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净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨

作者:yebuyugz9B    发布时间:2024-02-25 19:32:00    浏览量:

引言

MAU+FFU+DC系统即是组合式新风机组(Make-up Air Unit)+ 风机过滤器单元(Fan Filter Unit)+ 干盘管(Dry coil)系统。


最常见的形式如图1 所示。

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨
净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图2)

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图1 MAU+FFU+DC系统图

由于其具有温度分区域控制、布局灵活、FFU负压密封、节约回风输送能等特点,十分适合电子厂房热湿比大(热负荷极大、而散热量小)、回风量大、大面积净化的特点,因而广泛应用在电子洁净厂房设计中。

在实际设计、工程安装过程中,笔者接触这类系统也不少,发现目前很多类似项目在设计工程中缺乏明确的依据、数据作为参考(规范没有详细的规定及要求),甚至很多项目存在设计与规范有抵触的现象。

因此,有必要对一些问题做进一步探讨。

1 FFU静压箱内压力问题

1.1 负压形成的主要因素

FFU上部静压箱相对于室内为负压,可起到负压密封的作用。这也是FFU系统的一个公认的优点。当然在MAU+FFU+DC 亦是如此。

但是,一般工程项目中FFU静压箱相对于室外亦是负压(为此笔者曾做过测试)。特别是MAU+FFU+DC系统中FFU静压箱内,由于回风经过干盘管,存在较大风压损失(有资料或者普遍认为30Pa ~50Pa,第2 节将做具体分析);在保证室内一定正压值的情况下(如按照规范洁净区与非洁净区不小于10Pa)势必造成FFU 静压箱内相对于室外成负压。

例如:若洁净室内保证+10Pa(相对室外非洁净区),回风孔板和回风夹道风压损失5Pa,若干盘管风压损失为40Pa,则可知静压箱内压力为-35Pa(相对室外非洁净区)。

因此,我们可得到一个结论,同时也有一个问题。

第一,造成静压箱内负压的主要原因是干盘管的风压损失(回风夹道和孔板阻力损失相对小得多)。

第二,静压箱内(相对室外非洁净区)负压是否合理?


1.2 对静压箱内负压的讨论

FFU上部静压箱相对于室内为负压,可起到负压密封的作用,这对保证洁净区内的洁净度无疑是起积极作用的。

但是相对于室外非洁净区(一般是技术夹层)为负压,必然导致室外空气直接泄漏到静压箱内,影响FFU过滤器使用寿命,这无疑是有害的或者叫做不利因素。

这种情况,其实就相当于将FFU 置于负压段(相对室外非洁净区)。这与GB50073《洁净厂房设计规范》条款有所冲突。

其一,第6.4.1条规定中效(高中效)空气过滤器宜集中设置在空调系统的正压段,其原因是因为考虑到负压段易漏气(见条文说明);何况FFU内一般都是高效或者超高效过滤器。

其二,MAU+FFU+DC系统新风,都是经过高效过滤器过滤后与洁净回风在静压箱内混合,说明静压箱内仍然是洁净区,至少是准洁净区(这个可以通过计算可知)。第6.2.2要求,不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的压差,应不小于5Pa,洁净区与室外的压差,应不小于10Pa。

在工程设计中,必须从经济性(包括造价与运行)、先进性(技术方面)、节能等多方面加以综合比较,才能得出合理与否。不能单纯从某一方面去看,大多数设计工程设计中规范在选择技术手段、确定某个参数的时候都是遵循这个原则的,因此,FFU静压箱内相对于室外成一定的负压具有合理的(见下面具体的计算分析),这也与工程设计指导思想是一致的。

问题关键是如何确定这个负压值?

我们暂且称为经济值,这个值的合理性、经济性才是我们最关心的。

下面先举一个具体的例子。某项目采用MAU+FFU+DC系统,其中一个房间的参数如表1所列,房间空调设备布局如图2 所示。

很明显如果遵照规范,FFU上部静压箱相对于室外不能为负压,而且还应该保证应不小于10 Pa的正压。

假定洁净室内为15Pa (相对室外非洁净区),反推一下,要保证静压箱内为10 Pa(相对室外),则回风干盘管、回风夹道、地格栅风压损失之和必须小于等于5Pa。若先不考虑回风夹道及地格栅损失,仅以干盘管阻力损失为5Pa计算(计算方法见本文第2节),得出迎面风速约为0.34kg/(m2.s),按此风速,从新选择干盘管,则至少需要13台相同型号的干盘管,是原设计的3倍多。而要保证如此小的压力损失,地格栅(回风有效)面积、回风夹道面积也必然大大增加。

