潔凈室空調(diào)系統(tǒng)設計及運行調(diào)節(jié)分析案例

　　摘 要介紹了某電子封裝項目凈化空調(diào)系統(tǒng)的設計，分析了各季節(jié)的空調(diào)運行處理過程。通過采用自控和系統(tǒng)運行精細調(diào)節(jié)等節(jié)能措施，保證了空調(diào)系統(tǒng)的可靠性，降低了運行能耗。 

1工程概況 
　　該項目為某單位已有一幢三層（局部四層）建筑物的第三層改造為電子元器件后道封裝生產(chǎn)工藝所需的ISO7潔凈室。潔凈區(qū)面積1000m2，隔墻采用巖棉夾芯雙面金屬壁板包覆的密閉輕質隔熱材料，采用優(yōu)質PVC防靜電地面。空調(diào)機房設在四層、屋面設置風冷冷水機組。對新增動力設備的4層、屋面進行了結構加固。潔凈室潔凈等級分別為7級、8級。潔凈室平面布置圖如圖1所示。 
　　2設計參數(shù) 
　　2.1空調(diào)室外空氣計算參數(shù) 
　　2.2空調(diào)室內(nèi)空氣計算參數(shù) 
　　3工程特點及空調(diào)系統(tǒng)設計 
　　1）工程特點。本工程屬于改造項目，建筑面積、樓層空間高度的局限性都比較大， 加上廠房內(nèi)沒有現(xiàn)成的冷源、熱源，本著節(jié)約、環(huán)保的理念，在滿足空調(diào)系統(tǒng)工藝可靠性、技術經(jīng)濟性、運行穩(wěn)定性、維修保養(yǎng)可行性的前提下，節(jié)能、降耗成為空調(diào)系統(tǒng)的主要控制點。針對以上情況空調(diào)系統(tǒng)設計如下。 
　　2）冷源和熱源。①空調(diào)系統(tǒng)總冷負荷215kw，設計冷負荷指標為215kw/m2，采用一臺制冷量296kW的渦旋風冷冷水機組，功率為100kW，冷凍水供回水溫度分別為7℃和12℃。一路供應至凈化空氣機組（MAU）；另一路通過板式熱交換器，為干盤管表冷器供應冷水，其供回水溫度分別為16℃和19℃。②空調(diào)系統(tǒng)總熱負荷為200 kW，熱負荷指標215kw/m2，采用電加熱，通過MAU加熱向潔凈室室內(nèi)送熱風。采用電極式加濕器加濕。 
　　3）凈化空調(diào)系統(tǒng)設計。根據(jù)工藝布局設置相應的凈化空調(diào)系統(tǒng)，基于凈化區(qū)技術夾層空間的極其有限，系統(tǒng)采用凈化空氣機組（MAU）+風機過濾送風單元（FFU）+干盤管表冷器（DCC）的組合方式。為節(jié)能降耗， MAU機組設置了變頻器，并可通過末端FFU的檔位調(diào)節(jié)實現(xiàn)經(jīng)濟運行風量，以有效節(jié)能。潔凈室氣流組織為頂送側下回的形式。送風采用高效過濾器頂送風方式，回風通過設在潔凈室回風夾道下側的回風格柵，經(jīng)夾道的DCC處理后回至吊頂上方的送風靜壓箱，并再次送入潔凈室，送風動力由FFU風機提供。潔凈系統(tǒng)采用三級過濾措施，即在MAU內(nèi)設置G4初效板式過濾器一道，F(xiàn)8中效密褶式過濾器兩道；末端FFU配置了H13的高效過濾器（HEPA）。潔凈室送風濕度由MAU保證，潔凈度和溫度由FFU和DCC保證。潔凈室空調(diào)系統(tǒng)原理圖如圖2所示。 
　　4）空調(diào)水系統(tǒng)設計。空調(diào)水（冷凍水采用了經(jīng)過全自動軟水器處理過的軟化水補水）系統(tǒng)采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，膨脹水箱定壓。本項目是通過在冷凍水供回水總管上設置壓差旁通調(diào)節(jié)閥控制冷凍水流量，使其保證流量恒定，通過調(diào)節(jié)一次側閥門的開度，來調(diào)節(jié)冷凍水流量。 
