凈化空調(diào)中送風(fēng)溫差的確定

謝雨東 浙江省天正設(shè)計工程有限公司 杭州 310012

近年來，醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展迅猛，對整個產(chǎn)業(yè)帶來了空前的機遇和挑戰(zhàn)，設(shè)計作為中上游產(chǎn)業(yè)，更是如此。凈化空調(diào)是醫(yī)藥項目設(shè)計中非常重要的一部分，會直接影響產(chǎn)品的優(yōu)劣成敗，在項目設(shè)計中也越來越受到重視。

送風(fēng)溫差作為凈化空調(diào)計算中最關(guān)鍵的參數(shù)之一，亦是凈化空調(diào)系統(tǒng)方式選擇的重要依據(jù)，在凈化空調(diào)設(shè)計過程中起著舉足輕重的作用。本文通過系統(tǒng)分析，深入探討各種情況下的送風(fēng)溫差，以提高設(shè)計過程的準(zhǔn)確性、便捷性，并可作為項目設(shè)計及校審的一個參考數(shù)據(jù)。需要特別注意的是，因設(shè)定參數(shù)及條件的不同，送風(fēng)溫差會存在一定的誤差，本文的結(jié)論只可作為參考，實際項目設(shè)計中以焓濕圖計算為準(zhǔn)。

1 計算參數(shù)的確定

為方便計算分析，對潔凈室的初始數(shù)據(jù)做以下規(guī)定 (國內(nèi)長江下游地區(qū))。

1.1 潔凈室類型

潔凈度A級 (2級):單向流，風(fēng)速0.35m/s，溫度為20～24℃，相對濕度為45～60%。

潔凈度B級 (3級):非單向流，換氣次數(shù)為60次/時，溫度為 20～24℃，相對濕度為 45～60%。

潔凈度C級 (4級):非單向流，換氣次數(shù)為25次/時，溫度為 20～24℃，相對濕度為 45～65%。

潔凈度D級 (5級):非單向流，換氣次數(shù)為20次/時，溫度為 18～26℃，相對濕度為 45～65%。

以上溫濕度夏季時取上限值，冬季時取下限值。

1.2 潔凈室相關(guān)參數(shù)

大氣壓:105Pa;室外狀態(tài)點W;室內(nèi)狀態(tài)點N;混合狀態(tài)點C;露點L(95%);送風(fēng)狀態(tài)點O;單位人員散熱量q1(81/93 W)［4］;單位人員散濕量w1(184/150 g/h)［4］;人員密度i(0.05人/m2)

夏季室外狀態(tài)點W:干球溫度35℃，濕球溫度27.5℃;室內(nèi)狀態(tài)點N:干球溫度24℃，相對濕度60%。

冬季室外狀態(tài)點W:干球溫度－2℃，濕球溫度－3℃;室內(nèi)狀態(tài)點N:干球溫度20℃，相對濕度45%。

房間參數(shù):面積 S(m2)，吊頂高度 H(2.6m)，換氣次數(shù)n(次/時)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)夏季單位負(fù)荷 (含照明負(fù)荷)q夏季(60W/m2)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季單位負(fù)荷q冬季(35W/m2)，人員P(P=S·i)，設(shè)備散熱量 Q設(shè)備散熱(W)，設(shè)備散濕量W設(shè)備散濕(g/h)，送風(fēng)量 Q送風(fēng)量(m3/h)，顯熱負(fù)荷量Q顯熱(W)，潛熱負(fù)荷量W總散濕(g/h)。

2 送風(fēng)溫差的確定

熱濕比:

送風(fēng)焓差:

式中，q為圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位面積負(fù)荷，W/m2。

在凈化空調(diào)計算中，一般只能通過焓濕圖來確認(rèn)熱濕比、焓差及溫差。為便于計算及分析，可通過焓濕圖整理出熱濕比ε、焓差Δh與溫差Δt夏季、冬季的關(guān)系數(shù)據(jù)，見表1、表2。

表1 夏季工況下 (24℃ 60%)的Δt、Δh、ε間的關(guān)系

表2 冬季工況下 (20℃ 45%)的Δt、Δh、ε間的關(guān)系

以下通過各類型情況對送風(fēng)溫差進(jìn)行分析。

(1)室內(nèi)無人員、無設(shè)備散熱散濕、無局部排風(fēng)、熱濕比為+∞或－∞，見圖1。

圖1 室內(nèi)無人員、無設(shè)備散熱散濕狀態(tài)下的一次回風(fēng)焓濕圖

D級區(qū)夏季送風(fēng)焓差:

