洁净空调系统温湿度解耦控制与FFU发热量计算探讨

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洁净空调与一般空调的区别：              

一般空调主要控制空间的温度、湿度、新风量和噪音，而洁净空调则侧重于控制室内的粉尘含量、风速和通风频率，其中温度和湿度也是需要对其进行控制的房间的主要控制参数。为了排除室内排气对大气环境的影响，需要根据各种情况在排气系统中设置排气过滤或排气净化。防止环境污染为了避免外界污染，对清洁空调系统的材料和设备的选择，加工技术，加工和安装条件以及设备部件的储存条件有特殊要求。气密性要求尽管空调系统倾向于对系统的气密性和透气性提出某些要求，但对洁净空调系统的要求比一般空调系统的要求严格得多。每个过程的测试方法和标准都有严格的措施和测试要求。通常，在有空调的房屋中，要求对建筑物的布局，加热设备等，但选择要求不是很严格。除了对建筑物整体外观的要求之外，使用洁净空调评估建筑物的质量对防尘，防尘和防漏提出了严格的要求。对建筑工艺和肘关节的施工施加严格的要求，以避免由裂缝引起的泄漏。清洁空调系统对其他类型的工作也非常严格，主要是注重防漏，防止污染空气进入洁净室，防止灰尘进入洁净室。              

温湿度的解耦设计 ^[1] ：              

1. 线性多变量过程控制系统解耦原理              

自 20 世纪 60 年代以来，过程控制技术在理论和实践上都取得了巨大的成功，并且在工业生产过程中采用了许多复杂和成功的控制方案。然而，对于多参数过程控制系统，工程和理论界都认为这是一个先进而复杂的过程控制系统。其先进的方面是它可以有效地提供一些生产过程的统一管理与几个相互关联的变量，这个功能往往不复杂的人为简化的过程控制系统与一个变量，事实是，与单变量过程控制系统相比，需要更复杂的设备，这使系统的结构复杂化。另一方面，从控制论的角度来看，先进和复杂的手段意味着该控制系统可以满足一些更高的控制或基准要求，从而超越传统理论分析，进而实现过程控制。              

如图 1 所示，美国着名化学控制领域的科学家表示，多维控制是学术界和工业界过去广泛研究和积极研究的重要课题。多维过程变量（即通信）之间的相关性是许多控制系统控制不良的重要原因。所谓的绑定是改变过程变量将不可避免地影响改变其他过程变量。这种现象对于生产过程的动态特性是共同的，因为生产过程在所有方面都是协调的，并且过程变量发生变化，这应该包括其他过程变量的变化。              

2. 洁净空调系统温湿度解耦控制设计              

图 2 是温度和湿度系统的连接对象的框图。这是一个具有两个输入和两个输出的连接对象。如果使用热水阀 u1 ，室温相对于冷水阀“ z 是室内湿度， n 是两个独立的单回路控制系统，或者热水阀 u1 是室内湿度。冷水阀 “z 属于室温， t 是两个独立的单回路控制系统，然后两个系统的控制过程中相互干扰，结果，两个系统都没有得到适当的控制，并且耦合的存在将显着减少控制系统的调整。质量，因此，为了解决这个问题，对其进行了研究和分析。              

[1] ：本段节选自刘春花《洁净空调系统温湿度解耦控制》。              

FFU 发热量计算探讨 ^[2] ：              

洁净空调系统的冷热负荷计算也有区别于常规冷热负荷计算的特点。分析其组成有，人员、设备发热量（考虑冷却系统带走的热量）、维护结构传热量、 FFU 发热量、照明传热量、新风折减的发热量（考虑电子厂房新风处理送风点）等。              

1 理论基础              

（ 1 ） FFU 风机过滤单元物理特点。 FFU 是由一个高性能、压出式、直驱式后径向叶轮风机 / 马达置于不锈钢 / 铝合金 / 镀铝锌箱体中，配合一个高效过滤器或超高效过滤器。成品 FFU 要进行 COP 测试。              