　　3自控系統(tǒng)設計 
　　本項目采用直接數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)（DDC系統(tǒng)）控制，主要內(nèi)容包括：新風機組、潔凈區(qū)干盤管、空調(diào)水系統(tǒng)、制冷主機、水泵、熱交換器等設備的控制。新風機組主要控制送風溫度、送風壓力；潔凈區(qū)干盤管主要控制室內(nèi)溫濕度；空調(diào)水系統(tǒng)主要控制冷凍水流量。潔凈室空調(diào)系統(tǒng)自控原理圖如圖3所示。 
　　1）新風機組、潔凈區(qū)干盤管的控制。①送風溫度的控制。送風溫度控制系統(tǒng)由設在送風管上的溫度傳感器、DDC控制器和電動調(diào)節(jié)閥組成。當負荷改變時，DDC控制器根據(jù)溫度傳感器的信號控制盤管出水管上的電動調(diào)節(jié)閥的開度以恒定送風溫度。②室內(nèi)溫濕度控制。潔凈區(qū)室內(nèi)安裝24臺干式盤管表冷器（DCC），共分為5個區(qū)域進行控制，每個區(qū)域安裝一臺電動調(diào)節(jié)閥，DDC控制器根據(jù)房間溫度傳感器的信號調(diào)節(jié)干盤管表冷器水流量，以實現(xiàn)溫度控制。若完全關閉了冷凍水電動調(diào)節(jié)閥仍不能滿足溫度要求，則開啟MAU電加熱段來實現(xiàn)溫度控制。 
　　在夏季需要除濕的工況下，通過調(diào)節(jié)盤管表冷器進水管上的電動調(diào)節(jié)閥的開度，來實現(xiàn)濕度控制；在冬季需要加濕的工況下，通過DDC控制器控制電極式加濕器開關，達到濕度調(diào)節(jié)目的。③潔凈室空氣壓差控制。本項目潔凈室為正壓潔凈室。不同潔凈度房間必須保持一定的壓力梯度。即必須保持一定的壓差。當潔凈室的送入風量與排出風量+壓差風量（余風量）之間達到平衡便建立壓差。這里的排出風量包括需排往室外的排風量及回風量。對直流系統(tǒng)的新風量=排風量+壓差風量，對循環(huán)系統(tǒng)的新風量+回風量=回風量+排風量+壓差風量。所以歸根到底，壓差的實質是:新風量=排風量+壓差。 
　　壓差控制時為了保證潔凈室換氣次數(shù)和排風除塵效果，盡量不改變送風機組和排風機組風量。由于本系統(tǒng)有足夠的剩余風量，所以主要通過各房間余壓閥泄壓來保證微壓差（正壓）的恒定。 
　　運行中在主要工藝房間設置直讀式壓差表；并定期更換三級過濾系統(tǒng)中的初、中、高效過濾器及定期檢查余壓閥狀態(tài)。 
　　2）空調(diào)水系統(tǒng)的控制。冷凍水流量控制原理：本項目采用百分比特性電動壓差旁通閥門控制，就是對冷凍水的旁通流量進行浮點式（PID調(diào)節(jié)）控制，以實現(xiàn)高精度可靠控制。排除了線性調(diào)節(jié)方式存在的缺陷。即通過PID控制器檢測冷凍水供回水的壓差，來實時調(diào)節(jié)旁通閥門的開度，從而使管網(wǎng)壓力達到平衡。通過壓差旁通控制可保證冷凍水流量平衡，從而保證負荷側的變流量。 
　　3）制冷主機、水泵、熱交換器的控制。制冷主機、新風機組、冷水循環(huán)泵、熱交換器等設備采用直接數(shù)字式控制系統(tǒng)DDC控制，它由中央電腦及終端設備加上若干DDC模塊組成，在空調(diào)控制中心能顯示并自動打印凈化空調(diào)通風設備的運行狀態(tài)及各主要運行參數(shù)，以便進行集中監(jiān)控。進入DDC系統(tǒng)的空調(diào)通風設備不僅能在控制中心啟停（遠程控制），還能就地啟停并能切斷電源進行檢修（就地/現(xiàn)場控制），所有設備均有手動及DDC自動控制的轉換開關，當此開關處于手動控制狀態(tài)時，DDC系統(tǒng)只能監(jiān)視設備運行狀態(tài)，而不能控制。 
