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凈化車間系統(tǒng)新風(fēng)處理與節(jié)能問題的探究
在潔凈車間中，凈化空調(diào)系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用，是車間生產(chǎn)環(huán)境的締造者，扮演著生產(chǎn)環(huán)境控制的重要角色。新風(fēng)處理是凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)作的一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，然而新風(fēng)系統(tǒng)中的含塵量占據(jù)了凈化空調(diào)系統(tǒng)除塵負(fù)荷的90%左右。由此，新風(fēng)處理和控制是潔凈室的潔凈度的前提，也是潔凈度控制的關(guān)鍵一步。潔凈室是能耗大戶，凈化空調(diào)系統(tǒng)的能耗不可忽視，而新風(fēng)負(fù)荷是凈化空調(diào)系統(tǒng)的重要負(fù)荷之一，合理地實(shí)行節(jié)能措施勢在必行。余熱回收在實(shí)際工程中的運(yùn)用已較為普遍，也不失為一種合理而積*的節(jié)能措施。
1 凈化空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)處理的必要性
1.1 新風(fēng)處理在凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。一方面，新風(fēng)用于滿足潔凈室生產(chǎn)人員的衛(wèi)生要求，新風(fēng)量不足將直接導(dǎo)致潔凈區(qū)空氣品質(zhì)的下降。另一方面，新風(fēng)關(guān)系著系統(tǒng)的風(fēng)量平衡和穩(wěn)定運(yùn)行。潔凈室的排風(fēng)、系統(tǒng)的漏風(fēng)以及維持潔凈區(qū)的正壓水平的風(fēng)量都需要新風(fēng)進(jìn)行補(bǔ)給。然而，只有經(jīng)過合理凈化，新風(fēng)中含塵量下降至一定范圍才能進(jìn)入凈化空調(diào)系統(tǒng)，這是滿足潔凈室潔凈度的必要要求。
1.2 新風(fēng)的含塵量和潔凈室空氣懸浮粒子標(biāo)準(zhǔn)的對比，有文獻(xiàn)列出了大氣塵的粒子分布，見表1 室外新風(fēng)所含微粒的粒徑分布。
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地區(qū)分類
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粒子數(shù)目（粒/L）
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≥0.5 μm
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≥1.0 μm
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≥2.0 μm
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≥5.0 μm
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工業(yè)城市內(nèi)
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3*103
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6.57*104
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1.44*104
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1.94*104
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工業(yè)城市郊區(qū)
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2*103
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4.38*104
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9.61*104
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1.29*104
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非工業(yè)區(qū)或農(nóng)村
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1*103
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2.19*104
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4.80*104
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6.46*104
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相關(guān)規(guī)范列出了新的潔凈度等級分級方法，見2。
表2 各級別空氣懸浮粒子的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
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潔凈度級別
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懸浮粒子*大允許數(shù)/m3
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靜態(tài)
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動態(tài)
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≥0.5 μm
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≥5.0 μm
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備注
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≥0.5 μm
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≥5.0 μm
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備注
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A級
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3520（ISO5）
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20(ISO4.8)
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傳統(tǒng)百級
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3520（ISO5）
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20(ISO4.8)
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傳統(tǒng)百級
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B級
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3520
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29
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傳統(tǒng)百級，ISO5
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3520
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29
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傳統(tǒng)百級，ISO5
