洁净空调设计概述(全文完整版)

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2012年07月24日  点击数:5721

洁净空调设计概述(全文完整版)

目    录


一、空调概念、相关名词解释以及单位换算

二、负荷计算

三、风管,水管,配电,自控等设计

四、设备选型
五、无尘室测试标准


一.  空调概念、相关名词解释以及单位换算。

1.空调

即空气调节;目的在于”使空气达到所要求的状态”,即在某一特定空间内,对空气温度、湿度、空气流动速度及清洁度进行人工调节,以满足人体舒适和工艺生产过程的要求。

2.名词解释

(1)热单位

热量之单位称之热单位。公制热单位为“kcal(kilo-calorie)”,即在标准气压下,1Kg之水温度升高1℃所需热量为1Kal(千卡)(1 Kal=1/860Kwh)。英美之热单位为“Btu(Britsh thermal unit)”,即在标准气压下lb之水,温度升高1ㄈ,所需热量为1Btu=0.252Kcal。国际单位(SI制)之热单位为“J(joule)”,1Kcal=4186J(焦耳)。

(2)热传递率

用来表示传热的程度。传热负荷之大小,依材料、墙壁之厚度而不同,加入隔热材之复合壁,传热程度更不同。其单位是Kcal/m2.h.℃,即内外温差1℃时,1 m2壁面,每小时通过之热量。

(3)显热

将热加诸物体上时。此热专用于使物体温度上升,而不用于使物体产生相位之变化者,称为显热。显热量与热加于物体前后之温差成正比,即显热量=物体重*比热*温度差。

(4)潜热

物体由固相变成液相或者由液相变成固相(反之亦同),作相位之变化时,必有热量之加入(或取出),以改变分子之结合状态。此加入或取出之热量,仅供物体物体作相位变化,而不使物体温度上升使,加入(或取出)之热量称为潜热。

(5)显热比

显热之变化量和焓变化量之比称之为显热比。

SHF=QS/(QS+QL)=室内显热负荷/(室内显热负荷+室内潜热符合)QS、QL显热、潜热之变化量(Kcal/h),当QS、QL为一定时不管风量之多少,SHF为常数。

(6)焓

湿空气之焓,是以0℃干空气(DA)之焓为基准值。(其焓值为0)。绝对湿度*(Kg Kg/Kg(DA)之湿空气,是1 Kg(DA)干空气之焓与*Kg水蒸气之焓之和。I=ia+iw*x又空气调节所使用之温度范围,可使用下述求出其近似值:

(7)显热负荷

为使室内温度保持一定,必须除去室内所取得热量,或补给损失热量。此种因温度上升下降而取得或除去之热量,称为显热负荷。

(8)潜热负荷

为使室内温度保持一定,必要时除去或补给水蒸气。此种因温度上升下降而取得或除去水蒸气量换算成热量时称之为潜热负荷。

(9)相对湿度

湿空气中所含水蒸气之分压与同温度下饱和蒸汽压之百分比称之为相对湿度。

(10)绝对湿度

湿空气中所含水分之量,与干燥空气量之重量比例称之为绝对湿度。即1Kg干燥空气中含有xKg之水蒸气时,其绝对湿度为x(Kg/Kg(DA))。

(11)空气线图

湿空气之状态可由干球温度、湿球温度、绝对湿度、相对湿度、焓来表示之。当压力一定时,可能由其中的2个状态值决定其它的状态值,故将任2个状态作变数取坐标轴时即可绘出绘出湿空气状态之线图,此线图称为湿空气线图。

(12)空调负荷

为保持室内空气在设定条件下,空气调节装置在单位时间内所必须除去或补充之热量,除去热量者称之为冷负荷,补充热量者称之为热负荷。

(13)冷冻能力

为冷冻设备单位时间内能够排除热量之能力。其单位有/kcal.h、W、Btu/h,或冷冻吨(RT)等。

(14)冷冻吨

用以表示冷冻能力之实用单位,冷冻吨为1吨0℃之纯冰在24小时内融化为0℃水所需之热量,但由于吨之公、英制等各有不同,固其所表示冷冻能力各有出入,而今在世面上多以英制表示。

