新风空调箱的设计与控制

新风空调箱的设计与控制

陈儒娴1 齐文杰2

中国电子系统工程第二建设有限公司   江苏省   214000

摘  要：本文以广州某项目为例，介绍了新风空调箱（MAU，Make-up Air Unit）的设计计算过程和控制原理。

关键词：新风空调箱；设计计算；控制原理

0 引言

本半导体项目位于广东省广州市，占地面积约54689m2，其洁净区温湿度精度要求高，采用MAU+DCC+FFU的洁净空调系统，本文以此项目为例，分析MAU的设计及控制方式。

1 新风空调箱的设计方案

1.1新风空调箱的功能段介绍

根据下图1（MAU功能段示意图），主要功能段分别为初中高效过滤段、加热段、表冷段、湿膜加湿段、风机段、均流段、预留化学过滤段。

图1 MAU功能段示意图

1.2新风空调箱的选型计算

1.2.1风量与数量选型

MAU的新风量Lx应取以下两项中的最大值：室内排风量Lp和保持室内正压值所需新鲜空气量La之和；保证供给洁净室内每人新鲜空气量不小于40m3/h。[1]。正压风量La可根据中房间压差值对应的换气次数进行估算[2]：

其中，Lp—室内工艺设备UM表中的排气量，m3/h；La—正压风量，m3/h； r—洁净室内总人数，个；n—房间换气次数，次·h-1；V—房间体积，m3。

根据以上公式，计算可得新风量为212009m3/h。空调箱两用一备，其中一台故障检修时，备用空调箱开启使用，因此选用3台新风量为110000m3/h的新风空调箱。

1.2.2全压选型

MAU的风机全压P由空调箱内部压损Pn和机外余压∆P两部分组成，其中机外余压∆P为最不利管路的沿程阻力Py与局部阻力Pj之和，见下式（4）、（5）：

 其中，Pn—空调箱内部压损，即过滤、盘管、均流、加湿段等终阻力，Pa；Rm—单位长度风管摩擦阻力损失，Pa；L—风管总长度，m；K—整个系统局部阻力损失与摩擦阻力损失的比值，当弯头三通等构件较少时，K=1.0~2.0；较多时，K=3.0~5.0。

空调箱功能段压损共计1780Pa，而估算机外余压为800Pa，合计风机全压约为2580Pa。

1.2.3功能段选型计算

1.2.3.1空气处理状态点的确定

冬、夏、过渡季三个工况下空气处理过程焓湿图见下图2。室内状态点N已知（室内干球温度Tw=23.0℃，相对湿度φN=45%，含湿量dN=7.9g/kg，焓值H=43.4kg/kJ），洁净室温度精度要求较高，因此送风点O与N点重合。查阅室外空气计算参数[3]，可确定冬季室外状态点W2（Tw=0℃，φN=72%，dN=2.6g/kg）和夏季室外状态点W1（Tw=38.1℃，dN=19.7g/kg，H=89.0kg/kJ）。L1、L2点的φN均为95%，且L2焓值约为W1与L2点焓值的中间值，则可确定L1（Tw=21.0℃，dN=15.0g/kg，H=59.3kg/kJ）与L2（Tw=11.1℃，dN=7.9g/kg，H=31.0kg/kJ）。H点Tw=24.1℃，dN=2.6g/kg，H=31.0kg/kJ。

图3 焓湿图

1.2.3.2功能段处理能力的确定

功能段热量和冷量的计算采用不同的公式，加热的过程室外空气没有发生相变，因此采用显热公式；表冷是析出冷凝水的相变过程，因此选用全热公式；而加湿以含湿量的差值计算：

其中，Q—热量，kJ；c—空气比热容；m—风量，kg/s； ∆T—加热段进出风状态点温度的差值，K；∆H—表冷段进出风状态点焓值的差值，kJ/kg；G—加湿量，kg/s；∆d—加湿段进出风状态点含湿量的差值，kg/kg。

因此可计算各功能段的处理能力：预冷段表冷量1090 kW；再冷段表冷量1040 kW；预热段加热量890 kW；再热段加热量460 kW；加湿段加湿量700 kg/h。

2 MAU的控制原理

2.1温湿度控制

根据室外设置的温度传感器T0和相对湿度传感器H，计算室外新风的状态参数并进行综合逻辑判断，自动切换工况，从而实现全年的温湿度控制及节能。根据表三，设定L2点的露点温度Tdp为10.2℃，湿球温度Twb为10.7℃。

当室外新风露点≥10.2℃时，为夏季工况。预热段关闭，预冷、再冷及再热段开启，湿膜加湿段的电动阀和RO水供水电磁阀开启，系统处于制冷工况。其中，预冷段与再热段的气动调节阀分别由段后的温度传感器T1和送风静压箱中的温度传感器T2控制其开度。而室内湿度由再冷段后送风静压箱中的露点温度传感Td反馈控制，当Td高于设定温度时，再冷段气动调节阀开大，反之关小。

当室外新风露点<10.2℃，湿球温度<10.7℃时，为冬季工况。预冷、再冷段关闭，预热、再热、加湿段开启，系统处于制热工况。预热段与再热段的气动调节阀分别T1和T2调控。室内湿度由Td反馈控制，当Td高于设定温度时，加湿段的电动调节阀开度减小，反之增大。

当室外新风露点<10.2℃，湿球温度≥10.7℃时，为过渡季。预热段关闭，预冷段、再热段、加湿段开启。预冷段与再热段的气动调节阀由温度传感器T1和T2控制其开度。室内湿度由Td控制湿膜段电动调节阀的开度。

2.2正压控制

由于洁净室与室外的静压差应大于10Pa，不同等级洁净室之间的静压差应大于等于5Pa[4]，而洁净室的压差由MAU新风量调控，因此新风空调箱与工艺废气设备连锁，统一控制洁净室正压。排风量变化，室内的压差传感器改变，洁净室新风风阀的开度调整，房间新风送风量改变，从而维持室内压差稳定；此时MAU送风集管上的静压传感器发生变化，调整风机的运转频率，从而调控MAU新风量。

3 总结

本文从风量压头、状态点、盘管能力等方面介绍新风空调箱的设计计算并分析其控制原理，为类似项目新风空调箱的选型计算提供思路，但各个项目要求和限制因素均有所不同，应全方位考虑周全，选用合理经济、便于调试的空调设备。

参考文献

[1]GB50073-2013,洁净厂房设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013.

[2]陈霖新.洁净厂房的设计与施工[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]GB50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]GB50472-2008,电子工业洁净厂房设计规范[S].北京：中国计划出版社，2008.