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C級
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352000
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2900
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傳統(tǒng)萬級，ISO7
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352000
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2900
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傳統(tǒng)萬級，ISO7
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D級
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3520000
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29000
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傳統(tǒng)十萬級，ISO8
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不作規(guī)定
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不作規(guī)定
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不做規(guī)定
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以上兩表定性地對比了凈化空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)除塵負(fù)荷。如要達(dá)到要求的潔凈度等級，一部分的除塵要求在新風(fēng)處理過程中完成，而另一部分的除塵要求則在凈化空調(diào)系統(tǒng)中組合式空調(diào)器、末端過濾器等其他環(huán)節(jié)完成。下文將對新風(fēng)處理的必要性進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。
1.3 凈化與普通空調(diào)相比，凈化空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)含塵量對室內(nèi)環(huán)境的影響是更大的，有研究指出，凈化空調(diào)系統(tǒng)中的塵源90%來自新風(fēng)。另外，新風(fēng)含塵濃度高，處理不得當(dāng)，會降低表冷器的傳熱系數(shù)，降低**空氣過濾器的壽命。所以，必須對新風(fēng)進(jìn)行特殊的處理，以保障凈化空調(diào)系統(tǒng)安全有效的運(yùn)行。值得提出的是，對新風(fēng)進(jìn)行多級過濾處理是很有必要的。
對于新風(fēng)采用何種處理方式是工程應(yīng)用十分關(guān)心的課題。相關(guān)研究指出，新風(fēng)含塵濃度處理至與回風(fēng)含塵濃度相同或相近是合理的。這樣的做法可有效延長**過濾器的使用壽命。對于生物制藥廠房，應(yīng)因地制宜選擇粗效、中效兩級過濾。筆者認(rèn)為，對于新風(fēng)集中處理機(jī)組或新回風(fēng)循環(huán)機(jī)組，機(jī)組宜選擇相對應(yīng)除塵的粗、中效、中效三級（G4+F7+F9）過濾。
2 新風(fēng)處理與節(jié)能措施
凈化空調(diào)系統(tǒng)的能耗量是不可忽視的，與普通空調(diào)相比，其能耗量是普通空調(diào)的10～30 倍[4]。由于很多制藥車間有排風(fēng)的要求，而潔凈區(qū)有保持與外界壓力梯度的需求，所以凈化空調(diào)系統(tǒng)具有風(fēng)量大、新風(fēng)量大的特點(diǎn)。另外，經(jīng)過熱濕處理和凈化處理的新風(fēng)幾乎是不可回收的。在凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，新風(fēng)負(fù)荷是重要負(fù)荷之一，占潔凈室制冷負(fù)荷的20%～70% [5]。
在滿足補(bǔ)充排風(fēng)、維持壓差的前提下，控制新風(fēng)過多地引入系統(tǒng)是合理的節(jié)能思路，但值得提出的是，有些潔凈室人員密度小，尤其在全室空氣凈化排風(fēng)需求不大的場合，單位面積新風(fēng)量供給不足，空氣品質(zhì)下降容易造成工作人員頭暈等，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生工作人員暈倒的現(xiàn)象。所以，節(jié)能的前提是保證潔凈室達(dá)標(biāo)的空氣品質(zhì)，務(wù)必保證工作人員需求的新風(fēng)量，人均40 m3/h 是較合理的下限值。
在凈化空調(diào)系統(tǒng)中，減少新風(fēng)量或減少排風(fēng)量都是較為被動的節(jié)能措施，而新排風(fēng)熱交換措施是降低新風(fēng)處理能耗的一個(gè)更為積*的節(jié)能思路和方法。
目前市場上的能量回收設(shè)備有兩類：一類是顯熱回收型，一類是全熱回收型。顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器、板式顯熱換熱器、熱管式換熱器。全熱回收裝置有轉(zhuǎn)輪式換熱器、板翅式換熱器、熱泵式換熱器。僅從回收熱量的能力來說，全熱交換器**顯熱交換器。但有些生物潔凈室排風(fēng)含有有害氣體，污染較嚴(yán)重，不適合使用全熱交換器，宜使用中間熱媒式換熱器。
下文介紹兩種工程中常用的顯熱換熱器，即板式顯熱換熱器和中間熱媒換熱器。
2.1 板式顯熱換熱器板式換熱器是由具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種**換熱器。板式顯熱換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單，不消耗動力，無溫差損失，設(shè)備費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。但一般來說，顯熱換熱器設(shè)備占用空間大，靈活性相對差些。
板式顯熱換熱器應(yīng)用于空調(diào)余熱回收系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性是較為明顯的。有文獻(xiàn)[6]指出：這種換熱器在氣流速度為3.5 m/s 時(shí)傳熱系數(shù)可達(dá)到25 W/(m2·K)，壓降在25 Pa 左右，換熱效率為60%～65%。
2.2 中間熱媒式熱交換器是采用普通盤管式換熱器，利用水泵使水作為介質(zhì)在兩個(gè)換熱器內(nèi)循環(huán)，將排風(fēng)中的熱量（冷量）傳遞給新風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)熱能回收。中間熱媒通常采用水，為了降低水的冰點(diǎn)，通常在水中加入一定比例的乙二醇。其優(yōu)點(diǎn)是新風(fēng)與排風(fēng)位置可以不在一處，新風(fēng)與排風(fēng)不會產(chǎn)生交叉污染，而且換熱器和水泵在市場上很容易購買，對于全新風(fēng)系統(tǒng)，將換熱器盤管安裝在空調(diào)處理機(jī)組和排風(fēng)機(jī)組內(nèi)，實(shí)現(xiàn)熱能回收。如果使用恰當(dāng)?shù)谋P管排數(shù)，其顯熱回收率可達(dá)到40~60%，其缺點(diǎn)是只能回收顯熱，當(dāng)增加盤管排數(shù)，回收效率有所增加，但同時(shí)被水泵和風(fēng)機(jī)耗電量的增大所抵消。
新風(fēng)處理是凈化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)重視新風(fēng)處理的效果。采取合理的新風(fēng)處理措施對保護(hù)**空氣過濾器以及保障凈化空調(diào)系統(tǒng)的良好運(yùn)行具有重要意義。新風(fēng)量的調(diào)節(jié)關(guān)乎潔凈室壓差控制的安全性和有效性，壓差變送器控制是一種較直接的控制方式，可按照具體工程特點(diǎn)選取不同的壓差控制方案和策略。另外，在進(jìn)行新建藥廠、改造項(xiàng)目過程中，采用新風(fēng)排風(fēng)熱交換能量回收方案將獲得較好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)收益。
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