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洁净室的设计计算--空调负荷的计算

发布时间:2020-10-15      点击次数:1566

1、外墙、屋顶瞬变传热引起的冷负荷
外墙、屋顶属不透明围护结构,在日射和室外气温的共同作用下,由外墙、屋顶瞬变传热引起的逐时冷负荷均可按下式计算:

式中,CL为瞬变传热引起的逐时冷负荷(W);
    F为外墙、屋面面积(m2);
    tn为室内设计温度(℃);
    t1n为外墙、屋面的冷负荷计算温度的逐时值(℃);计算时刻的选取和一般空调相同,通常可在8时至18时中,每隔1h取一个计算时刻;有经验者可根据具体情况,减少计算的时刻点,如可从12时算至17时;
    K为外墙、屋面的传热系数[W/(m2﹒℃)];如果洁净室在内区,外墙引起的冷负荷为零;如果洁净室靠近外墙,传热系数的计算应考虑内、外围护结构之间空气间隙的热阻。若间隙间的空气被装修材料封闭,可按多层复合壁计算K值;当内层结构为彩钢夹芯板,则计算K值时只考虑由夹芯材料、空气层、外墙组成的复合壁,可忽略夹芯两面的彩钢板的热阻影响。如果空气间隙未被装修材料封闭,把靠外墙的洁净室按内区处理。这里的空气间隙就变成非空调空间。这时,只需计算非空调空间对该洁净室的传热负荷。
对于室温允许波动范围大于或等于±1℃的工艺性空调房间,其非轻型外墙传热形成的冷负荷,可近似按照稳态传热计算(参见《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003的规定)。
即:

式中,
CL、K、F、tn同式;
tzp为夏季空气调节室外计算日平均综合温度(℃);
twp为夏季空气调节室外计算日平均温度(℃);
ρ为围护结构外表面对于太阳辐射热的吸收系数;
Jp为围护结构所在朝向太阳总辐射照度的日平均值(W/m2);
αw为围护结构外表面换热系数[W/(m2﹒℃)]。
由于洁净室特殊的双层外围护结构,外墙传热系数K值按多层复合壁计算用式CL=FK(tzp-tn)算出的非轻型外墙传热形成的冷负荷与采用冷负荷系数法算出的冷负荷相差不大。这就是前面所提到的当内层材料的保温性能好时(如彩钢夹芯板)不透明围护结构引起的冷负荷可按稳定传热计算的依据之一。
洁净室吊顶以上都留有足够的夹层空间来安装管道、设备,即使是位于顶层的洁净室,由于这个夹层的存在,屋顶的瞬变传热引起的冷负荷可不必计算,而只需计算相当于非空调房间的夹层对洁净室传热而产生的冷负荷。洁净室的装修,由于需要吸收土建施工的误差,其墙板紧贴土建外围护结构的很少,一般都留有较大的间隙。根据前面的分析,当把这个间隙按非空调房间对待时,对于非轻型外墙和屋顶瞬变传热形成的冷负荷可以不做计算,把该洁净室按内区对待(紧贴土建外墙的洁净室除外)。
2、内墙、楼板传热引起的冷负荷
当洁净室与邻室的夏季温差大于3℃时,通过内墙、楼板传热引起的冷负荷可按下式计算:

式中,CL为内围护结构传热形式的冷负荷(W);
    K为内围护结构的传热系数[W/(m2﹒℃)];
    F为内围护结构的传热面积(m2);
    tn为室内设计温度(℃);
    t1s为邻室计算平均温度(℃);其值按下式计算:

式中,twp为夏季空调室外计算日平均温度(℃);
   Δt1s为邻室计算平均温度与夏季空调室外计算日平均温度的差值(℃);宜按下表选用:

3、外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷
许多洁净室是不允许设计外玻璃窗的,对于洁净度级别要求低的洁净室,虽然允许设计外玻璃窗,但必须保证是密封固定窗。根据洁净室的建筑结构特征,大多采用两层固定密闭玻璃窗。当洁净室按内区对待时,其玻璃窗传热按内窗考虑;当洁净室的墙板紧贴土建外墙或土建外墙经表面涂层处理作为洁净室墙面时,在室内外温差作用下,通过外玻璃窗的瞬变传热引起的冷负荷可按下式计算:

式中,CL为外玻璃窗瞬变传热引起的逐时冷负荷(W);
   F为窗口面积(m2);
   K为外玻璃窗的传热系数[W/(m2﹒℃)];
   C为玻璃窗传热系数修正值;
   t1m为外玻璃窗冷负荷计算温度的逐时值(℃);
   td为玻璃窗的地点修正值。
4、玻璃窗日射得热引起的冷负荷
不考虑外遮阳时,透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷可按下式计算:

式中,CL为透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的冷负荷(W);
   F为玻璃窗的净面积(m2);
   Cs为窗玻璃的遮阳系数,其定义为实际玻璃的日射得热与标准窗玻璃的日射得热之比;因为洁净室的玻璃窗不允许设置窗帘之类的内遮阳设施,不考虑窗内遮阳设施的遮阳系数;
   DJ.max为日射得热因素大值(W/m2
   CCL为无内遮阳的冷负荷系数,以北纬27°30′为界,以北的地区为北区,以南的地区为南区。
5、地面传热引起的冷负荷
参照《采暖通风与空气调节设计规范》(GB 50019-2003)的规定,若洁净室内的空调属舒适性的,夏季可不计算通过地面传热引起的冷负荷;当洁净室位于低层,下面无地下室且有外墙时,对工艺性空调,宜计算距外墙2m范围内的地面传热形成的冷负荷。
6、室内热源散热形成的冷负荷
洁净室内的热源散热主要是指室内工艺设备散热、照明散热、人体散热等。设备种类较多,有些设备只能满足生产工艺的功能,对保温、隔热等方面存在先天缺陷,在运行过程中散发大量的热量、湿量及粉尘。在设计时应充分调研、仔细研究,不能单独按相关计算公式进行冷负荷计算。否则,设备形成的冷负荷太大,即使是洁净室的大风量也难以消除余热余湿。因此,要求设计人员仔细了解工艺过程,通过隔热、排热等措施,在方案阶段就考虑节能措施,不能等大量的热散发至室内后再进行空调降温。
在采用冷负荷系数法计算室内电动设备形成的冷负荷时,电动设备的额定功率只反映装机容量,实际的大运行功率往往小于装机容量,而实际的运行功率也要比大功率小。所以,在计算冷负荷时一定要考虑这些因素。
室内热源散热包括显热、潜热两部分。潜热散热直接成为室内的瞬时冷负荷,显热散热中只有以对流形式散出的热量成为室内瞬时冷负荷,而以辐射形式散出的热量先被周围壁面及物体的表面吸收,然后逐渐以对流方式散出,形成滞后的冷负荷。所以,应分析各种设备的散热特点,采用相应的冷负荷系数。
(1)设备显热冷负荷
计算公式:CL=CCLQ
式中,CL为设备散热形成的冷负荷(W);
   CCL为设备散热冷负荷系数;
   Q为设备散热量(W)。
当设备和电动机都在室内时:Q=1000n1n2n3N/η
当只有设备在室内时:Q=1000n1n2n3N
当只有电动机在室内时:Q=1000n1n2n3N(1-η)/η
式中,N为设备的安装功率(kW);
   η为电动机效率;
   n1为同时使用系数,通过了解工艺过程来确定;
   n2为利用系数,反映安装功率的利用程度,一般取0.7~0.9;
   n3为负荷系数,反映了平均负荷达到大负荷的程度;精密机床取0.15~0.4,一般可取0.4~0.5。
以上各系数对负荷计算影响较大,特别是安装功率较大时,其影响更为明显。所以在计算时应仔细分析,必要时现场考察同类设备的实际运行情况,以确定各项系数。
电热设备散热量:无保温密闭罩时,计算公式为:Q=1000n1n2n3n4N(W)
式中,n4为排风带走的热量的系数,一般取0.5。
(2)照明散热形式的冷负荷
计算公式:CL=CCLQ
式中,CL为照明散热形成的冷负荷(W);
   CCL为照明散热冷负荷系数;
    Q为照明设备散热量(W)。
白炽灯:Q=1000N(W)
荧光灯:Q=1000n1n2N(W)
式中,N为照明设备所需功率(kW);
   n1为镇流器消耗功率系数,当明装荧光灯的镇流器在室内时,取1.2;当暗装荧光灯的镇流器装在顶棚内时取0.1;
   n2为灯罩隔热系数,当罩的上部穿孔时取0.5~0.6,无孔时取0.6~0.8,洁净室净化灯无孔,故取0.6~0.8。
(3)人体散热形成的冷负荷
计算公式:CL=CCLnqs
式中,CL为人体散热形成的冷负荷(W);
   CCL为人体散热的冷负荷系数;
   qs为不同室温和劳动性质成年男子散热量;
   n为室内人数。
(4)室内湿源散湿引起的潜热冷负荷
如果洁净室内有一个热的湿表面,水分被热源加热而蒸发,那么该设施与室内空气既有显热交换又有潜热交换。显热交换取决于其表面与室内空气的传热温差和传热面积,散湿量可由下式计算:

式中,Pb为水表面温度下的饱和空气的水蒸气分压力(Pa);
   Pa为空气中水蒸气分压力(Pa);
   F为水的蒸发表面积(m2);
   B0为标准大气压力,101325Pa;
    B为当地实际大气压力(Pa);
   β为蒸发系数[kg/(N.s)];β=(α+0.00363ν)10-5
   α为不同水温下的扩散系数[kg/(N.s)],见下表:
   ν为水面上周围空气的流速(m/s)。

如果洁净室内的湿表面是通过吸收空气中的显热量蒸发的,而无其它的加热源,则室内的总得热量没有增加,只有部分显热负荷转化为潜热负荷。
如果洁净室内有一个蒸汽散发源,则散湿量即为散入室内的蒸汽量。
计算出洁净室内各项散湿量Di后,总散湿量W=ΣDi,则室内散湿源引起的潜热冷负荷为:
CL=(2500+1.84tn)W(W)

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