a公制1RT=79.68kcal/kg*1000kg*1/24h=3320kcal/h

b.英制1RT=144BTU/lb*2000lb*1/24h=12000BTU/h

(15)结露

等于或低于空气露点温度之物体,置于空气中时,其表面结有水珠之现象。行暖气时,当玻璃表面温度低于室内空气之露点温度时就产生结露现象。

(16)比热

1kg某物质加热升高1℃时,所需之热量称之为该物质比热。对于气体而言有定压比热和定积比热。

3.单位换算。见表一

二.负荷计算

1.订定室内外设计条件

(1)一般空调

A.室外设计条件:依气象局之统订资料。

B.室内设计条件:依业主需求订定,业主未定则以77ㄈDB,50%RH为基准。

     (2)无尘室:无尘室空调以下列标准设计

 A.室外设计条件:同一般空调。

B.室内设计条件:温湿度及洁净室依业主需求制定。

2.分项负荷分析计算

(1)冷气负荷需计算下列诸参数

A.传导负荷

a.透过构造体之热负荷(显热).

b.透过玻璃面之热负荷(显热).

传导热负荷(Kcal/hr)=热体面积*热通过率*温度差

B.照明负荷(显热)

a.照度计算:

照度E=(灯具数*全光率*照明率*维护率)/面积

   照明率=按室指数选定

   维护率=视室内使用条件订定,一般为0.6—0.8

   光 束=参考灯具厂商资料

   照度依业主需求订立。

           b. 灯具热负荷(Kcal/hr)=灯具耗电量(KW)*860*1.25

C.人体热负荷(显热及潜热)

          人体热负荷=人体发生显热量+人体发生潜热量

人体之发生热(Kcal/hr)

作业状态

室温℃

28

27

26

24

21

适用场所

全热量

静座

剧场

80

40

41

44

36

48

32

52

28

59

21

轻作业

学校

91

41

50

44

47

48

43

55

36

62

29

事务所业

事务所

102

41

61

45

57

49

53

56

46

65

37

走动作业

银行

114

41

73

45

69

50

64

58

56

66

48

坐作业

餐厅

125

43

82

51

74

56

69

64

61

73

52

坐作工

轻作业

170

43

127

51

119

56

114

67

103

83

87

跳舞

舞厅

194

51

143

56

138

62

132

74

120

91

103

步行

重作业

227

61

166

69

158

75

152

87

140

104

123


D.器具负荷

(A)     设备发热量(Kcal/hr)=设备耗电量( kw)*使用率*860

(B)     冷却水散热量(Kcal/hr)=冷却水量(LPM)*60*(T0-T1)

(C)     热气散热(Kcal/hr)=排风量(CMH)*0.29*(T0-T1)

(D)     器具热负荷(Kcal/hr) =(A)-(B)-(C)

E.外气负荷

(A)     机台排气量Q1(CMH):依业主提供之数据

(B)     人员需求量Q2(CMH)=依ASHRAE标准计算

(C)     开门(Q3)及间隙(Q4)泄漏风量:按下列公式计算,或参考相关技术书籍提供之实验值

Q3(CMH)=T*N*A’*√(2g△p÷r)*M

Q4(CMH)=A” *√(2g△p÷r)*E*3600

T=时间(sec)               N=次数(次/Hr)

A‘=门面积(m2)             M=门数量

G=重力加速度(m/s2)         ΔP=室内正压(mmAq)

R=空气密度(kg/m3)          E=泄漏系数

A“=间隙面积(m2)          

(D)     总外气量:

a.当Q2>(Q1+Q3+Q4),则总外气量取ㄒQ2

b.当Q2<(Q1+Q3+Q4),则总外气量取ㄒQ1+ Q3+Q4

c.当业主提供之相关资料不足时,依实务经验以换气回数计算,并经上级主管认可。

(E)     外气热负荷=外气显热SH+外气潜热LH


F.室内显热

室内显热(Kcal/hr)=器具热负荷+灯具热负荷+人员显热负荷+传导热负荷

G.室内潜热

     室内潜热(Kcal/hr)=人员潜热负荷+其它

H.室内总热

     室内总热(Kcal/hr)=室内显热+室内潜热

I.室内显热比

室内显热比=室内显热÷室内总热

J.室内外总热

室内外总热(Kcal/hr)=室内总热+外气热负荷

K.送风量计算

(A)依室内负荷计算送风量Qs1(CMH)=室内显热÷[0.29*(TR-TS)] 

(B)依清净室等级参考下表换气次数计算

CLASS    换气次

数 次/时

1000                        40-80

10000     20-40

100000    15-20


(C)依清静度计算换气次数或送风量QS2(CMH):

a.乱流式:

N(次/H/r)=(60*ß*G*H)÷(2.5*K*V)