熱濕比為+∞，由表1查出，送風(fēng)溫差Δt=0.97Δh，則 Δt為 3.36℃。

D級區(qū)冬季送風(fēng)焓差:

熱濕比為－∞，由表2查出，送風(fēng)溫差Δt=0.98Δh，則 Δt為 －1.98℃。

同理可以算出C級區(qū)、B+A級區(qū)。

C級區(qū)夏季送風(fēng)焓差Δh為2.77kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為2.69℃。

C級區(qū)冬季送風(fēng)焓差Δh為－1.62kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為－1.58℃。

B+A級區(qū)夏季送風(fēng)焓差Δh為1.15kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為1.12℃。

B+A級區(qū)冬季送風(fēng)焓差Δh為－0.67kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為－0.66℃。

一般B級區(qū)為A級區(qū)服務(wù)。A級區(qū)通常采用FFU或獨立空調(diào)系統(tǒng)，采用FFU時，F(xiàn)FU的散熱量為B級區(qū)系統(tǒng)承擔(dān) (為了便于分析，本文不考慮此種情況，即忽略A級區(qū)對B級區(qū)的影響);采用獨立空調(diào)系統(tǒng)時，A級區(qū)自己承擔(dān)負(fù)荷。

以上結(jié)論都是基于初始數(shù)據(jù) (國內(nèi)長江下游地區(qū))下的結(jié)論，在一般情況下 (無人員、無設(shè)備散熱散濕的潔凈室)，可以根據(jù)以下公式來計算凈化空調(diào)的送風(fēng)溫差。

(2)室內(nèi)僅有人員散熱散濕，見圖2

圖2 室內(nèi)僅有人員散熱散濕狀態(tài)下的一次回風(fēng)焓濕圖

夏季熱濕比:

由表1查出，Δt=0.87Δh。

冬季熱濕比:

由表2查出，Δt=1.1Δh。

D級區(qū)夏季送風(fēng)焓差:

則送風(fēng)溫差Δt為3.34℃。

D級區(qū)冬季送風(fēng)焓差:

則送風(fēng)溫差Δt為－1.79℃。

同理可以算出C級區(qū)、B+A級區(qū)。

C級區(qū)夏季送風(fēng)焓差Δh為3.07kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為2.67℃。

C級區(qū)冬季送風(fēng)焓差Δh為－1.31kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為－1.44℃。

B+A級區(qū)夏季送風(fēng)焓差Δh為1.28kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為1.12℃。

B+A級區(qū)冬季送風(fēng)焓差Δh為－0.54kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為－0.60℃。

根據(jù)以上結(jié)果可看出，國內(nèi)長江下游地區(qū)一般潔凈室 (無設(shè)備散熱散濕且層高為2.6m)室內(nèi)有無人員對送風(fēng)溫差影響甚微，因此可以忽視人員的影響;一次回風(fēng)與二次回風(fēng)的區(qū)別，僅是二次回風(fēng)可以省去夏季系統(tǒng)的回?zé)崃浚鴮φ麄€系統(tǒng)的送風(fēng)溫差無任何影響;新風(fēng)量的大小僅對系統(tǒng)制冷量及制熱量的影響，對送風(fēng)溫差也無影響;房間的換氣次數(shù)不變，房間的送風(fēng)溫差也應(yīng)該為一定值。

根據(jù)以上結(jié)論，匯總結(jié)果見表3。

表3的數(shù)據(jù)都是基于初始數(shù)據(jù) (國內(nèi)長江下游地區(qū)無設(shè)備散熱散濕且層高為2.6m的潔凈室)下的結(jié)論。在一般情況下 (無設(shè)備散熱散濕的潔凈室)，可以根據(jù)以下公式估算凈化空調(diào)的送風(fēng)溫差。a的取值見表1、表2。

表3 國內(nèi)長江下游地區(qū)一般潔凈室 (無設(shè)備散熱散濕且層高為2.6m)的送風(fēng)溫差

(3)室內(nèi)有設(shè)備散熱散濕，見圖3。

此類情況比較復(fù)雜，房間的散熱散濕不僅直接影響該房間的送風(fēng)溫差，而且還影響該房間的制冷制熱方式、新風(fēng)比及換氣次數(shù)。需要特別注意的是本文只是針對單個房間，通常情況下，一個系統(tǒng)存在多種類型房間，各房間會相互影響、相互制約，這樣就只能通過實際情況對系統(tǒng)和房間綜合分析，因此本文分析的結(jié)果只能作為房間的初步分析。

