二次回风系统
・・60经验交流洁净与空调技术CC&AC2007年第3期
净化空调系统利用二次回风的节能设计
济南泓泉制水有限公司
山东省医药工业设计院
摘
王洪山
姜
昊☆
王宪龙
刘红云
要净化空调系统,存在送风量大、送风温差小的特点,并且各房间的热湿负荷相差较大。通
过对一次回风与两种二次回风系统进行比较、计算,说明在夏季空气处理过程中利用二次回风,代替二次加热达到节能目的。并阐述设计过程中应注意的问题。
关键词
节能
集中回风型二次回风系统
独立回风型二次回风系统
净化空调系统
状态参数
UtilizingtheSecondaryReturnAirforEnergySavingDesign
inCleanAir-ConditioningSystem
ByJIANGHao★,JIANGYu,WANGHong-shan,LIUHong-yunandWANGXian-long
AbstractCleanair-conditioningsystemisofcharacteristicoflargevolumeandlittledifferenceintemperatureofairsupply,andthedifferenceofheat/moistureloadsamongroomsislarge.Throughcalculatingandcomparingtheprimaryreturnairandtwotypesofsecondaryreturnairsystem,theconclusionisthatinsummerutilizingthesecondaryreturnairduringairhandling,insteadofsecondaryheating,couldresultinenergysaving.Inaddition,someproblemsneednoticeduringdesign.
KeywordsEnergysavingCentralsecondaryreturnairsystemIndependentsecondaryreturnairsystemCleanair-conditioningsystemsStatusparameter
★
JinanHongquanWaterProductionCo.,Ltd.,China
药品生产工艺对室内的温、湿度及其允许波动的范围具有较高要求,宜单独设置空调系统。
(2)空气净化系统是药厂洁净室中主要能耗部分,主要表现在两个方面,其一是制冷负荷,其二是风机等的运行负荷。制冷负荷主要由新风负荷、工艺设备负荷、围护结构负荷等形成,并以新风负荷最大,而工艺设备和围护结构的冷负荷相对稳定且较小。运行负荷主要由于洁净室要求的大风量、高风压形成。根据《规范》第6.3.3条,为保证空气洁净等级,6级时换气次数取50~60次,7级时换气次数取15~25次,某些负荷较大的房间还需增加换气次数。空调系统的送风温差由热湿负荷与送风量决定,
☆姜昊,男,1970年12月生,大本,工程师250177
济南市槐荫区担邮路中段玉清水厂
在医药工业的洁净室空气调节设计中,我们往往强调空气净化品质和气流组织形式的控制,而忽略了空气处理过程、合理利用回风等诸多方面的节能设计。随着我国医药工业全面实施GMP,洁净室建造规模迅速发展和扩大,设计中的节能问题引起高度重视。在洁净室设计中应采用先进的节能技术和措施,精心设计,达到节能目的。
1净化空调系统的主要特点
(1)根据国家标准《洁净厂房设计规范》(GB50073-2001)(以下简称《规范》)第6.1.4条的规定,生产工艺无要求的洁净室夏季室内设计参数:温度:24℃~26℃,湿度:50%~70%。冬季室内设计参数:温度:20℃~22℃,湿度:30%~50%。很多生产车间对净化空调系统温湿度及精度要求并不高,有些生产车间关键生产环节的要求较高,而其他辅助区的要求相对较低。根据《规范》第6.1.3条,某些
E-mail:yqsc007@163.com
收稿日期:2006-3-2
修回日期:2007-4-12
洁净与空调技术CC&AC2007年第3期
因此净化空调的送风温差要比舒适性空调小很多。
(3)在医药行业的洁净厂房中,洁净走廊等很多功能房间仅照明、围护结构形成热负荷,湿负荷很小。而某些房间设备和人员相对集中,房间余热余湿相对较大,经综合经济比较后,室内空气仍应循环使用。这个特点有利于我们区别各个房间的回风状态,合理进行处理或利用。
在工作中,我们注意到,有些洁净厂房具备上述特点,但设计中空气处理过程仍然采用一次回风系统,这样设计的结果,造成冷负荷增大,制冷系统一次性投资加大,空调系统运行费用增高。
经验交流・・61
统,减少在同一空调系统中同时加热和冷却,达到节能目的,这在空调界没有异议。
