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净化空调系统的节能措施

发布时间:2020/8/6      点击次数:939

洁净室的能量消耗分布在冷热源、空气处理、空气输送等各个环节中,节能也应针对不同的环节采取措施。
1、冷热源环节节能措施
常规净化空调冷热源采用制冷机组加锅炉配置。热天洁净室内转移的热量通过冷却塔向大气排放,受天气影响大,能效在2.8~3.5;冷天靠锅炉燃煤、油或耗电提供所需热量,能效在0.3~0.9。
节能型冷热源采用地源热泵加辅助设施配置,一般不受天气影响,夏天能效比在4以上,冬天能效比在2.5以上。需要注意的是地埋管的间距不宜过小,应考虑当地土壤传热能力,合理确定小间距。因为土壤的传热主要靠导热,间距过小会造成土壤冷热量扩散不足,设计容量无法达到,严重时还会造成机组停机。
2、空气处理环节节能措施
空气处理分为新风处理和循环风处理。对于高湿高热的工艺过程或对湿度精度要求高的情况,需要在冷凝去湿后加热,造成冷热相,能量损耗。解决的办法一般是采用二次回风空气处理。下图是手术室二次回风净化空调系统:

夏季新风处理中为了保证湿度需要大量去湿,以往做法是先在表冷器将空气过冷,让空气中水分凝出,再用电或蒸汽加热,以保证送风温度。这样做必然带来冷热相的能量损失。下图是国内某净化设备企业开发的新型新风处理机,集制冷机和空气处理机于一体,利用压缩机出来的高温制冷剂对蒸发冷凝后的新风进行再热,既避免了冷热相,又减少了冷凝器对大气的热量排放。其所需的PLC控制器,根据热湿负荷调控高温制冷剂在冷凝器和再热冷凝器之间的分配,保证机组的正常稳定运行。

