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    MAU + FFU+ DC 系統中如何合理確定FFU 靜壓箱相對壓力值

    時間:2020-03-05  來源:車間凈化工程|食品凈化車間|潔凈手術室|潔凈實驗室-濟南順奇凈化工程有限公司  瀏覽次數: 173 次
    文章簡介:MAU + FFU+ DC 系統中如何合理確定FFU 靜壓箱相對壓力值, 對目前潔凈空調MAU+FFU+DC 系統中FFU 靜壓箱的相對壓力進行了分析討論。并通過理論計算,提出了合理的設計參考值。由此得出了類似系統中干盤管風壓阻力的合理設計值。 關鍵詞 MAU

    對目前潔凈空調MAU+FFU+DC 系統中FFU 靜壓箱的相對壓力進行了分析討論。并通過理論計算,提出了合理的設計參考值。由此得出了類似系統中干盤管風壓阻力的合理設計值。

    關鍵詞 MAU+FFU+DC;靜壓箱;壓力;風壓阻力;干盤管

    MAU + FFU+ DC 系統即是組合式新風機組(Make-up Air Unit)+ 風機過濾器單元(Fan Fil- ter Unit)+ 干盤管(Dry coil)系統。最常見的形式如圖 1 所示。

    圖 1 MAU+FFU+DC 系統圖

    由于其具有溫度分區域控制、布局靈活、FFU 負壓密封、節約回風輸送能等特點,十分適合電子廠房熱濕比大(熱負荷極大、而散熱量?。?、回風量大、大面積凈化的特點,因而廣泛應用在電子潔凈廠房設計中。在實際設計、工程安裝過程中,筆者接觸這類系統也不少,發現目前很多類似項目在設計工程中缺乏明確的依據、數據作為參考(規范沒有詳細的規定及要求),甚至很多項目存在設計與規范有抵觸的現象。因此,有必要對一些問題做進一步探討。

    1 FFU靜壓箱內壓力問題

    1.1負壓形成的主要因素

    FFU 上部靜壓箱相對于室內為負壓,可起到負壓密封的作用。這也是FFU 系統的一個公認的優點。當然在MAU+FFU+DC 亦是如此。

    但是,一般工程項目中FFU 靜壓箱相對于室外亦是負壓(為此筆者曾做過測試 )。特別是

    MAU+FFU+DC 系統中FFU 靜壓箱內,由于回風經過干盤管,存在較大風壓損失(有資料或者普遍認為 30  Pa  ~50  Pa[1 ],第 2 節將做具體分析);在保證室內一定正壓值的情況下(如按照規范潔凈區與非潔凈區不小于 10 Pa)勢必造成FFU 靜壓箱內相對于室外成負壓。例如:若潔凈室內保證+10 Pa(相對室外非潔凈區),回風孔板和回風夾道風壓損失 5 Pa,若干盤管風壓損失為 40 Pa,則可知靜壓箱內壓力為- 35  Pa(相對室外非潔凈區)。

        因此,我們可得到一個結論,同時也有一個問題。第一,造成靜壓箱內負壓的主要原因是干盤管的風壓損失(回風夾道和孔板阻力損失相對小得多)。第二,靜壓箱內(相對室外非潔凈區)負壓是否合理?

    1.2對靜壓箱內負壓的討論

    FFU 上部靜壓箱相對于室內為負壓,可起到負壓密封的作用,這對保證潔凈區內的潔凈度無疑是起積極作用的。但是相對于室外非潔凈區(一般是技術夾層)為負壓,必然導致室外空氣直接泄漏到靜壓箱內,影響FFU 過濾器使用壽命,這無疑是有害的或者叫做不利因素。

    這種情況,其實就相當于將FFU 置于負壓段(相對室外非潔凈區)。這與 GB 50073-2001《潔凈廠房設計規范》條款有所沖突。

    其一,第 6 . 4 . 1 條規定中效(高中效)空氣過濾器宜集中設置在空調系統的正壓段,其原因是因為考慮到負壓段易漏氣(見條文說明);何況FFU內一般都是高效或者超高效過濾器。

