八、空调负荷计算（热湿、风量、水力三大平衡计算）

（一）洁净室的热负荷计算（热平衡计算）

1、洁净室的热负荷包括下列各项：

（1）围护结构的传热负荷计算：KW

式中：Ki— 围护结构的传热系数（W/m2℃）

Fi—洁净室围护结构的面积（m2）

—洁净室内外温差（℃）

（2）室内人员的热负荷计算

人员的显热负荷 Q人显 = n·q人显（kW）

人员的潜热负荷 Q人潜 = n·q人潜（kW）

人员的全热负荷 Q人全 = Q人显+ Q人潜（kW）

式中：n—室内的人数（人）

q显—每个人的显热负荷（kW/人）

q潜—每个人的潜热负荷（kW/人）

（3）室内的照明负荷计算

（KW）

式中：N—照明设备的功率（kW）

n0—整流器消耗的功率系数（n0=1.0~1.2）

n1— 安装系数（明装n1=1.0，暗装n1=0.6~0.8）

n3—照明设备的同时使用系数。

（4）室内设备的产热负荷计算

电热设备热负荷 Q设热 = n1n3n4N（kW）

电动设备热负荷 Q设动 = n1n2n3N（kW）

电子设备热负荷 Q设电 = n1n2n3N（kW）

式中：N —设备的功率

n1—安装系数（n1= 0.7~0.9）

n2—负荷系数（n2= 0.3~0.7）

n3—同时使用系数。

n4— 通风保温系数。

（5）洁净室总的热负荷计算

（二）洁净室的湿负荷计算（湿平衡计算）

洁净室的湿负荷包括下列各项：

1、室内人员产湿计算：

（kg/h）

式中：w人 —每个人的湿负荷（kg/h·人）

2、室内设备的产湿计算：

（kg/h）

式中：F— 产湿设备的水蒸发面积（m2）

—产湿设备单位面积的水蒸发量（kg/m2·h）

3、洁净室总的湿负荷计算：

（三）洁净室的风量计算（风平衡计算）

1、洁净室的送风量的计算

洁净室的送风量不仅仅能消除洁净室的总的余热，余湿以保证洁净室的温度和相对湿度；而且，洁净室的送风量还应能消除室内产生的灰尘等粒子的污染，以保证洁净室的洁净度等级。

因此，洁净室的送风量应为消除余热的送风量，消除余湿的送风量和消除粒子污染的净化送风量三者之间最大的送风量为该洁净室的送风量。

（1）消除洁净室内余热的送风量计算：

（m3/h）

式中：Q显，Q全—分别为洁净室的显热和全热负荷（kW）。

c—空气的比热（1.01 kJ/kg·℃）

—空气的密度（1.2 kg/m3）

—洁净室的送风温差（℃）

—洁净室的送风焓差（kJ/kg）

（2）消除洁净室内余湿的送风量计算：

（m3/h）

式中：W—洁净室的湿负荷（g/h）

—空气的密度（1.2 kg/m3）

—送风的绝对含湿量差（g/kg）

（3）消除（稀释）室内产生粒子的净化送风量计算：

在一般情况下，由于室内产尘量G很难准确，因此,在工程中都不用上述公式计算送风量。而采用断面风速法（单向流洁净室）和换气次数法（非单向流洁净室）进行净化送风量的计算。

表1.气流流型和送风量（静态）

注：① 表中换气次数适应于层高小于4.0m的洁净室；

       ② 室内人员少、热源少时，宜采用下限值。

2、洁净室的新风量计算

洁净室的新风量不仅仅要补充洁净室的排风量和维持洁净室正压的泄漏风量，同时还要保证洁净室内工作人员每人每小时不小于40m3的新鲜空气量的要求。

因此：L新=L排+L正≥n·40（m3/h）

式中：L排— 洁净室总的排风量（m3/h）；

L正—维持洁净室正压的总泄漏风量（m3/h）

n— 洁净室内人数。

（1）洁净室内设备局部排风量计算

L排= 3600×F×V（m3/h）

式中：F— 排风罩的开口面积（m2）

V—开口部的平均风速（m/s）

（2）洁净室正压泄漏风量计算

正压泄风量可用缝隙法和换气次数法进行计算：

缝隙法：

式中：q—单位缝隙长度的漏风量可查表（m3/h·m）

l—缝隙长度（m）；—— 漏风系数。

换气次数法可查表得到。

表2.围护结构单位长度缝隙的渗漏风量表

表3.洁净室的压差值与房间换气次数表（次/时）

（四）净化空调系统的水力计算（水力平衡计算）

净化空调系统的水力计算包括水系统和风系统的水力计算两大部分。

水系统（冷冻水和冷却水系统）的水力计算，其目的是为了进行水系统的阻力平衡（减少失调）选择管径和水泵；风系统（送风系统、回风系统、新风系统、排风系统）的水力计算主要目的是为了确定风管的管径（尺寸）和选择风机（送风机、排风机）。

