净化空调MAU_FFU_DC系统设计探讨_一_

1、2009年12月洁净与空调技术CC&AC第4期净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨（一）*电子第十一设计院爱迪公司 黄贵松摘要对目前洁净空调 MAU+FFU+DC 系统中FFU静压箱的相对压力进行了分析讨论。并通过理论计算，提 出了合理的设计参考值。由此得出了类似系统中干盘管风压阻力的合理设计值。关键词 MAU+FFU+DC ;静压箱；压力；风压阻力；干盘管The Discussi on on Desig n of MAU+FFU+DC SystemHuang Guis ongAbstract The relative pressure designed in the existing F

2、FU plenum of a MAU+FFU+DC clean air conditioning system was an alysized. The refere nee value by theoretical calculati on for reas on able desig n was provided. From which, the reas on- able design value for dry coil airflow pressure resistance in similar system was obtained.Keywords MAU+FFU+DC; Ple

3、 num pressure; Airflow pressure resista nce; Dry coil0引言MAU + FFU+ DC 系统即是组合式新风机组（Make-up Air Unit） + 风机过滤器单元（Fan Filter Un it）+干盘管（Dry coil ）系统。最常见的 形式如图1所示。由于其具有温度分区域控制、布局灵活、FFU负压密封、节约回风输送能等特点，十分适合电 子厂房热湿比大（热负荷极大、而散热量小）、回风 量大、大面积净化的特点，因而广泛应用在电子洁 净厂房设计中。在实际设计、工程安装过程中，笔 者接触这类系统也不少，发现目前很多类似项目在*黄贵松，男，

4、1 9 8 2年9月生，本科，助理工程师 610023,成都市双林路251号，电子第十一设计院爱迪公-mail: 收稿日期：2009-3-23设计工程中缺乏明确的依据、数据作为参考（规范 没有详细的规定及要求），甚至很多项目存在设计与 规范有抵触的现象。因此，有必要对一些问题做进 一步探讨。1FFU静压箱内压力问题1.1负压形成的主要因素FFU上部静压箱相对于室内为负压，可起到负 压密封的作用。这也是FFU系统的一个公认的优点。当然在 MAU+FFU+DC 亦是如此。但是，一般工程项目中FFU静压箱相对于室外 亦是负压（为此笔者曾做过测试）。特别是 MAU+FFU+D

5、C系统中FFU静压箱内，由于回风经 过干盘管，存在较大风压损失（有资料或者普遍认 为30 Pa 50 Pa 1 ，第2节将做具体分析）；在保 证室内一定正压值的情况下（如按照规范洁净区与 非洁净区不小于10 Pa）势必造成FFU静压箱内相 对于室外成负压。例如：若洁净室内保证+10 Pa （相对室外非洁净区），回风孔板和回风夹道风压损失 5 Pa，若干盘管风压损失为 40 Pa，则可知静压箱 内压力为-35 Pa （相对室外非洁净区）。因此，我们可得到一个结论，同时也有一个 问题。第一，造成静压箱内负压的主要原因是干盘 管的风压损失（回风夹道和孔板阻力损失相对小得 多）。第二，静压箱内（相对室

6、外非洁净区）负压是 第4期净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨（一）.53 .否合理？1.2对静压箱内负压的讨论FFU上部静压箱相对于室内为负压，可起到负 压密封的作用，这对保证洁净区内的洁净度无疑是 起积极作用的。但是相对于室外非洁净区（一般是 技术夹层）为负压，必然导致室外空气直接泄漏到 静压箱内，影响FFU过滤器使用寿命，这无疑是有 害的或者叫做不利因素。这种情况，其实就相当于将 FFU置于负压段 （相对室外非洁净区）。这与 GB 50073-2001洁 净厂房设计规范条款有所冲突。其一，第6.4.1条规定中效（高中效）空气 过滤器宜集中设置在空调系统的正压段，其原因是 因为考虑到负

7、压段易漏气（见条文说明）；何况 FFU 内一般都是高效或者超高效过滤器。其二， MAU+FFU+DC系统新风，都是经过高效过滤器过 滤后与洁净回风在静压箱内混合，说明静压箱内仍 然是洁净区，至少是准洁净区（这个可以通过计算 可知）。第6.2.2要求，不同等级的洁净室以及洁净 区与非洁净区之间的压差，应不小于5 Pa,洁净区与室外的压差，应不小于 10 Pa。在工程设计中，必须从经济性（包括造价与 运行）、先进性（技术方面）、节能等多方面加以综 合比较，才能得出合理与否。不能单纯从某一方面 去看，大多数设计工程设计中规范在选择技术手段、 确定某个参数的时候都是遵循这个原则的，因此， FFU静压箱

