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洁净室空调系统设计及运行调节分析
洁净室空调系统设计及运行调节分析
1工程概况
该项目为某单位已有一幢三层（局部四层）建筑物的第三层改造为电子元器件后道封装生产工艺所需的ISO7洁净室。洁净区面积1000m2，隔墙采用岩棉夹芯双面金属壁板包覆的密闭轻质隔热材料，采用优质PVC防静电地面。空调机房设在四层、屋面设置风冷冷水机组。对新增动力设备的4层、屋面进行了结构加固。洁净室洁净等级分别为7级、8级。洁净室平面布置图如图1所示。
2设计参数
2.1空调室外空气计算参数
2.2空调室内空气计算参数
3工程特点及空调系统设计
1）工程特点。本工程属于改造项目，建筑面积、楼层空间高度的局限性都比较大，加上厂房内没有现成的冷源、热源，本着节约、环保的理念，在满足空调系统工艺可靠性、技术经济性、运行稳定性、维修保养可行性的前提下，节能、降耗成为空调系统的主要控制点。针对以上情况空调系统设计如下。
2）冷源和热源。①空调系统总冷负荷215kw，设计冷负荷指标为215kw/m2，采用一台制冷量296kW的涡旋风冷冷水机组，功率为100kW，冷冻水供回水温度分别为7℃和12℃。一路供应至净化空气机组（MAU）；另一路通过板式热交换器，为干盘管表冷器供应冷水，其供回水温度分别为16℃和19℃。②空调系统总热负荷为200kW，热负荷指标215kw/m2，采用电加热，通过MAU加热向洁净室室内送热风。采用电极式加湿器加湿。
3）净化空调系统设计。根据工艺布局设置相应的净化空调系统，基于净化区技术夹层空间的极其有限，系统采用净化空气机组（MAU）+风机过滤送风单元（FFU）+干盘管表冷器（DCC）的组合方式。为节能降耗，MAU机组设置了变频器，并可通过末端FFU的档位调节实现经济运行风量，以有效节能。洁净室气流组织为顶送侧下回的形式。送风采用高效过滤器顶送风方式，回风通过设在洁净室回风夹道下侧的回风格栅，经夹道的DCC处理后回至吊顶上方的送风静压箱，并再次送入洁净室，送风动力由FFU风机提供。洁净系统采用三级过滤措施，即在MAU内设置G4初效板式过滤器一道，F8中效密褶式过滤器两道；末端FFU配置了H13的高效过滤器（HEPA）。洁净室送风湿度由MAU保证，洁净度和温度由FFU和DCC保证。洁净室空调系统原理图如图2所示。
4）空调水系统设计。空调水（冷冻水采用了经过全自动软水器处理过的软化水补水）系统采用闭式循环系统，膨胀水箱定压。本项目是通过在冷冻水供回水总管上设置压差旁通调节阀控制冷冻水流量，使其保证流量恒定，通过调节一次侧阀门的开度，来调节冷冻水流量。
3自控系统设计
本项目采用直接数字式监控系统（DDC系统）控制，主要内容包括：新风机组、洁净区干盘管、空调水系统、制冷主机、水泵、热交换器等设备的控制。新风机组主要控制送风温度、送风压力；洁净区干盘管主要控制室内温湿度；空调水系统主要控制冷冻水流量。洁净室空调系统自控原理图如图3所示。
1）新风机组、洁净区干盘管的控制。①送风温度的控制。送风温度控制系统由设在送风管上的温度传感器、DDC控制器和电动调节阀组成。当负荷改变时，DDC控制器根据温度传感器的信号控制盘管出水管上的电动调节阀的开度以恒定送风温度。②室内温湿度控制。洁净区室内安装24台干式盘管表冷器（DCC），共分为5个区域进行控制，每个区域安装一台电动调节阀，DDC控制器根据房间温度传感器的信号调节干盘管表冷器水流量，以实现温度控制。若完全关闭了冷冻水电动调节阀仍不能满足温度要求，则开启MAU电加热段来实现温度控制。