系统的水力计算其实就是系统的阻力计算：

系统的总阻力H总=（Pa）

式中：— 各管段的磨擦阻力（Pa）。

Z：—各部件的局部阻力（Pa）。

1、磨擦阻力：（Pa）

式中：— 磨擦阻力系数。

D— 管道的“直径”（m）

圆形管道D即是圆的直径。

矩形管道D为当量直径：

，a和b均为矩形的边长（m）。

v —流体在管道中的平均流速（m/s）。

— 流体的密度（kg/m3）。

L—管道的长度（m）。

—流体的动压头（Pa）。

2、局部阻力：（Pa）

式中：—空调净化系统中配件的局部阻力系数。

（五）七个典型的空气处理系统即空气处理过程的优化

此方案的净化空调机组（空气处理机组AHU）集中设置在空调机房内，全部的净化空调送风均在净化空调机组内进行净化和热、湿处理，然后由庞大的送风管道将全部的送风输送到洁净室的吊顶上部，再经过设在洁净室吊顶上的终端高效过滤器或高效过滤器送风口过滤后送到洁净室内，来实现洁净室工艺生产所需要的温度、湿度、洁净度和房间的压差，洁净室的回风经回风口、回风管再接回到空调机房的净化空调机组内与新风混合后重复进行净化和热、湿处理。

此方案又可分为全新风送风方案（直流系统）；一次回风方案；一、二次回风方案和(MAU)加(FFU)方案等四种不同的净化空调送风型式。

这种送风方案是当前洁净室特别是非单向流洁净室应用最广泛的净化空调送风方案。这种送风方案的系统划分明确，风量和温、湿度控制调节都单一。

但是洁净度级别较高、送风量较大时，存在着空调机房占面积大，送、回风管体积大占面积和占空间大，送、回风管道长，送风机的余压高，噪音大,风量输送耗电量大等问题。因此，这种送风方案较适用在低级别的非单向流洁净室的送风，对5级以上的单向流洁净室送风就不太经济合理了。

1、AHU全新风的净化空调送风方案（直流系统）

全新风净化空调送风方案是用于特殊的不允许回风的洁净室的送风方案中。如：洁净室内工艺生产类别为甲、乙类火灾危险等级或工艺过程产生有剧毒等有害物不允许回风的洁净送风系统中。其原理图和焓湿图如下。

2、AHU全新风的净化空调送风方案一次回风的送风方案多用在洁净室内的发热量或产湿量很大，消除室内余热或余湿的送风量大于、等于或近于净化送风量的低洁净度等级的非单向流洁净室中。此方案的原理图和焓湿图如下：

3、MAU+RAU的净化空调送风方案

此方案多用于多个洁净室其洁净度，温、湿度要求不同，室内的产热量和产湿量也不尽相近，为了确保每个洁净室的洁净度，温、湿度及其精度的要求,就要设置多个循环机组,循环机组的送风量是净化送风量,并且在机组内设置必要的热、湿处理设备,用来补充新风机组热、湿处理的不足和保证该洁净室温、湿度精度的微调节。

由于循环机组设在洁净室的吊顶上面，循环机组的送风余压相对都较小，机组体积和机组噪声、振动也较小，送回风管也比较短小；但是，要注意循环机组的凝结水排放问题，往往这种方案的问题都出在凝结水排放的处理上。此方案的新风机组设在空调机房内，这些洁净室所需的新风全部由新风机组（MAU）进行净化和热湿的集中处理。然后分配到每一个循环机组内与其回风混合。

新风机组的新风量不仅仅要补充各洁净室的排风还要保证每个洁净室的正压。新风机组的热湿处理最好到某洁净室空气的机械露点上，如果将新风热湿处理点低于洁净室的机械露点作到新风不仅承担新风本身的湿负荷，而且还将洁净室的湿负荷也消除掉，此时循环机组内的表冷器可为干式表冷器。此方案的原理图和焓湿图如下：

净化送风和空调送风分离的方案，此方案通常被称作半集中式或分散式的送风方案。

为了大大地节省运行时的能耗，将消除洁净室内余热、余湿的空调送风量（通常大大地小于洁净室的净化送风量），由设在空调机房内的新风机组（MAU）进行必要的净化和热湿处理，而将占总送风量50~90%的保证洁净室洁净度的净化送风量由设在洁净室附近的循环机组进行净化和补充的热、湿处理，或直接采用吊顶上的FFU（风机过滤器机组）和干盘管来解决洁净室的洁净度等级和温度的微调节。

此种净化送风与空调送风相分离的送风方案，不仅可节省运行的能耗，而且大大地减少了空调机房面积，省掉了庞大的送、回风管道，降低了洁净室的空间高度。此种净化空调送风方案又可分为：空调机组(AHU)加风机过滤器机组(FFU)方案,新风机组（MAU）加循环机组（RAU）加（FFU）方案；新风机组（MAU）加风机过滤器机组（FFU）加干冷盘管(DC)方案等三种送风方案。