8、内相对于室外成一定的负压具有合理的 （见下面具体的计算分析），这也与工程设计指导思 想是一致的。问题关键是如何确定这个负压值？我 们暂且称为经济值，这个值的合理性、经济性才是 我们最关心的。下面先举一个具体的例子。某项目采用 MAU+FFU+DC系统，其中一个房间的参数如表1所列，房间空调设备布局如图2所示。很明显如果遵照规范，FFU上部静压箱相对于 室外不能为负压，而且还应该保证应不小于10 Pa的正压。假定洁净室内为1 5 Pa （相对室外非洁净区），反推一下，要保证静压箱内为10 Pa （相对室外），则回风干盘管、回风夹道、地格栅风压损失之 和必须小于等于5 Pa。若先不考虑回风夹道及地

9、格 栅损失，仅以干盘管阻力损失为5 Pa计算（计算方法见本文第 2节），得出迎面风速约为 0.34 kg/（m2.s），按此风速，从新选择干盘管，则至少 需要13台相同型号的干盘管，是原设计的3倍多。而 要保证如此小的压力损失，地格栅（回风有效） 面积、回风夹道面积也必然大大增加。从上例看出，如果依照规范保持静压箱内正 压，这种情况必然会造成初投资极大增加，净化面 积减少（回风夹道增加），使得 MAU+FFU+DC 系 统造价更加昂贵，也不利于MAU+FFU+DC 系统的推广使用，因此这是十分不合理的。规范第6.4.1条规定条文说明，因为考虑到负 压段易漏气，影响过滤器使用寿命。一般国内洁净

10、室空调系统设计中，以初、中、高效过滤器配置的 系统，使用寿命也仅在13年2。因此，如果所漏入静压内风量，使 FFU过滤器使用寿命能在正常 设计寿命范围内，笔者认为这个泄漏风量就是可以 接受的。在1.3节将具体做详细计算分析。既然如此，笔者认为，此处压差值的设定可 不执行规范规定；或者说规范应根据不同系统 形式，在此做出调整或更为详细合理的规定。这里还必须说明，上述例子，在不增加DC数量的情况下，通过提高室内的压力设定值，依然可 以保证FFU静压箱内相对室外为正压值。例如，若 洁净室内保证 +45 Pa （相对室外非洁净区），回 风孔板和回风夹道风压损失5 Pa，若干盘管风压损失为30 Pa，则

11、可知静压箱内压力为 +10 Pa （相对室 外非洁净区）。但是，这样一来有3个问题：第一，这样必然使得新风量大大增加，新风表冷量和输送能都要 增加。显然MAU+FFU+DC 系统失去了其优点之 一。第二，洁净室压差过大也影响到门的开启，一 般设置为小于 50 Pa。第三，若一个净化区域存在 几个不同等级洁净区，按照上述，最低级别相对非 洁净区压差就应该保持在 +45 Pa，则其它高级别区 域则应该按照规范以 5 Pa的梯度往上递增。显然这 使得第一、二条的问题更加严重。因此，笔者在以下计算分析中，暂未从提高 洁净室相对压差考虑干盘管风阻的设置问题。实际 工程中也没有遇见这种做法，但是，这可以作

12、为一 个保留手段，值得广大设计人员去思考。1.3 合理性、经济性值根据上面的思想，下面我们从理论上试计算FFU静压箱在不同压力时 FFU的理论使用寿命。FFU使用寿命，即是 FFU内高效过滤器使用 第4期净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨（一）.53 .寿命，可以采用如下公式计算3 :(1 )式中：T为过滤器使用寿命，d; P为过滤器容尘， 量g ； N1为过滤器前空气的含尘浓度，mg/m3 ; Q为过滤器的风量，m3/h ； t为过滤器一天的工作时 间，h ； n为计算过滤器的计重效率。其中：N = M( 1-S)( 1- n +N S( 1- n r)(2)式中：M为大气含尘浓度，m

13、g/m3; S为循环风比 例；N为回风浓度，对于浓度最高的10万级洁净r室，也不会超过 0.001 mg/m 30.01 mg/m3； n为 过滤器前的新风通路上的过滤器计重效率； n为过r 滤器前的回风通路上的过滤器计重效率。对于不同的系统，n和n是不同的，N也 nrN1不同。对于MAU+FFU+DC 系统而言(典型形式如 图1所示)，过滤器前空气的含尘浓度应包括3个部分：一是由回风带入部分，二是由新风带入部分，三是由于FFU静压箱相对于室外为负压，外界空 气直 接漏入部分。因此，可以表达为：N = M (1-S)( 1- n ) +N S(1- n )+ MS (3)1nrr丨根据S的定义

14、，我们可以把 Sl叫做漏风比例； 漏风占总风量的比值。由于MAU+FFU+DC系统新风通路上装有高效过滤器，一般对于高效过滤器可认为n 1，因此n n = 1，式(3 )可以写成：N = N S (1- n ) + MS(4)1 rrl(4)式即MAU+FFU+DC 系统，FFU静压箱 内空气的含尘浓度计算式。FFU静压箱漏风量的计算，一般有换气次数法 和缝隙法两种计算方法 4。采用缝隙法计算渗透风 量，既考虑了洁净室维护结构的气密性，又考虑了 室内维持不同压差值所需要的正压风量，因而比较 准确可靠。其次，FFU静压箱一般都是由保准宽度 净化彩钢板构成，其缝隙长度可以比较准确的计算 出。因此，