    其二, MAU+FFU+DC 系統新風,都是經過高效過濾器過濾后與潔凈回風在靜壓箱內混合,說明靜壓箱內仍然是潔凈區,至少是準潔凈區(這個可以通過計算可知)。第 6.2.2 要求,不同等級的潔凈室以及潔凈區與非潔凈區之間的壓差,應不小于5 Pa,潔凈區

    與室外的壓差,應不小于 10 Pa。

    在工程設計中,必須從經濟性(包括造價與運行)、先進性(技術方面)、節能等多方面加以綜合比較,才能得出合理與否。不能單純從某一方面去看,大多數設計工程設計中規范在選擇技術手段、確定某個參數的時候都是遵循這個原則的,因此,

    FFU靜壓箱內相對于室外成一定的負壓具有合理的(見下面具體的計算分析),這也與工程設計指導思想是一致的。問題關鍵是如何確定這個負壓值?我們暫且稱為經濟值,這個值的合理性、經濟性才是我們最關心的。

    下面先舉一個具體的例子。某項目采用MAU+FFU+DC 系統,其中一個房間的參數如表 1

    所列,房間空調設備布局如圖 2 所示。

    很明顯如果遵照規范,FFU 上部靜壓箱相對于室外不能為負壓,而且還應該保證應不小于10 Pa的正壓。

    假定潔凈室內為 1 5 P a (相對室外非潔凈區),反推一下,要保證靜壓箱內為 10 Pa(相對室外),則回風干盤管、回風夾道、地格柵風壓損失之和必須小于等于5 Pa。若先不考慮回風夾道及地格柵損失,僅以干盤管阻力損失為 5 Pa 計算(計算方法見本文第 2  節), 得出迎面風速約為 0 . 3 4 kg/(m2.s),按此風速,從新選擇干盤管,則至少需要13臺相同型號的干盤管,是原設計的3倍多。而要保證如此小的壓力損失,地格柵(回風有效) 面積、回風夾道面積也必然大大增加。

    從上例看出,如果依照規范保持靜壓箱內正壓,這種情況必然會造成初投資極大增加,凈化面積減少(回風夾道增加),使得MAU+FFU+DC系統造價更加昂貴,也不利于MAU+FFU+DC 系統的推廣使用,因此這是十分不合理的。

    規范第 6.4.1 條規定條文說明,因為考慮到負壓段易漏氣,影響過濾器使用壽命。一般國內潔凈室空調系統設計中,以初、中、高效過濾器配置的系統,使用壽命也僅在 1~3 年[2]。因此,如果所漏入靜壓內風量,使FFU 過濾器使用壽命能在正常設計壽命范圍內,筆者認為這個泄漏風量就是可以接受的。在 1.3 節將具體做詳細計算分析。

    既然如此,筆者認為,此處壓差值的設定可不執行《規范》規定;或者說規范應根據不同系統形式,在此做出調整或更為詳細合理的規定。

    這里還必須說明,上述例子,在不增加DC 數量的情況下,通過提高室內的壓力設定值,依然可以保證FFU 靜壓箱內相對室外為正壓值。例如,若潔凈室內保證+45  Pa(相對室外非潔凈區),回風孔板和回風夾道風壓損失5 Pa,若干盤管風壓損失為 30 Pa,則可知靜壓箱內壓力為+10 Pa(相對室外非潔凈區)。

    但是,這樣一來有 3 個問題:第一,這樣必然使得新風量大大增加,新風表冷量和輸送能都要增加。顯然MAU+FFU+DC 系統失去了其優點之一。第二,潔凈室壓差過大也影響到門的開啟,一般設置為小于 50 Pa。第三,若一個凈化區域存在幾個不同等級潔凈區,按照上述,最低級別相對非潔凈區壓差就應該保持在+45 Pa,則其它高級別區域則應該按照規范以5 Pa的梯度往上遞增。顯然這使得第一、二條的問題更加嚴重。

    因此,筆者在以下計算分析中,暫未從提高潔凈室相對壓差考慮干盤管風阻的設置問題。實際工程中也沒有遇見這種做法,但是,這可以作為一個保留手段,值得廣大設計人員去思考。

