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凈化車間系統(tǒng)新風處理與節(jié)能問題的探究
在潔凈車間中，凈化空調(diào)系統(tǒng)起到至關重要的作用，是車間生產(chǎn)環(huán)境的締造者，扮演著生產(chǎn)環(huán)境控制的重要角色。新風處理是凈化空調(diào)系統(tǒng)運作的一個基礎環(huán)節(jié)，然而新風系統(tǒng)中的含塵量占據(jù)了凈化空調(diào)系統(tǒng)除塵負荷的90%左右。由此，新風處理和控制是潔凈室的潔凈度的前提，也是潔凈度控制的關鍵一步。潔凈室是能耗大戶，凈化空調(diào)系統(tǒng)的能耗不可忽視，而新風負荷是凈化空調(diào)系統(tǒng)的重要負荷之一，合理地實行節(jié)能措施勢在必行。余熱回收在實際工程中的運用已較為普遍，也不失為一種合理而積*的節(jié)能措施。
1 凈化空調(diào)系統(tǒng)新風處理的必要性
1.1 新風處理在凈化空調(diào)系統(tǒng)運行過程中是一個重要環(huán)節(jié)。一方面，新風用于滿足潔凈室生產(chǎn)人員的衛(wèi)生要求，新風量不足將直接導致潔凈區(qū)空氣品質(zhì)的下降。另一方面，新風關系著系統(tǒng)的風量平衡和穩(wěn)定運行。潔凈室的排風、系統(tǒng)的漏風以及維持潔凈區(qū)的正壓水平的風量都需要新風進行補給。然而，只有經(jīng)過合理凈化，新風中含塵量下降至一定范圍才能進入凈化空調(diào)系統(tǒng)，這是滿足潔凈室潔凈度的必要要求。
1.2 新風的含塵量和潔凈室空氣懸浮粒子標準的對比，有文獻列出了大氣塵的粒子分布，見表1 室外新風所含微粒的粒徑分布。
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地區(qū)分類
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粒子數(shù)目（粒/L）
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≥0.5 μm
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≥1.0 μm
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≥2.0 μm
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≥5.0 μm
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工業(yè)城市內(nèi)
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3*103
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6.57*104
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1.44*104
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1.94*104
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工業(yè)城市郊區(qū)
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2*103
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4.38*104
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9.61*104
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1.29*104
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非工業(yè)區(qū)或農(nóng)村
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1*103
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2.19*104
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4.80*104
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6.46*104
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相關規(guī)范列出了新的潔凈度等級分級方法，見2。
表2 各級別空氣懸浮粒子的標準規(guī)定
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潔凈度級別
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懸浮粒子*大允許數(shù)/m3
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靜態(tài)
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動態(tài)
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≥0.5 μm
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≥5.0 μm
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備注
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≥0.5 μm
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≥5.0 μm
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備注
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A級
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3520（ISO5）
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20(ISO4.8)
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傳統(tǒng)百級
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3520（ISO5）
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20(ISO4.8)
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傳統(tǒng)百級
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B級
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3520
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29