3、空气输送环节节能措施
处理后的空气通过风管送往净化空间,现在已大量采用变频风机,根据洁净度和正压变化,与排风阀联动调节风量。合理的风管系统和分区布置洁净室可以大大减少空气输送的能量损失。
4、减少净化空调系统送风量和降低系统阻力的节能措施
1)按生产工艺要求的不同,空气洁净度等级和不同的工作时间、班次合理划分净化空调系统。对于不连续使用或科研用洁净室,由于工作时间不同划分为不同的净化空调系统,既方便使用又能减少能耗;对于不同空气洁净度等级的各个洁净房间可以视洁净室的布置情况和生产工艺要求,由一个或多个净化空调系统供给净化空气。但在制订方案时应认真考虑减少管线长度,降低风管阻力所需采取的技术措施,做到既降低用电量又不增加较多的建造费用。
2)采取必要技术措施,减少生产设备的排热量,降低排风量。如将可能采用水冷方式的生产设备尽可能的选用水冷设备;加强生产设备的隔热、保温措施等。
3)与产品生产工艺技术提供者密切配合,尽可能减少洁净室排入大气的排风量。这类技术措施有:
①改进设备构造及性能或选用先进的生产设备,少排或不排入大气。
②合理组织排风系统,尽量将同类、相同使用时间的排风装置划分为一个排风系统,避免因各排风装置无须使用时仍与排风系统接通,增加了排风系统排风量。
③设置排风量的控制方式,若可能时将排风量的控制装置与相应的净化空调系统的送风装置联动控制,可以较好的根据排风量大小控制送风量等。
4)合理组织净化空调系统中各种空气过滤器的设置,对较大型的洁净厂房的净化空调系统的新风集中进行空气净化处理。
5)净化空调系统设计应合理利用回风。在产品生产过程中不产生有害物或不发生交叉污染时,净化空调系统在保证新鲜空气量和保持洁净室规定的压差值的条件下, 为了减少能耗应尽量利用回风。对于换气次数大的单向流洁净室,当空调机房距单向流洁净室较远时,可以采用一部分空气不回机房而直接循环使用,可使能耗降低。部分空气洁净度要求严格的单向流洁净室已采用新风集中处理后与回风混合进入空气循环系统。这种空气循环系统有轴流风机竖井式、风机过滤单元等。风机过滤单元送风方式的净化空调系统由多台风机过滤单元设备组成,实现洁净室回风的直接循环。根据有关工程项目的实践,这类空气循环系统在某些条件下比常规集中净化空调系统节约能量。
当产品生产过程中产生大量有害物质,局部排风又不能满足卫生要求,或对其它工序有影响或交叉污染时,才能采用直流式净化空调系统。在生物制药洁净室设计中,按照GMP的规定,为避免各类产品的性能特点或各工序间的不同生产特点引发的交叉污染,常有一些洁净房间采用直流式排风装置。为防止一些有害物对周围环境的影响,还应在排风系统通到大气的出风口装设排风过滤处理装置。
6)合理进行净化空调系统的风管设计。布置风管时应尽量缩短风管长度,减少不必要弯管、附件的设置,简化风管形状,努力降低风管系统的阻力,以减少能耗。
7)采用变流量控制风量、水量。根据洁净室内实际运行情况的不断变化,应采用不同的送风量和相应的冷(热)水流量。如前所述,洁净室的送风量是由所要求的空气洁净度等级所确定的,但在实际运行中房间的洁净度等级经常受到发尘量、压差等因素的影响,因此送风量不可避免的可能发生变化。为了降低运行费用、减少能耗,在净化空调系统设计时应采用技术措施,配置变风量、变水量装置,主要的技术措施如下:
①根据检测得到的洁净室内的尘粒数量或房间压力值控制调节送风量。
②根据生产过程的特点,采取技术措施,减少或关闭不工作的生产工序或房间,从而减少整个系统的送风量。选用检测、控制房间或设备的排风的装置,按需要控制排风量或开停排风机或排风阀。避免房间或设备不生产时仍开启排风机或排风阀而消耗电能,增加不必要的送风量。
③风机、水泵合理的采用变频机组,根据送风量、供水量的多少,改变风机、水泵的转速,降低电能消耗。
④净化空调系统的空调机组采用冷水量、热水量或蒸汽量的变流量控制。
5、排风能量的回收利用
洁净室的排风由于其热湿状态与室内要求一致,相对于新风状态有可以利用的能量。利用排风与新风进行热湿交换的各种设备已大量使用,例如转轮式全热交换机、转轮式显热交换机、全热交换器、显热交换器等。
(1)转轮式全热交换机。转轮式全热交换机的核心部件是一个蜂窝式转轮,转轮由蜂窝状金属或陶瓷纤维载体、铝箔和活性硅胶等吸湿涂层复合而成,转轮两侧由特制的密封装置分成两个区域:新风区域及排风区域,分别接入新风进风管路和排风管路。转轮作为蓄热芯体,一半在新风区,一半在排风区。转轮转动,使其各个部分不断通过新风区和排风区。
在夏季,蓄热芯体转到新风侧时吸收新风中的热(湿)量,当转到排风侧时,由于存在温(湿)差的原因,蓄热芯体就会释放其中的热(湿)量,当再转到新风侧时,又继续吸收新风中的热(湿)量。
在冬季,蓄热芯体转到排风侧时吸收排风中的热(湿)量,当转到新风侧时,由于存在温(湿)差的原因,蓄热芯体就会释放其中的热(湿)量,当再转到排风侧时,又继续吸收排风中的热(湿)量。
转轮式全热交换机如此旋转循环,实现能量的回收。转轮式全热交换机利用室内排出空气与室外引进的新鲜空气进行显热与潜热交换而回收能源,进而达到节约能源并保持通风良好的目的。在夏季可以将新风预冷除湿,在冬季可以将新风预热加湿,其回收效率可达75%以上,因此降低了净化空调运行中的冷热负荷和耗电量。
(2)转轮式显热交换机。转轮式显热交换机的结构和工作过程与转轮式全热交换机相同,但是在蓄热芯体表面不涂覆吸湿涂层,所以只能传递显热量。
(3)全热交换器。全热交换器的核心由纤维制成的全热交换纸张与金属箔构成,这种材料透湿率高,气密性好,抗断裂,耐老化,适合于温差小、湿差大的情况。通过折叠纸张,形成新风和排风管道。由于纸张透湿和传热,实现了新风与排风的热湿交换,减少了空调机组的热湿负荷。
(4)显热交换器。显热交换器的空气通道用金属板隔成,其它与全热交换器差不多。新风和排风之间只能通过金属板进行热交换,不能进行湿交换,适合于对湿度要求不高或湿差较小的情况。
需要注意的是,净化空调系统中的过滤器具有较大的阻力,所以,无论全热交换器还是显热交换器,所配新风侧风机的压头都在1000Pa以上。


 


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