m3/h。W:銅管內(nèi)水流速，單位m/s。流速越快，換熱效果越好，但系統(tǒng)阻力會增加，流速應(yīng)控制在0.6-1.8m/s，常見經(jīng)濟(jì)流速可取1.0m/s左右。S：銅管截面積,單位m2。銅管常見直徑有3/8’’，1/2’’，5/8’’，1’’，常見厚度0.35mm，0.41mm，0.5mm等。N:DCC與集管焊接的銅管根數(shù)。計算DCC傳熱系數(shù)K。DCC傳熱系數(shù)K計算涉及復(fù)雜的熱力學(xué)知識，這里就不再詳述計算原理了。目前一般是根據(jù)熱力學(xué)原理結(jié)合試驗數(shù)據(jù)來推斷K值計算公式，不同廠家DCC的K值計算公式也不一樣。項目上DCC具體選型時，可以向廠家查詢計算公式，有的廠家為技術(shù)保密，往往不給公式。目前較通用的K值經(jīng)驗公式如下：K=[(30.5*Vy0.725)-1+(200*W0.8)-1]-1注：K:DCC傳熱系數(shù)，單位：W/（m2.℃）Vy:DCC迎面風(fēng)速，單位：m/s，等于經(jīng)過DCC的空氣風(fēng)量/DCC凈面積。W:DCC內(nèi)銅管水流速，單位：m/s。計算對數(shù)平均溫差ΔTm。冷凍水溫度在DCC中是變化的，為了更準(zhǔn)確的選型計算，需要推算出來一個相對準(zhǔn)確的溫差數(shù)值，稱為對數(shù)平均溫差。ΔTm=（△T1-△T2）/ln（△T1/△T2）逆流時△T1=T1-t2，△T2=T2-t1；其中，T1：空氣進(jìn)口溫度；T2：空氣出口溫度；t1：冷凍水進(jìn)口溫度；t2：冷凍水出口溫度；ln——自然對數(shù)。計算DCC銅管排數(shù)。DCC制冷量=傳熱系數(shù)*單排傳熱面積*銅管排數(shù)*對數(shù)平均溫差銅管排數(shù)=DCC制冷量/(傳熱系數(shù)*單排傳熱面積*對數(shù)平均溫差)注：單排傳熱面積=2*排間距*表冷器孔數(shù)*孔間距*表冷器凈長/片間距-銅管截面積*孔數(shù)，單位m2。DCC傳熱面積計算較復(fù)雜，可以直接向廠家查詢數(shù)值。DCC系統(tǒng)水力平衡計算與調(diào)試。DCC內(nèi)冷凍水阻力。目前常見的DCC內(nèi)冷凍水阻力損失一般在20-40KPa之間，具體的計算較為復(fù)雜，各廠家的經(jīng)驗計算公式也有所不同，在DCC選型時可以向廠家查詢。水力平衡計算。為保證DCC系統(tǒng)制冷效果達(dá)到設(shè)計選型要求，必須保證系統(tǒng)的水力平衡。通常做法是采用一個閥門組來控制多個DCC，閥門組后面采用同程式管路設(shè)計，保證每個DCC水壓相同。如圖所示：2.1水力平衡計算時先確定最不利管路的阻力，最不利管路最不利點(diǎn)一般位于系統(tǒng)最遠(yuǎn)點(diǎn)。管道最不利點(diǎn)沿程阻力△Pg=?*L注：?:管道沿程阻力系數(shù),單位Pa/m。?與管徑、管壁粗糙度、流體種類、流速有關(guān)。L:管道長度。由于管道阻力△Pg計算復(fù)雜，特別是?涉及較多流體力學(xué)，這里不再詳述。目前網(wǎng)絡(luò)上有很多軟件，只要輸入相關(guān)參數(shù)如流量、管徑、管道長度，就可以自動生成△Pg。2.2局部阻力。局部阻力主要包好閥門阻力和管件阻力，計算很復(fù)雜。對于整個管道系統(tǒng)，直管較長，可以按照沿程阻力的10%-30%來估算局部阻力。對于直管短較短的DCC支管，可將管件折算管道當(dāng)量長度計算管件阻力，如下表所示。閥門阻力可查詢廠家樣冊來確定。系統(tǒng)阻力計算。系統(tǒng)阻力=管路最高點(diǎn)與水泵的高差+設(shè)備阻力+管道最不利點(diǎn)沿程阻力+管件阻力+閥門阻力+DCC閥門組阻力+DCC阻力。其中，設(shè)備阻力、閥門阻力、DCC閥門組阻力都可以直接向廠家查詢。水力平衡調(diào)試。水力平衡調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是將系統(tǒng)中所有水力平衡閥的測量流量同時調(diào)至設(shè)計流量