一般情況下，熱濕比、Δt及Δh的數(shù)值關(guān)系可以按表1及表2取值。夏季時凈化空調(diào)只會存在制冷狀態(tài)，且一次或二次回風(fēng)以及新風(fēng)比對送風(fēng)溫差均無影響，根據(jù)圖2、圖3，可以得到夏季工況下設(shè)備散熱量不同形式下與系統(tǒng)形式、Δt、Δh、n間的關(guān)系結(jié)果見表4。

圖3 室內(nèi)有設(shè)備散熱散濕狀態(tài)下的一次回風(fēng)焓濕圖

表4 夏季工況下設(shè)備散熱量Q設(shè)備散熱量大小與系統(tǒng)形式、Δt、Δh、n間的關(guān)系

表4中，2、3狀態(tài)下都采用最大溫差送風(fēng)，即送風(fēng)溫差為最大溫差 (Δt=ΔtMAX);1狀態(tài)下的送風(fēng)溫差:

式中a的取值見表1。

冬季時的情況比夏季復(fù)雜，主要原因:①散熱量大到一定程度時，系統(tǒng)需由制熱狀態(tài)轉(zhuǎn)成制冷狀態(tài)，此時需增加新風(fēng)比甚至于采用冷凍水來制冷;②當(dāng)房間設(shè)備散熱量與房間熱負(fù)荷相差不大時，此時房間的熱濕比比較小，焓差變化率與溫差變化率相差較大;③ 散熱量較大時，新風(fēng)比的大小對制冷制熱方式、回風(fēng)方式、送風(fēng)溫差等都有一定的影響。

鑒于以上原因，在此只分析Q散熱量≤Q熱負(fù)荷時的情況，因為當(dāng)Q散熱量＞Q熱負(fù)荷，送風(fēng)溫差為正值，即tN＞tO，新風(fēng)比、散熱量、散濕量、空調(diào)系統(tǒng)等等都是相互制約、相互影響、相互聯(lián)系的，此時必須考慮各種制約因素后再繪制焓濕圖來計算送風(fēng)溫差。

根據(jù)圖3同樣可以得到冬季工況下設(shè)備散熱量不同形式下與系統(tǒng)形式、Δt、Δh、n間的關(guān)系數(shù)據(jù)見表5。

表5 冬季工況下設(shè)備散熱量Q設(shè)備散熱量大小與系統(tǒng)形式、Δt、Δh、n間的關(guān)系

表5中，1狀態(tài)下的送風(fēng)溫差:

式中a的取值見表2。

當(dāng)房間散濕量較大時，熱濕比的絕對值較小。此時焓差變化率與溫差變化率相差較大，即a值的變化率較大，表1及表2僅可作為初步計算的依據(jù)，精確計算時最好還是通過焓濕圖來確定送風(fēng)溫差。

3 結(jié)語

以上結(jié)論都有一定的局限性及誤差，特別是第三種類型。筆者認(rèn)為在第一及第二種類型下，可以采用表3來確定送風(fēng)溫差，而第三種類型，表4及表5的結(jié)論需在優(yōu)先考慮各類系統(tǒng)限制條件后，再通過公式結(jié)合表1、表2來計算。

在實際項目中，一般一套凈化空調(diào)內(nèi)有多種類型的房間，此時一般采用一套凈化空調(diào)系統(tǒng)多種送風(fēng)方式的設(shè)計理念。因為采用的是一套系統(tǒng)，各類型房間之間必然會存在一定的制約，此時就必須優(yōu)先考慮這些制約條件，再進(jìn)行后面的工作。同時，還需考慮系統(tǒng)排風(fēng)、風(fēng)機熱、風(fēng)管耗損等對送風(fēng)溫差的影響，只有這樣綜合考慮各種因素后，才能得到比較精確的送風(fēng)溫差。

潔凈室無論在何種情況下都可以采用焓濕圖來精確計算送風(fēng)溫差，但對于很多個潔凈室的系統(tǒng)而言工作量是相當(dāng)巨大的，本文可以在一般潔凈室直接初定送風(fēng)溫差，從而減少工作量。

1 GB 50457－2008，醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計規(guī)范 ［S］.北京:中國計劃出版社，2009.

2 GB 50073－2013，潔凈廠房設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2013.

3 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊 (第2版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009:955，2062－2113.

4 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊 (第2版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009:1548.