在夏季需要除湿的工况下，通过调节盘管表冷器进水管上的电动调节阀的开度，来实现湿度控制；在冬季需要加湿的工况下，通过DDC控制器控制电极式加湿器开关，达到湿度调节目的。③洁净室空气压差控制。本项目洁净室为正压洁净室。不同洁净度房间必须保持一定的压力梯度。即必须保持一定的压差。当洁净室的送入风量与排出风量+压差风量（余风量）之间达到平衡便建立压差。这里的排出风量包括需排往室外的排风量及回风量。对直流系统的新风量=排风量+压差风量，对循环系统的新风量+回风量=回风量+排风量+压差风量。所以归根到底，压差的实质是:新风量=排风量+压差。
压差控制时为了保证洁净室换气次数和排风除尘效果，尽量不改变送风机组和排风机组风量。由于本系统有足够的剩余风量，所以主要通过各房间余压阀泄压来保证微压差（正压）的恒定。
运行中在主要工艺房间设置直读式压差表；并定期更换三级过滤系统中的初、中、高效过滤器及定期检查余压阀状态。
2）空调水系统的控制。冷冻水流量控制原理：本项目采用百分比特性电动压差旁通阀门控制，就是对冷冻水的旁通流量进行浮点式（PID调节）控制，以实现高精度可靠控制。排除了线性调节方式存在的缺陷。即通过PID控制器检测冷冻水供回水的压差，来实时调节旁通阀门的开度，从而使管网压力达到平衡。通过压差旁通控制可保证冷冻水流量平衡，从而保证负荷侧的变流量。
3）制冷主机、水泵、热交换器的控制。制冷主机、新风机组、冷水循环泵、热交换器等设备采用直接数字式控制系统DDC控制，它由中央电脑及终端设备加上若干DDC模块组成，在空调控制中心能显示并自动打印净化空调通风设备的运行状态及各主要运行参数，以便进行集中监控。进入DDC系统的空调通风设备不仅能在控制中心启停（远程控制），还能就地启停并能切断电源进行检修（就地/现场控制），所有设备均有手动及DDC自动控制的转换开关，当此开关处于手动控制状态时，DDC系统只能监视设备运行状态，而不能控制。
4空调系统运行调节分析:
该项目已于2009年5月8日建造完成并投入使用，截至目前运行状况良好；经过20个月的运行、观察、调节，对系统进行了持续改进和优化运行参数的调整，不仅满足了工艺要求，而且取得了良好的节能减排效果。
由于洁净室温度要求为23±2℃，相对湿度60±5%，即在生产条件下要求全年恒温恒湿，且由于洁净生产车间设备热湿负荷较大，故该空调系统大多处于过渡季工况下运行，并没有明显的冬季、夏季工况表征；为了实现节能，在保证温湿度满足工艺要求的前提下，尝试了人为干预自动控制，如夏季时手动切断了电加热段的电源，避免了系统自动控制而普遍存在的冷热抵消现象。冬季时为了防止新风温度过低而损坏机组表冷器，手动开启冷水电动调节阀的手动旁通阀门，经过多次对冷水旁通阀进行开度细微调节，最终锁定在20%的开度上，确保了防冻循环流量，从而避免了在恶劣天气条件下可能冻裂机组表冷器铜管束的情形。过渡季节通过人为对控制系统阀权度的调整（调节自控系统程序中的阀权度比例参数，限制该季节冷水阀最大开度为75%，电加热器最大开度为满负荷的50%），从而实现节能。
针对目前工艺空调普遍存在的冷热抵消现象，采取上述措施，可以有效降低冷热抵消的耗能状况。
此外在满足工艺要求的前提下，经过多次的调节和整定，空调机组变频器锁定在不高于40Hz的频率下运行，有效的降低了空调风机运行电耗。针对变频器所产生的电网污染（高次谐波），于2009年9月20日采取了关键工艺设备单独设置电源保护器的措施。同时将系统运行调节的各种手段，更新到空调系统运行标准操作指导书（SOP）中，既可满足工艺条件可靠恒定，又能自始至终的将节能工作贯穿到运行调节工作中。并在停产检修、系统保养过程中，试验和实施已完成的技术分析结论和相关运行调节方案，以确保系统持续改进的可靠性。
5结束语
空调系统的设计是否成熟、方案技术经济分析和选择是否合理、建造质量的好坏、运行调节是否及时有效、采取的节能措施是否得当等，都对系统满足工艺要求和节能减排有很大的影响。而当项目设计并建造完成投入使用后，运行精细调节和系统持续改进工作也是很重要的。
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