从上例看出,如果依照规范保持静压箱内正压,这种情况必然会造成初投资极大增加,净化面积减少(回风夹道增加),使得MAU+FFU+DC系统造价更加昂贵,也不利于MAU+FFU+DC系统的推广使用,因此这是十分不合理的。

规范第6.4.1条规定条文说明,因为考虑到负压段易漏气,影响过滤器使用寿命。一般国内洁净室空调系统设计中,以初、中、高效过滤器配置的系统,使用寿命也仅在1~3年。因此,如果所漏入静压内风量,使FFU过滤器使用寿命能在正常设计寿命范围内,笔者认为这个泄漏风量就是可以接受的。在1.3节将具体做详细计算分析。

既然如此,笔者认为,此处压差值的设定可不执行《规范》规定;或者说规范应根据不同系统形式,在此做出调整或更为详细合理的规定。登录入口

这里还必须说明,上述例子,在不增加DC 数量的情况下,通过提高室内的压力设定值,依然可以保证FFU静压箱内相对室外为正压值。例如,若洁净室内保证+45Pa(相对室外非洁净区),回风孔板和回风夹道风压损失5Pa,若干盘管风压损失为30Pa,则可知静压箱内压力为+10Pa(相对室外非洁净区)。

但是,这样一来有3 个问题:第一,这样必然使得新风量大大增加,新风表冷量和输送能都要增加。显然MAU+FFU+DC 系统失去了其优点之一。第二,洁净室压差过大也影响到门的开启,一般设置为小于50Pa。第三,若一个净化区域存在几个不同等级洁净区,按照上述,最低级别相对非洁净区压差就应该保持在+45Pa,则其它高级别区域则应该按照规范以5Pa的梯度往上递增。显然这使得第一、二条的问题更加严重。

因此,笔者在以下计算分析中,暂未从提高洁净室相对压差考虑干盘管风阻的设置问题。实际工程中也没有遇见这种做法,但是,这可以作为一个保留手段,值得广大设计人员去思考。

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨


1.3 合理性、经济性值

根据上面的思想,下面我们从理论上试计算FFU静压箱在不同压力时FFU 的理论使用寿命。FFU使用寿命,即是FFU内高效过滤器使用寿命,可以采用如下公式计算:

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图4)

(1)式中:T 为过滤器使用寿命,d;P为过滤器容尘,量g;N1为过滤器前空气的含尘浓度,mg/m3;Q为过滤器的风量,m3/h;t为过滤器一天的工作时间,h;η为计算过滤器的计重效率。其中:

N1= M(1-S)(1-ηn)+NrS(1-ηr)

(2)式中:M 为大气含尘浓度,mg/m3;S 为循环风比例;Nr为回风浓度,对于浓度最高的10 万级洁净室,也不会超过0.001 mg/m3~0.01 mg/m3;ηn为过滤器前的新风通路上的过滤器计重效率;ηr为过滤器前的回风通路上的过滤器计重效率。

对于不同的系统,ηn和ηr是不同的,N1也不同。对于MAU+FFU+DC系统而言(典型形式如图1 所示),过滤器前空气的含尘浓度应包括3 个部分:

一是由回风带入部分,

二是由新风带入部分,

三是由于FFU静压箱相对于室外为负压,外界空气直接漏入部分。因此,可以表达为:

N1= M(1-S)(1-ηn)+NrS(1-ηr)+ MSl

(3)根据S 的定义,我们可以把Sl叫做漏风比例;漏风占总风量的比值。

由于MAU+FFU+DC系统新风通路上装有高效过滤器,一般对于高效过滤器可认为η≈1,因此ηn = 1 ,式(3 )可以写成:N1= NrS(1-ηr)+ MSl(4);

(4)式即MAU+FFU+DC系统,FFU 静压箱内空气的含尘浓度计算式。

FFU静压箱漏风量的计算,一般有换气次数法和缝隙法两种计算方法。采用缝隙法计算渗透风量,既考虑了洁净室维护结构的气密性,又考虑了室内维持不同压差值所需要的正压风量,因而比较准确可靠。其次,FFU静压箱一般都是由保准宽度净化彩钢板构成,其缝隙长度可以比较准确的计算出。因此,可以采用缝隙法计算FFU静压箱漏风量。