ß:所需要清净度换气系数

ß

乱流式

0.2

1000

0.6

5000

1.0

10000

2.0

50000

5.0

100000

                  G:室内发尘量(个/min)=106(个/ min)*人数+400*103(个/ min)*地板面积

                  H:天花板高度(M)

K:所需清净室之室内落尘量(个/M3)

V:清净室之体积(M3)

计算得换气次数N,须综合产业特性及工程经验加以调整,则送风量

QS2(CMH)=V*N

V:清净室之体积(M3)

N:换气次数(次/Hr)

  b.层流式:

  QS2(CMH)=A*V

V:流速(m/s),流速以0.25~0.5(m/s)为佳

A:清净室之面积(M2)


(D)比较QS1与QS2,取较大之送风量

L.预热负荷

预热负荷(Kcal/hr)=通过盘管风量(CMH)*0.29*(TR-TS)

M.加湿负荷

加湿负荷(kg/hr)=外气总风量(CMH)*1.2*(WR-WO)

公式:W=P*V*(d2-d1)*k

w=有效加湿量        kg/h

P-空气容重       1.2kg/m3

V-总风量         m3/h

d2-加湿后空气含湿量     kg/kg

d1-加湿前空气含湿量     kg/kg

K-可靠系数        1.2

三.风管、水管、配电、自控设计

1.风管设计

(1) 风管之设计,得先设定从送风机至与送风机相距最远点之送风   口(或回风口)间所连结而风管最合理之主风管路径,其次再合理的连结其它送风口(或回风口)之分岐风管路径。一般建筑空调、换气(排烟除外)之主风管,原则上采用低速风管。

(2)风管尺寸设计

A.等速法

B.等磨檫法

a送风机之全压未定时,依据推荐风速,求风管尺寸→推荐风速如下



风速

上限

商业性空调

5M/S~11M/S

12.5M/S

工厂性空调

6M/S~13M/S

25M/S

商业性空调

7M/S~9M/S

20M/S

工厂性空调

8M/S~11M/S

20M/S

b送风机全压定时,从送风机之全压减去机器之必要压力,以所得之残压求出风管系统之各部尺寸。见表二、三

C.静压再得法

D.速度递减法

2.水管设计

公制q(kcal/h)=60*Q(lpm)*△t(℃)

冰水侧:7℃进水,12℃回水

因为1RT=3024kcal/h=60*5*Q(lpm)

Q(lpm)=10.08即1RT=10lpm

英制:q(BTU/h)=500*Q(Gpm)*△t(ㄈ)

       进水45ㄈ出水55ㄈ

12000Btu/h=500*Q(Gpm)*10

1RT=2.4 Gpm

由英制1RT=2.4 Gpm,摩檫损失

G.I.P 管SIZE

2.4 GIP/RT(闭式系统)

3 GIP/RT(开式系统)

SIZE

USRT

GPM

SIZE

USRT

GPM

3/4"

2

4.8

3/4"

1

3

1"

3

7.2

1"

2?3

6?9

1-1/4"

4?7

8.6?16.8

1-1/4"

4?5

12?15

1-1/2"

8?11

19.2?26.1

1-1/2"

6?9

18?27

2"

12?22

28.2?52.8

2"

10?17

30?51

2-1/2"

23?40

55.2?96

2-1/2"

18?33

54?99

3"

41?63

98.4?151.2

3"

34?53

102?159

4"

64?125

153.6?300

4"

54?84

162?240

5"

126?230

302.4?552

5"

85?200

243?600

6"

231?375

554.4?900

6"

201?290

603?870

8"

376?666

902.4?1598

8"

291?540

873?1620

10"

667?1040

1600.8?2491

10"

541?800

1623?2400

12"

1041?1500

2498?3600

12"

801?1100

2403?3390

14"

1501?1800

3602?4320

14"

1101?1330

3393?3990

3.配电设计

A所有设备均使用380V/3φ/4W/220V/50HZ电源。

B每一台A/H空调箱需两处控制(主控制盘置于冰水主机房、副控制用隔离开关盘置于AH空调箱旁)。AH空调每一控制现场需有操作开关与ON、OFF指示灯。

C冰水主机盘、泵浦盘集中于冰水主机房,并需有电子式电压表、电流表显示及操作开关与ON、OFF指示灯。

D泵浦冷却水塔、AH空调电磁开关控制线路独立系统,以免任何一回路短路或断路影响其它电磁一关动作,控制线路需标示线号(需符合电工法规)。

E冷却水塔风扇主控制盘置于冷却水塔旁,主控制盘采用防水型,副控制接至冰水主机房。

F泵浦、马达使用15HP以上需用Y-Δ启动。

4.自控设计                             

                                              干扰f

干扰通道

A单回路闭环控制系统框图

                                           