（六）空调机组AHU(MAU）加风机过滤器机组（FFU）的净化空调送风方案

此方案中净化空调系统的全部热、湿负荷（洁净室内产生的热、湿负荷及新风的热、湿负荷）全部由设在空调机房内的空调机组来负担。此时，空调机组的送风量是消除本系统余热、余湿的空调送风量（其中包括全部新风和部分回风，但远远小于保证洁净室洁净度等级的净化送风量），它应能确保洁净室内的温度和相对湿度的恒定。

而该洁净室的洁净度由设在洁净室吊顶上的风机过滤器机组（FFU）将净化送风量就地循环过滤来保证。此方案中应该注意的是，FFU运行过程中所产生的热量也应由空调机组来承担。此方案更适合用于在大面绩非单向流洁净室内有局部的垂直单向流的混合流洁净室中。其送风原理图和焓湿图如下：

（七）新风机组（MAU）加循环机组（RAU）加风机过滤器单元（FFU）净化空调送风方案

此方案多用于多个洁净室其洁净度，温、湿度要求不同，室内的产热量和产湿量也不尽相近，为了确保每个洁净室的洁净度，温、湿度及其精度的要求,就要设置多个循环机组,循环机组的送风量是净化送风量,并且在机组内设置必要的热、湿处理设备,用来补充新风机组热、湿处理的不足和保证该洁净室温、湿度精度的微调节。

由于循环机组设在洁净室的吊顶上面，循环机组的送风余压相对都较小，机组体积和机组噪声、振动也较小，送回风管也比较短小；但是，要注意循环机组的凝结水排放问题，往往这种方案的问题都出在凝结水排放的处理上。

此方案的新风机组设在空调机房内，这些洁净室所需的新风全部由新风机组（MAU）进行净化和热湿的集中处理。然后分配到每一个循环机组内与其回风混合。新风机组的新风量不仅仅要补充各洁净室的排风还要保证每个洁净室的正压。

新风机组的热湿处理最好到某洁净室空气的机械露点上，如果将新风热湿处理点低于洁净室的机械露点作到新风不仅承担新风本身的湿负荷，而且还将洁净室的湿负荷也消除掉，此时循环机组内的表冷器可为干式表冷器。

当多个洁净室中有若干个1级、10级、100级等高净化级别的垂直单向流洁净室时，为了减少循环机组（RAU）的负担和送、回风管道的断面，此时循环机组仅解决该单向流洁净室的空调送风量，以保证洁净室的温度、相对湿度和洁净室的正压，而占90％以上的绝大部分送风量有设在洁净室吊顶上的FFU来负担，以保证洁净室的高洁净度级别。此方案的原理图和焓湿图如下：

（八）新风机组（MAU）加风机过滤器机组（FFU）加干冷盘管(DC)的净化空调送风方案

此方案是新风机组将新风处理到洁净室热湿比线与相对湿度95%线交点以下，新风机组不仅将本身的湿负荷去掉，而且还负担洁净室内产生的湿负荷，新风机组要确保洁净室所需要的相对湿度。而新风机组热处理不足部分的干冷负荷将由设在洁净室吊顶上（或夹道内）的干表冷器来补充。因干表冷器是设在FFU循环空气通过的吊顶上或夹道内，因此，干表冷所弥补的干冷负荷被循环空气带到洁净室内。

由新风机组处理过的新风用管道以最能与FFU循环空气均匀混合的方式送到洁净室的送风静压箱内。

FFU布置在洁净室的吊顶上，与新风混合的循环风经FFU被高效过滤器过滤后送到洁净室内，以保证洁净室的洁净度。FFU的规格以1200mm×600mm和1200mm×1200mm居多，其断面风速应为≥0.45m/s，余压应≥120Pa，噪声应≤50dB(A)为好。FFU的风机风量应可调，高效过滤器应可更换。

干冷盘管一般由双排组成，为了减小阻力铝翅片间距≥3mm，阻力损失应为30~40Pa，循环风通过干盘管的面风速<2m/s，最好为1.5m/s。进入干盘管冷水的进水温度应高于洁净室露点温度2℃,通常称为中温冷冻水。虽然叫干盘管，但在起始运行时还可能有凝结水产生，因此干盘管还应有凝结水滴水盘和排水措施。

此方案中，洁净室的相对湿度由新风机组（MAU）来保证，洁净室的温度由干冷盘管来保证，洁净室的洁净度由FFU来保证。

这种MAU加FFU加DC的净化空调送风方案，目前在我国和外国的微电子（集成电路）工业、光电子（TFT-LCD、LCD、LED等）工业等大面积、高洁净度等级的洁净厂房中得以广泛应用，它具有调节方便，节能显著，适应工艺的更新换代，又大大地节省了非生产面积和非生产空间的优点。而且，随着洁净技术和洁净设备的不断发展和进步，FFU风机的效率不断提高，耗电量不断降低,整体价格不断下降，其初投资也与其他类型的送风方案基本持平，但运行费却大大节省。MAU加FFU加DC方案的原理图和焓湿图如下。

来源：洁净工程联盟

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