洁净手术部空调机组风机单位风量耗功率限值的讨论

1、背景
为了实现手术部洁净区域对环境洁净度和微生物的控制，洁净手术部的空调系统中设置了空气过滤器。过滤器的阻力通常是按其额定风量下阻力的2倍确定的。系统都设多级过滤器，级数多产生的阻力大，消耗风机的功率大。另外，设计人员在确定风机风压时还常常留较大的余量。下表为某洁净手术室空调系统及其新风系统的压降（过滤器为终阻力）。
新风系统压降：

空调系统压降：

由于过滤器阻力随积尘量增加而上升，使得系统初阻力与设计工况相比差几百帕。为保证空调参数在设计工况附近，很多工程都为送风机配置了变频器。但是，在手术部空调工程竣工验收中，时常能遇到空调机组风机设计压力比系统实际阻力大得多的情况，造成房间送风量偏大。甚至个别项目中，送风机电动机的输入频率即使降低到30Hz，手术室的换气次数或截面送风速度仍超过上限值很多。对于某一系统而言，风机的功率与风量的2～3次幂成正比。如果风量偏大20%，风机功率会上升44%以上；如果实际风机压头再富余20%，则风机功率会更大。此外，Ⅰ～Ⅲ级手术室的室内空调冷负荷通常为2～10kW,而因风机耗功会额外增加2～7k的显热冷负荷，因此减小风机功率对减少空调冷负荷也有直接作用。

2、风机单位风量耗功率
风机功率可以用下式表示：

式中，N为风机电动机的输入电功率，W
Q为风机风量,m³/h
p为风机全压，Pa
为风机的全效率，包含风机效率、电动机效率和传动效率
以空调系统压降表格数值为例，各级过滤器压降占系统全压的48.5%。假设该机组风量为10000 m³/h，按每年运行200d、每天运行10h计算，则过滤器引起的风机电耗约为5000kWh。在一定的风量下，风机的功率取决于全压及其电动机和传动效率。所以，为控制风机能耗，在工程设计阶段应确定合理的风机全压，并对风机的全效率提出要求。

《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005引入风机设计单位风量耗功率限值对空调风系统的风机能耗提出了要求。该标准对普通空调系统的限值提出了要求，并未对净化空调系统提出要求。尽管净化空调系统与普通空调系统不同，不能*照搬该标准限值，但是可以使用同样的原则，对手术部洁净区新风机组和空调机组的风机设计单位风量耗功率予以限值。
风机设计单位风量耗功率计算公式如下：

式中，Ws为风机设计单位风量耗功率，W/（m³.h）
3、确定风机单位风量耗功率限值
从公式可见，当风机效率一定时，风机设计单位风量耗功率取决于系统压降。为分析系统各部分的压降特点，本文将空调风系统划分为空调机组与其余风道系统两个部分。
（1）风道系统阻力
新风系统风道的阻力部件包括：新风进出口、粗效过滤器、阀门、风道及弯头、三通等。
根据室内洁净度要求，系统的末级空气过滤器可选A类高效过滤器或亚高效过滤器。根据《高效空气过滤器》GB /T 13554-2008，额定风量下A类高效过滤器的初阻力不大于190Pa，本文按70%额定风量选取，则初阻力不大于140Pa，终阻力为280Pa。Ⅰ级手术室送风采用平铺高效过滤器或静压箱内过滤器采用W形侧送布置时，初阻力在100Pa左右。本文中，空调机组机外余压取650Pa，可以满足工程需要；新风机组机外余压取500Pa，可以满足新风口、粗效过滤网、阀门及风量阻力损失。
（2）空气过滤器阻力
《空气过滤器》 GB/T 14295-2008给出了各级过滤器的阻力要求，见下表：
空气过滤器功能段阻力：

机组内的过滤器应尽量采用折叠方式、袋式布置，以减小过滤器迎面风速，降低阻力，并可延长过滤器的寿命。亚高效过滤器在额定风量下，迎面风速为1.0m/s时，初阻力不大于120Pa，如果按70%额定风量选用，初阻力应不大于90Pa。如果把过滤器实际风量降低到50%～70%，还可继续降低机组内部压降。合机外余压确定风机单位风量耗功率限值。其中，新风机组和空调机组内迎面风速为2m/s计算，过滤器的设计风量按额定风量的90%选取，其阻力可按空气过滤器功能段阻力表格终阻力的0.9倍计算。
（3）新风机组内部阻力
对于单独设置的新风机组，按三种室外环境空气质量情况，其过滤器设置分为三种组合类型，见下表所示：
新风过滤器组合：

风机全压计算见下表：
新风机组组合方式（机外余压500Pa）

（4）空调机组内部阻力

对于利用部分回风的净化空调机组，可分为如下表所示的两种类型：
第1种类型，空调机组的新风由新风机组处理，且新风机组配置风机。
第2种类型，空调机组处理新风，即在第1种类型空调机组的基础上增设了符合新风过滤器组合表格类型1的中效过滤器，增加的压降按200Pa考虑。空调机组组合方式（机外余压650Pa）

全新风空调机组按新风过滤器组合方式分为下表所示的三种类型：
全新风空调机组组合方式（机外余压650Pa）

（5）耗功率限值确定

综合上述分析，按照风机全效率为57%计算，并附加15%的冗余度，则风机单位风量耗功率限值如下表所示。如果需在机组内增设其它部件，如新风预热器和新风表冷器等，可按上述原则和公式计算附加值。
风机设计单位风量耗功率限值：

4、结论
净化空调系统的各级过滤器并不是同时达到终阻力，确定过滤器的压降时应根据实际的迎面风速计算，不能简单取额定风量下的压降数值。机外余压也应按照水力计算结果确定。过滤器阻力占系统总阻力的比例较大，由此产生的风机能耗很大。设计人员不应以“偏安全"为由而过分加大空调机组余压。在满足过滤效率的前提下，应优先选用低阻力的过滤器或过滤装置。