根据净化车间工艺生产流程的特点,我们提出以下两种形式的二次回风系统。第一种为集中回风型二次回风系统,空气处理流程图见图2。净化车间的回风集中回至空调机房后分为一次与二次回风。新风与一次回风混合后,经表冷器冷却到“机器露点”,再与二次回风混合,代替二次加热(后面的加热段为冬季用)。这一种二次回风系统适用于生产车间没有很大的散热散湿工艺设备,各个房间的热湿比线差别不大的洁净厂房。优点是回风管路简单,一次投资较少。第二种二次回风系统为独立回风型二次回风系统,空气处理流程图见图3,热湿负荷相对较大的房间独立回风,接至空调机组一次回风段,热负荷稳定且湿负荷较小的房间独立回风,接至空调机组的二次回风段。这一种二次回风系统适用于各个房间的热湿比线差别较大的洁净厂房,其优点:①充分利用了空调机组的降温除湿功能。②一次回风与二次回风的压差可以通过管路平衡。缺点是管路系统复杂,计算复杂。
2一次回风系统和二次回风系统的比较
(1)在夏季和接近夏季的过渡季节工况下,一次回风系统空气处理流程图见图1,新风与回风混合后,经表冷器冷却到“机器露点”,然后再利用电能或者蒸汽加热后送入室内。一次回风系统空气处理h-d工况见图4。空气洁净等级越高,换气次数越大,送风温差越小,即tn-to越小,to-tl越大,二次加热量越大。这样造成冷热相抵,消耗大量能源。
(2)夏季空气处理过程采用固定二次回风系
初效段新风
车间
表冷除湿段
风机段
加热段
中效段
高效
一次回风
图4
图1
初效段新风
定风量阀二次回风
车间
一次回风空气处理焓湿图
一次回风空气处理流程图
风机段
加热段
中效段
表冷除湿段
高效
一次回风
图5
图2
集中回风型二次回风空气处理流程图
中效段
集中回风型二次回风空气处理焓湿图
初效段表冷除湿段风机段加热段新风
高效房间N2
热负荷稳定湿负荷较小
高效房间N1热湿负荷较大
二次回风
一次回风
图3独立回风型二次回风空气处理流程图图6独立回风型二次回风空气处理焓湿图
・・62经验交流
表1
项目
洁净与空调技术CC&AC2007年第3期
夏季一次回风系统与二次回风系统处理过程与计算方法
二次回风系统
集中回风型
独立回风型
图3
图6
图2图5
一次回风系统
图1图4
流程图焓湿图处理过程耗冷量计算二次加热量计算
适用范围
,冷室外W与室内N混合到C,室外W与室内N一次混合到C1,室外W与室内N1一次混合到C1’
冷却干燥到L,二次加热到冷却干燥到L1,二次混合到S,却干燥到L1’,与二次回风N2混合到
到N风机温升到O,经εS,风机温升到O,经ε到N到N1、N2S,风机温升到O,经ε
Q=G(hc-hl)
Q2=G(hS-hL)
车间热湿负荷大
Q=G1(hC1-hL1)Q=G1(hC1’-hL1’)
车间热湿负荷较小且各房间热湿车间热湿负荷较小且各房间热湿比线差
比线差别不大别较大
集中回风型二次回风系统空气处理h-d工况见图5。相对一次回风系统送风温差tn-to不变,二次回风代替二次加热,避免的冷热相抵。S点为一次混合冷却处理后L1点与二次回风N点的混合点,因此三点必在一条直线上,二次混风比与一次混风比即可确定。一次混风C1点向室外点W靠近,二次回风系统机器露点L1点较一次回风系统低,因此表冷器处理的空气焓差增大,机器露点L1降低,制冷系统效率相对降低。
独立回风型二次回风系统空气处理h-d工况见图6。O点空气送入不同的房间,经不同的热湿比线到点N1、N2,N1作为一次回风与W混合,N2作为二次回风与L1’混合。与集中回风型二次回风相比,N、点N1、N2三点在一条支线上,一次混风C1’向室外点W靠近,L1’相对L1有所提高,由此可见,表冷器的传热温差相对增大,传热效率提高。机器露点L1’温度升高,则制冷效率提高。其处理过程与计算方法见表1。
一次回风系统的冷负荷有新风冷负荷Qx=Gx室内冷负荷QS=G(hN-hO)、风机冷负荷QF=G(hw-hN)、
再热冷负荷QZ=G(hS-hL)构成。二次回风系(hO-hS)、
统冷负荷由新风冷负荷、室内冷负荷和风机冷负荷构成,与一次回风相比,节省了再热冷负荷。集中回风型二次回风与独立回风型二次回风相比,冷负荷构成相同。笔者认为,在设计工作中,用集中回风型二次回风的计算方法作为独立回风型二次回风系统的简化计算,可以满足实际运行精度要求。
在冬季和接近冬季的过渡季节,空调系统固定二次回风,空气处理流程图见图2。新风与一次回风混合接着与二次回风混合,经盘管加热,干蒸汽加湿(医药净化空调系统不宜采用喷循环水加湿)送入室内。由图2可见,一次回风系统与二次回风系统能耗是相同的,在此不再讨论。
3工程实例
对净化空调系统夏季运行,现用集中回风型二次回风的计算方法与一次回风系统进行计算并比较。
济南某制药公司净化车间,建筑面积2300m2,净化面积300m2,洁净区生产人员有10人,主要生产工序有灌装机两台,洁净级别为万级及万级环境下局部百级,生产车间设置一套净化空调系统和一套舒适性空调。
3.1设计参数
洁净级别:万级(ISO标准7级)夏季室内计算温度:夏季25℃夏季室内计算相对湿度:60%夏季空调室外计算温度:34.8℃夏季空调室外计算湿球温度:26.7℃夏季室外风速:2.8m/s大气压力:夏季998.5kPa
在室内计算温度25℃,中等劳动条件下,成年男子显热为83W,潜热为152W,全热为235W,散湿量为227g/h。