15、可以采用缝隙法计算FFU静压箱漏风量。4对于不同压差及不同材料缝隙的漏风量给出了实验值，可按照表 2选取4 。下面仍然以图2所示房间为例，计算FFU静压 箱不同负压值情况下，FFU过滤器使用寿命。FFU静压箱缝隙长度的计算。注意，这里 缝隙长度只能计算静压箱与非洁净区直接接触的部 分，不包括与洁净室直接接触部分。如图2，其静压箱顶板采用彩钢板为：宽1.150 m,长度为3 m。顶板竖向接缝为12条，每条长度6.2 m,横向接缝7条，每条长度为32.6 m，则静压箱顶面接缝 长度为302. 6 m。静压箱高度为 2 m，同样采用1.15 m宽彩钢板，其接缝长度为204 m。静压箱接缝总长 506

16、.6 m。表1房间参数表房间K制1她屈间迄凤回凤皺别(tn(m)(m)(m)(CMH)(CMH) (CMH)暫浮问JS反221212000120010800注：表中风量暂未考虑房间及静压箱漏风量。表2不同压差下单位长度漏风量斥差Fa漏凤战(壁板 trrVh-in50.3100 6150.K201251230,4351.5401.7451.9502一般洁净室所采用彩钢板宽度均为 1.15 m,受 强度影响，每块板子一般也不超过 4m,因此本例 计算结果具有普遍性，其数据可作为参考。FFU静压箱漏风量的计算。由表 2及节所 得出接缝长度，计算结果见表3。图2房间设备布置平面图 FFU过滤器使用寿命

17、计算。新风(室外大气)计重浓度一般取值M = 0.3 mg/m3, N取0.005m g / m 3 3 ，由公式(1 )及(4 )可计算：其结 果如表4所列。 结果分析。由表 4计算结果可以看出，当FFU静压箱负压值大于等于20 Pa时，FFU过滤器使用寿命已经不足 2年，因此，单从 FFU使用寿 命看，笔者认为静压箱负压值最好控制在小于等于20 Pa范围内。当负压值在这个范围内时，可认为 FFU使用寿命理论上能达到正常值(一般国内洁净 室空调系统设计中，以初、中、高效过滤器配置的 .54 .洁净与空调技术CC&AC2009 年系统，使用寿命也仅在13年)，因此笔者认为这时的负压值是合理的。

18、第4期净化空调MAU+FFU+DC系统设计探讨(一).55 .2 干盘管选择由1.1已知道，干盘管是造成 FFU静压箱负压 (相对室外非洁净区)的主要因素，而负压值大小 决定了 FFU过滤器使用寿命及干盘管面积大小。 通过上述分析，FFU静压箱负压值需控制在小于 等于20 Pa范围内。此时在保证FFU过滤器使用寿命 下，干盘管面积最小(即投资最少)。空气流动阻力与表面式空气加热器的型式、结 构和空气质量流速等因素有关，通常由实验确定其 经验公式5 。表3不同压差情况下漏风量曲漏凤屋(垂板縫塚怅虑m5151.98100.6观6303.96150.K506.64U5.2M201506.625L25

19、0e.6607.92301.4506-67W.24551.55W.6759.940L7506.6RAL2245:知枱启942.545025.610132表4 不同压差情况下 FFU过滤器使用寿命式中：C、y分别为与表面式空气加热器结构有关 的实验数据；v p为管外空气质量流速kg/(m2.s)；Vp =G/f; G为空气质量流量kg/s； F为表面式空气 加热器通风的有效面积，m 2。国产部分表面式空气加热器的阻力计算公式可5由参考文献表3.1-7计算。以B型或u- n表冷为例，干工况时空气压力 损失计算为：|Ap 二 20.9巩E( 6 )若洁净室内为 10 Pa (相对室外非洁净区)， 使

20、FFU静压箱负压值控制在小于等于20 Pa，则干盘管空气阻力损失应小于等于30 Pa。由式(6 )反算可得到干盘管最大允许流速为：0.97 kg/ ( m2.s)。仍以此流速为1.2例子计算选 择干盘管，仅需要 6台同型号的干盘管(即只比原 来多2台)。从增加投资来看，远远小于1.2计算结果，因此是合理的。在保证FFU过滤器正常使用寿命前提下，干盘管风速控制在0.97 kg/(m2.s)附近是经济、合理的。因而，值得引起注意的是：一般认为，在空 调工程设计中，空气的质量流速通常取为6 10kg/(m 2 .s) 5 。通过上述分析计算，此值不能用于 MAU+FFU+DC 系统干盘管的选型计算。3 结论(1 )在 MAU+FFU+DC 系统中，造成 FFU静 压箱内负压(相对于非洁净区大气)的主要原因是 干盘管的风压损失。在设计过程中，合理确定FFU静压箱相对压力值，影响到FFU过滤器寿命及系统造价。(2) 本文通过计算分析，FFU静压箱负压值控制在小于等于 20 Pa范围内，可在