    1.3合理性、經濟性值

       根據上面的思想,下面我們從理論上試計算FFU 靜壓箱在不同壓力時FFU 的理論使用壽命。FFU使用壽命,即是FFU 內高效過濾器使用壽命,可以采用如下公式計算[3 ] :

    式中:T 為過濾器使用壽命,d;P 為過濾器容塵, 量g;N1 為過濾器前空氣的含塵濃度,mg/m ;Q 為過濾器的風量,m3/h;t 為過濾器一天的工作時

    間,h ;η為計算過濾器的計重效率。其中:

          N1= M(1-S)(1- η n)+NrS(1- η r) (2)

    式中:M 為大氣含塵濃度,mg/m3;S 為循環風比例;Nr 為回風濃度,對于濃度最高的 10 萬級潔凈室,也不會超過 0.001 mg/m3~0.01 mg/m3;η 為過濾器前的新風通路上的過濾器計重效率;ηr為過濾器前的回風通路上的過濾器計重效率。

    對于不同的系統,η n 和η r 是不同的,N1 也不同。對于MAU+FFU+DC 系統而言(典型形式如圖 1 所示),過濾器前空氣的含塵濃度應包括 3 個部分:一是由回風帶入部分,二是由新風帶入部分, 三 是由于FFU 靜壓箱相對于室外為負壓,外界空氣直接漏入部分。因此,可以表達為:

    N1=  M(1-S)(1- η n)+NrS(1- η r)+  MSl     (3)

    根據S 的定義,我們可以把 Sl 叫做漏風比例;

    漏風占總風量的比值。

    由于MAU+FFU+DC系統新風通路上裝有高效過濾器,一般對于高效過濾器可認為η≈ 1[3],因此η n = 1 ,式(3 )可以寫成:

    N1= NrS(1- η r)+ MSl(4)

    (4)式即MAU+FFU+DC 系統,FFU 靜壓箱內空氣的含塵濃度計算式。

    FFU 靜壓箱漏風量的計算,一般有換氣次數法和縫隙法兩種計算方法[4]。采用縫隙法計算滲透風量,既考慮了潔凈室維護結構的氣密性,又考慮了室內維持不同壓差值所需要的正壓風量,因而比較準確可靠。其次,FFU 靜壓箱一般都是由保準寬度凈化彩鋼板構成,其縫隙長度可以比較準確的計算出。因此,可以采用縫隙法計算FFU靜壓箱漏風量。

    對于不同壓差及不同材料縫隙的漏風量 給出了實驗值,可按照表 2 選取[4 ]。

    下面仍然以圖2 所示房間為例,計算FFU 靜壓箱不同負壓值情況下,FFU 過濾器使用壽命。

    ① FFU 靜壓箱縫隙長度的計算。注意,這里縫隙長度只能計算靜壓箱與非潔凈區直接接觸的部分,不包括與潔凈室直接接觸部分。如圖 2,其靜壓箱頂板采用彩鋼板為:寬 1.150 m,長度為 3 m。頂板豎向接縫為 12 條,每條長度 6.2 m,橫向接縫 7 條,每條長度為 32.6 m,則靜壓箱頂面接縫長度為 302. 6  m。靜壓箱高度為 2  m,同樣采用1.15m 寬彩鋼板,其接縫長度為 204 m。靜壓箱接縫總長 506.6 m。

    表2 不同壓差下單位長度漏風量

    一般潔凈室所采用彩鋼板寬度均為1.15 m,受強度影響,每塊板子一般也不超過 4 m,因此本例計算結果具有普遍性,其數據可作為參考。

    ② FFU 靜壓箱漏風量的計算。由表2 及①節所得出接縫長度,計算結果見表 3。

    ③ FFU 過濾器使用壽命計算。新風(室外大氣)計重濃度一般取值 M = 0.3 mg/m3,N 取 0.005 m g / m 3 [ 3 ] ,由公式(1 )及(4 )可計算,其結果如表 4 所列。