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傳統(tǒng)百級，ISO5
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3520
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29
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傳統(tǒng)百級，ISO5
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C級
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352000
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2900
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傳統(tǒng)萬級，ISO7
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352000
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2900
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傳統(tǒng)萬級，ISO7
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D級
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3520000
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29000
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傳統(tǒng)十萬級，ISO8
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不作規(guī)定
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不作規(guī)定
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不做規(guī)定
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以上兩表定性地對比了凈化空調(diào)系統(tǒng)的新風除塵負荷。如要達到要求的潔凈度等級，一部分的除塵要求在新風處理過程中完成，而另一部分的除塵要求則在凈化空調(diào)系統(tǒng)中組合式空調(diào)器、末端過濾器等其他環(huán)節(jié)完成。下文將對新風處理的必要性進行進一步的闡述。
1.3 凈化與普通空調(diào)相比，凈化空調(diào)系統(tǒng)的新風含塵量對室內(nèi)環(huán)境的影響是更大的，有研究指出，凈化空調(diào)系統(tǒng)中的塵源90%來自新風。另外，新風含塵濃度高，處理不得當，會降低表冷器的傳熱系數(shù)，降低**空氣過濾器的壽命。所以，必須對新風進行特殊的處理，以保障凈化空調(diào)系統(tǒng)安全有效的運行。值得提出的是，對新風進行多級過濾處理是很有必要的。
對于新風采用何種處理方式是工程應用十分關心的課題。相關研究指出，新風含塵濃度處理至與回風含塵濃度相同或相近是合理的。這樣的做法可有效延長**過濾器的使用壽命。對于生物制藥廠房，應因地制宜選擇粗效、中效兩級過濾。筆者認為，對于新風集中處理機組或新回風循環(huán)機組，機組宜選擇相對應除塵的粗、中效、中效三級（G4+F7+F9）過濾。
2 新風處理與節(jié)能措施
凈化空調(diào)系統(tǒng)的能耗量是不可忽視的，與普通空調(diào)相比，其能耗量是普通空調(diào)的10～30 倍[4]。由于很多制藥車間有排風的要求，而潔凈區(qū)有保持與外界壓力梯度的需求，所以凈化空調(diào)系統(tǒng)具有風量大、新風量大的特點。另外，經(jīng)過熱濕處理和凈化處理的新風幾乎是不可回收的。在凈化空調(diào)系統(tǒng)運行過程中，新風負荷是重要負荷之一，占潔凈室制冷負荷的20%～70% [5]。
在滿足補充排風、維持壓差的前提下，控制新風過多地引入系統(tǒng)是合理的節(jié)能思路，但值得提出的是，有些潔凈室人員密度小，尤其在全室空氣凈化排風需求不大的場合，單位面積新風量供給不足，空氣品質(zhì)下降容易造成工作人員頭暈等，嚴重時甚至發(fā)生工作人員暈倒的現(xiàn)象。所以，節(jié)能的前提是保證潔凈室達標的空氣品質(zhì)，務必保證工作人員需求的新風量，人均40 m3/h 是較合理的下限值。
在凈化空調(diào)系統(tǒng)中，減少新風量或減少排風量都是較為被動的節(jié)能措施，而新排風熱交換措施是降低新風處理能耗的一個更為積*的節(jié)能思路和方法。
目前市場上的能量回收設備有兩類：一類是顯熱回收型，一類是全熱回收型。顯熱回收裝置有中間熱媒式換熱器、板式顯熱換熱器、熱管式換熱器。全熱回收裝置有轉輪式換熱器、板翅式換熱器、熱泵式換熱器。僅從回收熱量的能力來說，全熱交換器**顯熱交換器。但有些生物潔凈室排風含有有害氣體，污染較嚴重，不適合使用全熱交換器，宜使用中間熱媒式換熱器。
下文介紹兩種工程中常用的顯熱換熱器，即板式顯熱換熱器和中間熱媒換熱器。
2.1 板式顯熱換熱器板式換熱器是由具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種**換熱器。板式顯熱換熱器具有結構簡單，不消耗動力，無溫差損失，設備費用較低等優(yōu)點。但一般來說，顯熱換熱器設備占用空間大，靈活性相對差些。
板式顯熱換熱器應用于空調(diào)余熱回收系統(tǒng)，經(jīng)濟性是較為明顯的。有文獻[6]指出：這種換熱器在氣流速度為3.5 m/s 時傳熱系數(shù)可達到25 W/(m2·K)，壓降在25 Pa 左右，換熱效率為60%～65%。
2.2 中間熱媒式熱交換器是采用普通盤管式換熱器，利用水泵使水作為介質(zhì)在兩個換熱器內(nèi)循環(huán)，將排風中的熱量（冷量）傳遞給新風，從而實現(xiàn)熱能回收。中間熱媒通常采用水，為了降低水的冰點，通常在水中加入一定比例的乙二醇。其優(yōu)點是新風與排風位置可以不在一處，新風與排風不會產(chǎn)生交叉污染，而且換熱器和水泵在市場上很容易購買，對于全新風系統(tǒng)，將換熱器盤管安裝在空調(diào)處理機組和排風機組內(nèi)，實現(xiàn)熱能回收。如果使用恰當?shù)谋P管排數(shù)，其顯熱回收率可達到40~60%，其缺點是只能回收顯熱，當增加盤管排數(shù)，回收效率有所增加，但同時被水泵和風機耗電量的增大所抵消。
新風處理是凈化空調(diào)系統(tǒng)運行中的一個重要環(huán)節(jié)，應重視新風處理的效果。采取合理的新風處理措施對保護**空氣過濾器以及保障凈化空調(diào)系統(tǒng)的良好運行具有重要意義。新風量的調(diào)節(jié)關乎潔凈室壓差控制的安全性和有效性，壓差變送器控制是一種較直接的控制方式，可按照具體工程特點選取不同的壓差控制方案和策略。另外，在進行新建藥廠、改造項目過程中，采用新風排風熱交換能量回收方案將獲得較好的節(jié)能效果和經(jīng)濟收益。
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