（ 2 ） FFU 叶轮设计差别化不大，故其对应的风机效率主要落在了匹配的马达上。所以 FFU 主要发热源在电机马达上。              

（ 3 ） FFU 可以视同为一种自带过滤器的风机。然而风机所匹配的电机功率公式如下： N=K*Nz

式中： K- 电动机容量安全系数；见表 1 。 Nz- 风机所需要的轴功率（ kW ）；              

Nz=Q*P/3600*1000*0P* η * η m

Q- 风机所输入的风量， m ³ /h ； P- 风机所产生的风压， Pa ；η - 风机的效率；η m- 风机的传动效率，见表 2 。              

（ 4 ）常见的 FFU 风机 / 马达型号及参数（以直流为例）。              

因直流风机 / 马达的特点有， a. 更少的线路； b. 更容易实现； c 更容易安装和节省人力。所以选取常见的直流电机型号参数表研究如表 3 。              

2 理论分析              

（ 1 ）风机的传动效率若我们按电动直联 100% 考虑，不考虑此部分的内耗。那么查阅表 1 ，可知我们所匹配的电动机安全系数为 1.5 （以风量 2400m ³ /h 为例，名牌功率 350W ），那么至少这 350W 中有 33.7% 是作为安全保障或电机保护的余量。              

（ 2 ） FFU 的输入能耗，在不同的运行工况点，即不同的运行风量和总静压时，输入的能耗是不同的。在 FFU 正常运转时，输入的电压和电流的乘积为输入功率。在电子洁净厂房工程中 FFU 很少在额定工况下运行的。所以，冷负荷的发热量按名牌功率计算是不靠近实际情况的。              

（ 3 ） FFU 输入的能耗（电能） E ，有三部分转化动能 Ek+ 势能 Ep+ 热力学能 U 。在这三部分转化的过程中，转化是有              

损失的。这也就体现风机效率浊等于输出功率除以轴功率。若轴功率按输入功率来计算的话，风机效率浊为 85% 的转化损失为 15% 。输出的功率中，势能 Ep 是一直在维持的，不考虑此部分能最终转化为热力学能 U 。那么还是以 2400m ³ /h 为例，机外余压 50Pa 的话，势能 Ep 约占为 33W 除以 350W 等于 9.52% 的比例。还有一部分动能作为克服微观分子运动阻力。这样计算下来，结合工程上的实际操作我们按名牌功率的 50% 计入发热量，也要胜过全盘计入的好。虽然与之工艺设备发热量比较小，但当 FFU 数量庞大时候，这部分冷负荷还是可以扣出来的。此举意义让节能行动从根基上开始。              

图 1

图 2

总之，以上三条论述，我们不能单单把名牌功率计作我们的发热量。那么有问题提出来了，这点影响到底有多大呢？以下结合实际工程做个对比。              

3 实际工程计算中的比较              

先看一例已经实际运行投产了的工程，某 8.5 代 -TFT 电子液晶面板厂房。业主反馈提到冷冻站房里有一台制冷机组基本处于停机状态。若要开启，并联运行的冷机效率又非常低，能源浪费。基于此情况反馈，立即自查分析设计师的负荷计算书。见图 1 。              

本工程原来设计二层和四层 FFU 负荷共计 11505kW ，是按照当时的名牌功率 350W/ 台进行此项的计算的。根据理论基础和理论分析，结合工程做法以 350 瓦× 0.5 等于 175W/ 台来调整这个工程此项的计算。见图 2 。              

更改本工程设计计算后，二层和四层 FFU 负荷共计仅为 5753kW 。不仅总的冷负荷降下来 5753kW ，而且分配到每个洁净空调计算区域里所占的比例也是可观的。到了空调系统末端干表冷控制的冷冻水流量缩减也是符合实际运行的。为此笔者呼吁，洁净厂房的空调负荷计算，首位在工艺设备下足时间研究分析，其次净化配套的设备也要精细计算，尽量不用指标化。              

1 ）对于洁净等级高或 FFU 布置数量多的电子洁净厂房冷负荷计算时候， FFU 发热量计算应科学计量，不能以名牌功率累加。              

2 ）工艺性空调系统（净化）的虽然以工艺设备发热量为主，但设计师也不能在施工图阶段对其他项予以全部指标化计算。              

3 ）当 FFU 可视为工艺设备环境附属设备的时候，更应该详细地理论计算结合已有工程运行数据分析得出准确性较高的计算书。              

[2] ：本段节选自张鹏飞《电子洁净厂房中 FFU 发热量计算探讨》