对于不同压差及不同材料缝隙的漏风量给出了实验值,可按照表2选取。

下面仍然以图2 所示房间为例,计算FFU静压箱不同负压值情况下,FFU 过滤器使用寿命。

① FFU 静压箱缝隙长度的计算。

注意,这里缝隙长度只能计算静压箱与非洁净区直接接触的部分,不包括与洁净室直接接触部分。

如图2,其静压箱顶板采用彩钢板为:宽1.150m,长度为3m。顶板竖向接缝为12条,每条长度6.2m,横向接缝7条,每条长度为32.6m,则静压箱顶面接缝长度为302.6m。静压箱高度为2m,同样采用1.15m宽彩钢板,其接缝长度为204m。静压箱接缝总长506.6 m。

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图5)

注:表中风量暂未考虑房间及静压箱漏风量。

图2 房间设备布置平面图

表2 不同压差下单位长度漏风量

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图6)

一般洁净室所采用彩钢板宽度均为1.15m,受强度影响,每块板子一般也不超过4m,因此本例计算结果具有普遍性,其数据可作为参考。

② FFU静压箱漏风量的计算。

由表2及①节所得出接缝长度,计算结果见表3。

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图7)

图2 房间设备布置平面图

③ FFU过滤器使用寿命计算。新风(室外大气)计重浓度一般取值M = 0.3mg/m3,Nr取0.005mg/m3,由公式(1)及(4)可计算,

其结果如表4 所列。

④ 结果分析。

由表4计算结果可以看出,当FFU 静压箱负压值大于等于20Pa 时,FFU过滤器使用寿命已经不足2年,因此,单从FFU 使用寿命看,笔者认为静压箱负压值最好控制在小于等于20Pa范围内。当负压值在这个范围内时,可认为FFU使用寿命理论上能达到正常值(一般国内洁净室空调系统设计中,以初、中、高效过滤器配置的系统,使用寿命也仅在1~3 年),因此笔者认为这时的负压值是合理的。

2 干盘管选择

由1.1已知道,干盘管是造成FFU 静压箱负压(相对室外非洁净区)的主要因素,而负压值大小决定了FFU过滤器使用寿命及干盘管面积大小。通过上述分析,FFU静压箱负压值需控制在小于等于20Pa范围内。此时在保证FFU过滤器使用寿命下,干盘管面积最小(即投资最少)。

空气流动阻力与表面式空气加热器的型式、结构和空气质量流速等因素有关,通常由实验确定其经验公式。

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图8)


净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图9)


净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图10)

式中:C、y分别为与表面式空气加热器结构有关的实验数据;vρ为管外空气质量流速kg/(m2.s);vρ=G/f;G 为空气质量流量kg/s;F为表面式空气加热器通风的有效面积,m2。

国产部分表面式空气加热器的阻力计算公式可由参考文献表3.1-7计算。

以B型或U-Ⅱ表冷为例,干工况时空气压力损失计算为:

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图11)

若洁净室内为10Pa(相对室外非洁净区),使FFU 静压箱负压值控制在小于等于20Pa,则干盘管空气阻力损失应小于等于30Pa。

由式(6)反算可得到干盘管最大允许流速为:0.97kg/(m2.s)。仍以此流速为1.2 例子计算选择干盘管,仅需要6 台同型号的干盘管(即只比原来多2台)。从增加投资来看,远远小于1.2计算结果,因此是合理的。在保证FFU过滤器正常使用寿命前提下,干盘管风速控制在0.97 kg/(m2.s)附近是经济、合理的。

因而,值得引起注意的是:一般认为,在空调工程设计中,空气的质量流速通常取为6~10kg/(m2.s)。通过上述分析计算,此值不能用于MAU+FFU+DC系统干盘管的选型计算。

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨

3 结论

(1)在MAU+FFU+DC系统中,造成FFU 静压箱内负压(相对于非洁净区大气)的主要原因是干盘管的风压损失。在设计过程中,合理确定FFU静压箱相对压力值,影响到FFU过滤器寿命及系统造价。

(2)本文通过计算分析,FFU 静压箱负压值控制在小于等于20Pa范围内,可在保证FFU正常使用寿命前提下,最大程度节约DC 数量,可以作为工程设计参考。

(3)对于FFU静压箱成内负压与规范有相抵触的情况,通过理论计算分析,笔者认为,此处可不执行《规范》规定。也希望规范在下次规范的修订时,能根据不同系统形式,在此做出调整或更为详细合理的规定。

(4)工程设计过程中,在选择干盘管时,千万不能忽略干盘管的风阻。星空体育

净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(图13)

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