被控对象

执行器

控制器

    QG                                                   QG


传感器



        DDC  (Direct Digital Control)

(直接数字控制器)

        TDS  (Total Distributecl system

集散型控制系统 (中央控制)

B过程输入信道

  AI:模拟量输入信道

     即把模拟量信号转换成数字信号再输入

  AO:模拟量输出信道

即把数字信号转换成模拟量信号再输出

DI:开关量输入信道

即直接输入开关量信号或数字量信号

DO:开关量输出信道

即直接输开关量信号或数字量信号

四、设备选型

 1.空调箱选择

A.风机选择(FAN)

由于风机型式太多,无法一一解说,以下仅依一般常用箱型多异离心式(前倾/后倾)风机表示。

静压

CFM*inch

马力数 

6356*Л(效率)

英制HP=


CMM*mmAq

静压

 

6120*Л(效率)

公制KW=


一般风机效率并不高,系数可取0.35~0.55间,可能最困难得知应是

B.静压mmAq之取得,依概算如下:

(1)风机本身机内有2~5 mmAq

可取3 mmAq

(2)机外就需依风管长度来求得

若风管依等摩擦法每1M有1Pa静压即0.102 mmAq,长度有100M,则100M*0.102 mmAq=10.2 mmAq

(3)分岐.弯管,缩管

每1只可取1.5~4 mmAq

若有5只而取2 mmAq,5*2=10 mmAq

(4)风口类

扩散型,格栅型若风速在2~3M/S,其静压力1~2.5 mmAq,取1.5 mmAq,喷流式风口或线型,若风速在4~8M/S,其静压3~8 mmAq。

(5)软管

每1M约有0.5 mmAq~1.5 mmAq,取0.8 mmAq,若有3M,则3*0.8=2.4 mmAq

由(1)+(2)+(3)+(4)+(5)得知(6)

3+10.2+10+1.5+2.4=27.1mmAq(6)

27.1*1.125=30.5mmAq可取得30 mmAq

B.加湿器选择    

(1)水电热加湿器

超纯水专用加湿器,可确保因为供水品质良好提高洁净室品质。(PID控制模式)

(2)交换式加湿器

加湿之后为蒸汽使加湿器内纯水沸腾而产生纯水之蒸汽。(比例式蒸汽来原控制阀控制加湿容量)

(3)高压喷雾加湿器(加湿泵)

等焓加湿方式,大量加湿时采用,具水洗功能。

(4)电极式加湿器

供应无菌无味之加湿蒸汽,采用可清洗式加湿筒,拆除方便零件小。排水不漏电,且自动污浊测定,给排水自动控制。

2、冷却塔选择

冰水机组之冷却塔  Hct=k1*Hrc 

Hrc:冰水机组之冷冻能力(Kcal/h) k1:冷却系数

3、冰水机组选择

设冰水机组之冷冻能力为Hrc(Kcal/hr)

Hrc= k1*qm

k1:安全系数(全空气系统=1.0,风管机系统=1.1)

qm:建筑物各时刻冷气负荷累计最大值(Kcal/hr)

4、水泵选择PUMP

取决于冷冻吨之水量大小,

1RT=2.4GPM(冰水量)=9.084LPM=10LPM

1RT=3GPM(冷却水量)=11.355LPM=12LPM

马力表之得知公式如下:

GPM*FT

 

3960*Л(效率) 取0.6~0.75

英制HP=


LPM*M


6120*Л(效率) 取0.6~0.75

公制KW=


    而杨程之计算照理应一一推算,但可能太耗时,下列依经验概算之。

     (1)管路取每M有0.05~0.08M之压损

假使最远端之设备行程有100M则压损有100M*0.06=6M(管路部份)

(2)冰水主机约有5~7M压损,取6M

(3)阀类约有4~6M压损,取4M

(4)小型冷风机有2~8M压损,取4M

由(1)+(2)+(3)+(4)得

       6M+6M+4M+4M=20M-(5)

       将(5)*1.1=20M*1.1=22M

五、无尘室测试基准

1、HEPA/ULPA滤网泄漏测试

1.1测试目的

为确保滤网泄漏之情形,故对无尘室内所有滤网作测漏程序。

1.2测试程序

    1.2.1使用滤网测漏专用胶带贴附滤网周围,将待测试滤网与大环境隔绝,以求准确之数据。

1.3测试仪器

 1.3.1PARTICLE COUNTER

 1.3.2侦测管直径38mm。

     11.33cm2( 方形砭)。

1.4注意事项

 1.4.1若测试出现异常数据,则需要重新测试以确认滤网是否泄漏

 1.4.2若重新测试后确认为滤网泄漏,需在图面上作标示,以利日后进行滤网修补工作.

