应用于浄化车间的温湿度独立控制空调系统

摘 要    从 能 源 角 度分 析 传 统 净 化 车 间 采 用 冷 冻 除 湿 处 理 送风 所存 在 的 问 题 ， 针 对 净 化 车 间 机组 承担热 湿 量 与 传 统 空 调 房 间 相 比 较 存在 的 差 异 ， 提 出 了 一 种 新 型 的 空 调 系 统模 式 ， 将 温 湿 度 独 立 控 制 理 念植 入传 统 净 化 车 间 。 针 对 净 化 车 间 的 热 湿 环 境要 求 ， 以 某 一 工 程 为 例 分析 比 较 温 湿 度 独 立 控 制 空 调 系 统在 净 化 车 间 领 域 的 节 能 性 。 

关键词   净 化 车 间 ；膜 法 除 湿 ；干 式 盘 管 ；节 能 

Air   conditioning  System   for  Temperature and  Humidity Independent  Control  of  Purification  Workshop

Abstract  From the point of energy,this paper analyzed the problems existing in the traditional purification workshop when air processed by the frozen dehumidifiers. To the difference of heating load between regular workshop and purification workshop ,this paper presented a new air conditioning system mode that combined the temperature and humidity independent control concept with the traditional air conditioning system in purification workshop.On the basis of special requirments of thermal environment,we analyzed the issue saving energy in the temperature and humidity independent control air conditioning system by comparing energy consumption on an actually engineering project.

Keywords Purification workshop;Membrane-based dehumidification;Dry coil;Energy  saving 

０ 引 言
       根 据 国 家 统 计局 的数据表明 ，2014 年我国能源总消耗量髙达426000万吨标准煤 ， 比2012年增长17.7%。随 着我国经济的持续发展 ，建筑能耗 占全 国能耗的比例不断加大。而暖通空调 系统作为公建民建的必备设备，其能耗占据了建筑行业总能耗的主要份额 。建筑暖通的 节能环保问题不容忽视 。

       暖通空调在净化行业有着举足轻重的地位，净化车 间对 室内的温湿度、洁净度 、 气流速度都有着严格的要求 。近些年随着我国医药卫生及电子精密仪器领域的蓬勃发展，对净化车间的需求不断增加 。
      净化 车 间 对 室 内 粒 子浓 度 和 菌落 数有 严 格要求，这是 与普通空调房 间最本质的区 别 。具体表现在其换气次数较大，夏季普通空调房间的玻璃窗日射得热占室 内冷负荷的最大比重[1]。 由于净化车间是在原有土建房间内由50ｍｍ厚彩钢板搭 建而成，净房 内无外围护结构及外窗，玻璃窗日射得热量和瞬变传热量在净化车间均可忽略不计。新风负荷相 比传统空调房间较大，且机组承担的热温负荷主要来自 室外新风负荷 。由此引入温湿度独立控制理念，膜法除湿与干盘管相结合的空调 系统形式展开节能分析。温湿度独立控制空调系统，采用温度、湿度两套相互独立的控制系统，分别控制、调节被控制对象的温度与湿度，以低于露点温度 的低温冷源冷 冻除湿或其他除湿方式控制湿度，以低于干球温度的髙温冷源控制温度，从而避免 了传统空 调 系统 中低温冷源热湿联合处理 所带来的能源品位浪费。由于温湿度采用独立的控制系统，也可以满足不同区域或同一区域不同房间热湿比不断变化的要求 ， 克服了传统空调系统中难以同时满 足温 湿度参数要求的问题，避免了室内湿度过高(过低)的现象。针对洁净空调系统中有低温要求的特殊环境应用更加灵活 [2] 。

１   传统净化车间系统方案

图1为传统净化空调系统中常见的组合式空调机组，空 气热湿处理段主要包括表冷段、电加热段、电极加湿段、被处理空气经冷冻除湿和再热过程达室内设计参数值 。

空气热湿处理在焓湿图上的表示见图２，室内回风混合点Ｃ处空气经组合式空调表 冷器段热湿处理 到露点Ｌ，由系统的送风温差和室内热湿比线确定送风状态点O， 露 点 Ｌ 处的 空 气经 再热器再热处理到送风状态点O, 并沿热湿比线送进室内。
   净化车间对室内含尘浓度控制的同时，要求对室内温湿度进行全面控制 。一般洁净厂房室内计算温度为23℃，相对湿度为55%，此时空气露点温度为13.5℃。空调热湿负荷的任务可以看作是从23℃的环境 中 向 外排热 ， 在13.5℃露点温度的环境下向外排湿，考虑到传热温差，采用５℃冷媒对湿空气冷冻除湿[1]。而这种低温冷媒 冷冻除湿降温段和湿空气等湿再热段无疑造成能源品位上的浪费。另外， 医药食品 行业的某些工艺车间有低湿要求。当室内设计相对湿度低于40％时，由于送风状态点露点温度过低，5℃冷媒已不能满足除湿要求，需采用其他除湿方式辅助解决。[3]

２ 优化后设计方案 

由 于净化车 间机组 冷负 荷大约有60%来自室外新风负荷，本系统对新风的热湿处理采用温湿度独立控制形式 ， 膜法除湿代替传统冷冻除湿 。室内回风用来达 到净化区域换气次数，满足送风量要求。

2.1   膜法 除 湿工艺 

目 前 常 见 的转 轮除湿 ，其除湿效果理想，除湿后露点可达-50℃[4]，但干燥剂的再生过程耗能很大。为较大限度的减少设备能耗，本系统采用差流膜法除湿器。膜法除湿是利用水蒸汽分压 差导致 水分子渗 透 的 原理进行 除湿 ， 除湿后露点可达-20℃~-40℃[4]。膜法除湿模式分为吹扫气法、抽真空法、压缩膜法及膜/除湿剂混合模式。针对各种除湿工艺效率问题，张龙龙等人给出了相关结论，其实验结果表明，抽真空模式下气体透过过 膜丝 外渗 达空 气 量73%[5]。净化车间为满足其
正压差和室内所需新风的要求 ,系统新风量较大,因此本系统膜法除湿米用吹扫气工 艺 ， 由 除湿 器 产 气 中 引 出 部分空 气作为吹扫气 ,吹扫气量占湿空气量的10%~30%,通过吹扫气及时把渗透膜下游侧聚集的水分解析,避免浓差极化现象,从而保证除湿效率 。实验还表明,保持温度不变 ,提高进气压力,可使进气侧水蒸汽分压力增大,提高除 湿效率及除湿效果[5]。当室内有低湿要求时，可结合压缩工艺提高进气压力，从而达 到室内低湿的要求，但同时也会牺牲部分能耗。

2.2   系统设计 

    室 外新风经初效过滤器后由膜法除湿器对空气进行除湿，此过程略带降温，但降温效果甚微 。产气中10%作为膜法除湿器的吹扫风，除湿过程由吹扫工艺配合完成。除湿后的室外新风经表冷器等湿降温，表冷器中低温冷媒经干盘管换热带走热 量 。经过热湿处理后的室外新风与室内回风混合后送进室内。优化后的系统流程见 图3。 

３ 工 程实例方案比较