。實(shí)際運(yùn)行時，DCC系統(tǒng)各閥門組的壓力波動較小，較適宜選用靜態(tài)平衡閥。平衡閥的閥門系數(shù)Kv，定義是：當(dāng)平衡閥全開時，前后差壓為1bar時，流經(jīng)平衡閥的流量。DCC閥門組采用并聯(lián)形式，各個水力平衡閥的流量與其流量系數(shù)Kv值成正比。水力平衡聯(lián)調(diào)的步驟如下：將系統(tǒng)中的所有閥門調(diào)至全開；測量并調(diào)節(jié)最不利管路最不利點(diǎn)水力平衡閥的開度，使其實(shí)際流量等于設(shè)計流量；由最不利管路最不利點(diǎn)平衡閥依次向前調(diào)整，使其他DCC閥門組的平衡閥實(shí)際流量等于設(shè)計流量。由于并聯(lián)平衡閥流量與Kv成線性比例關(guān)系，若系統(tǒng)壓力波動，各個DCC閥門組內(nèi)水流量成同比例波動，這時只要調(diào)節(jié)主管道閥門開度，就可以一次性使所有DCC閥門組水流量等于設(shè)計流量了。DCC常見閥組形式平衡閥+電動閥+蝶閥組合。如下圖所示，DCC閥門組回水管采用電動閥+平衡閥+蝶閥組合，其中電動閥采用調(diào)節(jié)型，負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)冷凍水流量；平衡閥負(fù)責(zé)此閥門組與其他閥門組之間的水力平衡。平衡閥后端加蝶閥？平衡閥后端加蝶閥？項目實(shí)例：合肥彩虹項目。平衡閥+氣動閥+蝶閥組合。如下圖所示，DCC閥門組回水管采用氣動閥+平衡閥+蝶閥組合，其中氣動閥采用調(diào)節(jié)型，負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程調(diào)冷凍水流量，平衡閥負(fù)責(zé)此閥門組與其他閥門組之間的水力平衡。項目實(shí)例：華星光電t2、t3項目兩種閥門組的比較：氣動閥動作力距比電動閥門大，開關(guān)動作速度快，精度高，動作過程中因氣體本身的緩沖特性，不易因卡住而損壞，但必須有氣源，整體造價高，適用于要求較高的場合。閥組計算選型閥門選型基本過程原理都一樣，在這里就介紹氣動閥選型計算過程。首先計算Cv值，再查詢廠家樣品手冊，確定閥門具體規(guī)格型號。注：實(shí)際選型參考的Cv應(yīng)該大于計算出的Cv值。Cv計算公式：Cv=1.167Kv=1.167*Q*(ρ/△P)1/2注：Cv：閥門流量系數(shù)，英制表示方法，單位gal/min。Kv：閥門流量系數(shù)，公制表示方法，單位m3/h。Q：通過閥門的流量，單位m3/h。ρ：流體相對密度系數(shù)，公式中以常溫15.6℃水為1，實(shí)際計算近似取水密度為1。△P：閥門壓力降，單位為bar，1bar=0.1MPa=100KPa。不同閥門的壓損也不同，制造廠家會給出閥門壓損。如山武牌用于冷凍水系統(tǒng)的氣動閥，△P在29~49KPa之間。復(fù)核DCC系統(tǒng)計算選型是否合理系統(tǒng)水泵揚(yáng)程應(yīng)大于系統(tǒng)阻力的1.1倍，根據(jù)上述DCC計算選型結(jié)果來校核設(shè)計圖中的水泵揚(yáng)程，也可以來驗證整個DCC系統(tǒng)設(shè)計選型是否合理可行。DCC及氣動閥計算選型實(shí)例已知南京某個TFT項目潔凈室，整體密封性較好，面積1000m2，標(biāo)高4.0m，上夾層凈高度3.0m，潔凈度1000級，相對正壓10Pa，設(shè)計負(fù)荷320w/m2，設(shè)備排風(fēng)量12000m3/h，空調(diào)系統(tǒng)采用MAU+DCC+FFU組合，MAU制冷量70kw、風(fēng)量30000m3/h，DCC懸掛式安裝，DCC進(jìn)風(fēng)23℃，出風(fēng)20℃，采用14/21℃的中溫冷凍水，DCC閥組采用氣動閥+平衡閥形式+截止閥形式，請對DCC和氣動閥計算選型。計算過程：正壓風(fēng)量和設(shè)備排風(fēng)量相對較小，可以忽略不計。直接根據(jù)換氣次數(shù)計算循環(huán)風(fēng)量L=1000*4*60=240000m3/h。DCC總制冷量=1000*320/1000-70=250kw。擬選用10臺DCC，則單臺DCC的制冷量Q=25kw，循環(huán)風(fēng)量24000m3/h。計算迎面風(fēng)速Vy。根據(jù)某品牌型號尺寸，擬選用凈尺寸2400*1500mm的DCC，迎面風(fēng)速Vy=24000/3600/(2.4*1.5)=1.85m/s。計算單臺DCC溫冷凍水流量。G=0.86*25/7=3.07m3/h。選擇集管管徑。由流量3.07m3/h，可選擇DN32的管徑。則集管流速1.06m3/h。計算銅管管徑。G=3600*W*S*N，根據(jù)DCC型號，采用8根支管，每根支管7回程銅管設(shè)計。初步假設(shè)銅管內(nèi)水流速1m/s左右，計算出的銅管管徑為12mm，實(shí)際選用Φ12.55*0.41mm銅管，計算出銅管內(nèi)實(shí)際水流速W=0.94m/s。傳熱系數(shù)K=[(30.5*Vy0.725)-1+(200*W0.8)-1]-1=[(30.5*1.850.725)-1+(200*0.940.8)-1]-1=38.3W/（m2.℃）對數(shù)平均溫差ΔTm=（△T1-△T2）/ln（△T1/△T2）=7-2/(ln7/5)=3.6