经计算,车间净化区灌装机、物料配置、百级层流罩、围护结构形成的余热(全热)量:Q=32kW,人员、物料和工艺设备形成余湿量:S=2.5g/s。
ε=1000×Δh/Δd=Q/S=12800kJ/kg
房间洁净级别为万级,按照20次/小时换气,某些产生有害气体或粉尘的房间排风,其他房间回风。经计算空调系统总送风量18500m3/h,新风量
6475m3/h,新风比35%。
ho=hn-Q/G=56.36-32/6.17=51.17kJ/kg
do=dn-S/G=12.21-2.5/6.17=11.8g/kg
送风点O点即可确定:干球温度:20.99℃湿
球温度:17.91℃
洁净与空调技术CC&AC2007年第3期
送风温差为4℃温差,送风机和风管温升取2℃。
经验交流・・63
不变,并且在总冷负荷中都占相当高的比例,新风比例减小,换气次数的增加,都会使二次回风的节能效果更加显著。
3.2一次回风系统各状态点参数
表2
状态点室内点(N)室外点(W)混风点(C)
干球温
度/℃
一次回风各点参数湿球温度/℃
相对湿度/%
含湿量/焓值/(g/kg)(kJ/kg)
(2)ε=Q/S表示送入室内的空气状态变化过程,当室内散湿量S较大时,则ε减小,过程线倾斜,即要求表冷器处理到机器露点L1温度降低,此时,应采用独立回风型二次回风系统。当室内散湿量S很大时,或当室内散热量很大时,允许采用较大的送风温差,不宜采用二次回风系统,应另设空调系统,采用一次回风。
L点
S点
送风点(O)
2534.828.4516.991921
60
26.722.1416.4717.14
12.2114.7011.8111.8111.81
9583.41
56.3684.7166.2747.0749.1451.21
耗冷量:Q=G(hC-hL)=18500×(66.27-1.2×
47.07)/3600=118.40kW
二次加热量:Q2=G(hS-hL)=18500×(49.14-1.2×
4结束语
(1)采用二次回风系统,不仅可以避免二次加热,而且空调系统耗冷量也相应降低,二次回风的意义在于减少制冷负荷的装机容量和相应的配套设备容量。
(2)表冷器迎风面积减小,可以设旁通电动阀,在冬季和接近冬季的过渡季节,电动阀开启,一次回风绕流表冷器与二次回风混合,系统阻力减小,风机压头降低,根据风机计算轴功率:Nz=Q×P/3600
47.07)/3600=12.77kW
新风负荷:Qx=Gx(hW-hN)=6475×(84.71-1.2×
56.36)/3600=61.19kW3.3二次回风系统参数
室外点(W)、送风点二次回风系统室内点(N)、
(O)、S点状态参数与一次回风系统相同,系统总风量仍是18500m3/h。
(1)求L1点状态参数:
取ΦL1=95%,连接N-S并延长交95%于L1点
×η×ηm,运行负荷减小。
因此,合理应用二次回风,可以使空调系统制冷负荷与运行负荷同时降低。
二次回风系统在设备选型及管路系统设计时应注意以下方面:
(1)与一次回风相比,二次回风的表冷器处理的循环风量和冷量发生变化,应认真做好表冷器的设计校核工作。
(2)集中回风型二次回风中,二次回风立管上应加定风量阀,固定二次回风比例。二次回风系统宜在空气处理机的一次回风混合段、二次回风混合段、送风总管等处设温湿度计,以便监控运行状况。
(3)风机噪声容易通过二次回风管传播,并且二次回风立管的阀门容易产生哨音,所以应在回风总管加消声器或者消声弯头,降低噪音对系统的影响。
参考文献
L1点状态参数:干球温度:16.78℃,湿球温度:16.26℃,含湿量:11.66g/kg,相对湿度:95%,焓值:46.48kJ/kg
(2)求二次回风混合比:
n2=(ts-tl1)/(tn-tl1)=(19-16.78)/(25-16.78)=0.27(3)求一次混合点参数:
hc1=hn+Gx(hw-hn)/G(1-n2)=56.36+6475×1.2×(84.71-56.36)/18500×1.2(1-0.27)=69.95kJ/kg
(4)求耗冷量:Q=(1-n2)×G×(hc1-hl1)/3.6=(1-0.27)×18500×1.2×(69.95-46.48)/3.6=105650W=105.65kW3.4分析说明
(1)经计算,表冷器处理风量由18500m3/h降为13505m3/h,空气处理焓差由19.20kJ/kg升为23.47kJ/kg,耗冷量由118.40kW降为105.65kW,节约10.8%,节约相应的二次加热量。
表冷器处理风量减小,迎风面积减小,但焓差增大,经校核,表冷器排数由6排增至8排。并选择小片距表冷器。
一次回风系统与二次回风系统的新风冷负荷
1洁净厂房设计规范.GB50073-2001.中国计划出版社2电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册.中
国建筑工业出版社
3陆耀庆主编.实用供热空调设计手册.中国建筑工业
出版社
4北京浩辰思达科技发展有限公司.INtV5.0暖通软件
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