　　4空調(diào)系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)分析: 
　　該項目已于2009年5月8日建造完成并投入使用，截至目前運行狀況良好；經(jīng)過20個月的運行、觀察、調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)進行了持續(xù)改進和優(yōu)化運行參數(shù)的調(diào)整，不僅滿足了工藝要求，而且取得了良好的節(jié)能減排效果。 
　　由于潔凈室溫度要求為23±2℃，相對濕度60±5%，即在生產(chǎn)條件下要求全年恒溫恒濕，且由于潔凈生產(chǎn)車間設備熱濕負荷較大，故該空調(diào)系統(tǒng)大多處于過渡季工況下運行，并沒有明顯的冬季、夏季工況表征；為了實現(xiàn)節(jié)能，在保證溫濕度滿足工藝要求的前提下，嘗試了人為干預自動控制，如夏季時手動切斷了電加熱段的電源，避免了系統(tǒng)自動控制而普遍存在的冷熱抵消現(xiàn)象。冬季時為了防止新風溫度過低而損壞機組表冷器，手動開啟冷水電動調(diào)節(jié)閥的手動旁通閥門，經(jīng)過多次對冷水旁通閥進行開度細微調(diào)節(jié)，最終鎖定在20%的開度上，確保了防凍循環(huán)流量，從而避免了在惡劣天氣條件下可能凍裂機組表冷器銅管束的情形。過渡季節(jié)通過人為對控制系統(tǒng)閥權度的調(diào)整（調(diào)節(jié)自控系統(tǒng)程序中的閥權度比例參數(shù)，限制該季節(jié)冷水閥最大開度為75%，電加熱器最大開度為滿負荷的50%），從而實現(xiàn)節(jié)能。 
　　針對目前工藝空調(diào)普遍存在的冷熱抵消現(xiàn)象，采取上述措施，可以有效降低冷熱抵消的耗能狀況。 
　　此外在滿足工藝要求的前提下，經(jīng)過多次的調(diào)節(jié)和整定，空調(diào)機組變頻器鎖定在不高于40Hz的頻率下運行，有效的降低了空調(diào)風機運行電耗。針對變頻器所產(chǎn)生的電網(wǎng)污染（高次諧波），于2009年9月20日采取了關鍵工藝設備單獨設置電源保護器的措施。同時將系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)的各種手段，更新到空調(diào)系統(tǒng)運行標準操作指導書（SOP）中，既可滿足工藝條件可靠恒定，又能自始至終的將節(jié)能工作貫穿到運行調(diào)節(jié)工作中。并在停產(chǎn)檢修、系統(tǒng)保養(yǎng)過程中，試驗和實施已完成的技術分析結論和相關運行調(diào)節(jié)方案，以確保系統(tǒng)持續(xù)改進的可靠性。 
　　5結束語 
　　空調(diào)系統(tǒng)的設計是否成熟、方案技術經(jīng)濟分析和選擇是否合理、建造質量的好壞、運行調(diào)節(jié)是否及時有效、采取的節(jié)能措施是否得當?shù)?，都對系統(tǒng)滿足工藝要求和節(jié)能減排有很大的影響。而當項目設計并建造完成投入使用后，運行精細調(diào)節(jié)和系統(tǒng)持續(xù)改進工作也是很重要的。