    ④ 結果分析。由表 4 計算結果可以看出,當

    FFU 靜壓箱負壓值大于等于 20 Pa 時,FFU 過濾器使用壽命已經不足 2 年,因此,單從FFU 使用壽命看,筆者認為靜壓箱負壓值最好控制在小于等于20 Pa 范圍內。當負壓值在這個范圍內時,可認為

    FFU 使用壽命理論上能達到正常值(一般國內潔凈室空調系統設計中,以初、中、高效過濾器配置的系統,使用壽命也僅在 1~3 年[2 ]),因此筆者認為這時的負壓值是合理的。

    2 干盤管選擇

    由 1.1 已知道,干盤管是造成FFU 靜壓箱負壓

    (相對室外非潔凈區)的主要因素,而負壓值大小決定了FFU過濾器使用壽命及干盤管面積大小。通過上述分析,FFU 靜壓箱負壓值需控制在小于等于20 Pa 范圍內。此時在保證FFU 過濾器使用壽命下,干盤管面積最?。赐顿Y最少)。

       空氣流動阻力與表面式空氣加熱器的型式、結構和空氣質量流速等因素有關,通常由實驗確定其經驗公式[ 5 ]。

    表3 不同壓差情況下漏風量

    表 4 不同壓差情況下FFU 過濾器使用壽命

                    (5 )

    式中:C、y 分別為與表面式空氣加熱器結構有關的實驗數據;v 為管外空氣質量流速kg/(m2.s) ; vρ =G/f;G 為空氣質量流量kg/s;F 為表面式空氣

    加熱器通風的有效面積,m 2 。

    國產部分表面式空氣加熱器的阻力計算公式可由參考文獻 表 3.1-7 計算。

    以B 型或U- Ⅱ表冷為例,干工況時空氣壓力損失計算為:

                      (6 )

    若潔凈室內為 10 Pa(相對室外非潔凈區),

    使FFU 靜壓箱負壓值控制在小于等于 20 Pa,則干

    盤管空氣阻力損失應小于等于 30 Pa。

    由式(6 )反算可得到干盤管最大允許流速為:0.97 kg/(m2.s)。仍以此流速為 1.2 例子計算選擇干盤管,僅需要 6 臺同型號的干盤管(即只比原

    來多 2 臺)。從增加投資來看,遠遠小于 1.2 計算結果,因此是合理的。在保證FFU 過濾器正常使用壽命前提下,干盤管風速控制在0.97 kg/(m2.s)附近是經濟、合理的。

    因而,值得引起注意的是:一般認為,在空調工程設計中,空氣的質量流速通常取為 6 ~ 10 kg/(m2 .s) [5 ]。通過上述分析計算,此值不能用于MAU+FFU+DC 系統干盤管的選型計算。

    3 結 論

    在MAU+FFU+DC 系統中,造成FFU 靜壓箱內負壓(相對于非潔凈區大氣)的主要原因是干盤管的風壓損失。在設計過程中,合理確定FFU 靜壓箱相對壓力值,影響到FFU 過濾器壽命及系統造價。

    本文通過計算分析,FFU 靜壓箱負壓值控制在小于等于 20 Pa 范圍內,可在保證FFU 正常使用壽命前提下,最大程度節約DC 數量,可以作為工程設計參考。

    對于FFU 靜壓箱成內負壓與規范有相抵觸的情況,通過理論計算分析,筆者認為,此處可不執行《規范》規定。也希望規范在下次規范的修訂時,能根據不同系統形式,在此做出調整或更為詳細合理的規定。

    )工程設計過程中,在選擇干盤管時, 千萬不能忽略干盤管的風阻。

    參考文獻

    張昌.電子行業干盤管- FFU 潔凈空調系統[J]. 建筑熱 能通風, 2005

    張吉光. 凈化空調[M]. 北京:國防工業出版社. 2003

    許鐘麟.空氣潔凈技術原理[M]. 上海:同濟大學出版社. 1998

    GB50073-2001 潔凈廠房設計規范[S]. 中國計劃出版社

    周邦寧.中央空調設備選型手冊[M]. 北京:中國建筑工業出版社

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