1.5滤网修复

 1.5.1若破损情况在以下范围内则可进行修补。

(1)小于滤网全面积之3%或者说13 cm2。

(2)带状破损宽度小于38mm。

 1.5.2若破损情况超出其不意1.5.1之范围则需更换。

1.5.3进行滤网修补时需使用透明中性硅胶.

1.6纪录

    将PARTICLE COUNTER所测得之数据编列于附表一。

2.滤网风速测试

2.1测试目的

  确保无尘室内之滤网吹出风速符合规范。

2.2测试程序

2.2.1使用滤网测漏专用胶带贴附滤网周围,将待测试滤网与大环境隔绝,以求准确之数据。

2.2.2于滤网下想方设法15cm处用热线式风速计进行测试,每点测试时间约为5秒。

2.2.3风速计需以专用脚架支撑,以避免因测试者手臂这晃动所造成之误差。


2.2.4每个滤网取二个测试点。

2.3测试仪器

  热线式风速计。

  2.4注意事项

     风量则依所测得之风速以公式计算之。

        风量=平均风速*出风面积

  2.5纪录

     将风速计所测得之数据编列于附表一。

3.洁净度测试

3.1测试目的

        确保无尘室内之洁净度符合规范

   3.2测试程序

  3.2.1无尘室面积在15M2以下之场合时,取二个测试点。

3.2.2无尘室面积在15M2以上下100M2以下之场合时,取五个测试点。

3.2.3无尘室面积在100M2以上之场合时,将全部区域划分为数个3*3M2之单位,每单位各取一个测试点。

3.2.4将PARTICLE COUNTER之侦测管以专用脚架固定于距离地面1.2M~1.25M之高度(工作平台高度)进行测试。

3.2.5 PARTICLE COUNTER之测试风速为1CFM,每一点之测试时间为一分钟。

3.3测试仪器

   3.3.1 PARTICLE COUNTER

3.3.2侦测管直径38mm.。

     11.33cm2(方形管)。

3.4注意事项

    3.4.1 CLASS1000区域:每单位立方尽内,0.5µm微粒不超过1000颗,5µm微粒不超过7颗。

    3.4.2 CLASS100000区域:每单位立方尽内,0.5µm微粒不超过100000颗,5µm微粒不超过700颗。标准如下:

表示粒径(µm)以上粒径的每单位/FT3粒子数的上限值(个/FT3)

CLASS

测定粒径(µm)

0.1

0.2

0.3

0.5

5.0

1

35

7.5

3

1

NA

10

350

75

30

10

NA

100

NA

750

300

100

NA

1000

NA

NA

NA

1000

7

10000

NA

NA

NA

10000

70

1000000

NA

NA

NA

1000000

700

(注:NA无指定)

 3.5纪录

    将PARTICLE COUNTER所测得之数据编列于附表三。

4.温度与相对湿度检测

 4.1测试目的

确保无尘室内之温度与相对湿度符合规范。

4.2测试程序

4.2.1使用温湿度纪录器测试时需于选定之测试点进行24小时之连续测试。

4.3测试仪器

       温湿度纪录器

4.4注意事项

4.4.1 95%测试时间内之温湿度需符合规范要求。

4.4.2若因特殊情形(人员进出或环境变化等),所造成测试数据之剧列变化,需会同业主代表确认。

4.5纪录

以所测得之温湿度纪录纸作报告既可。

5.无尘室压差测试

5.1测试目的

确保空调箱提供之外气风量以使无尘室保持正压,藉以维持无尘室之清洁度,而不受外界影响。

5.2测试程序

5.2.1压差计之高压测量点为无尘室内,低压测量点为无尘室外(外气环境),藉以量测两区域间的压力差。

5.2.2压力计所连结之软管需保持畅通无破损。

5.2.3受测区域之出入口需确实关闭,以求数据准确。

5.3测试仪器

压差计

5.4注意事项

5.4.1室内正压状态需保持洁净度高区域>洁净度低区域。CLASS1000>CLASS100000>1.0mmAq(外气环境)。

5.4.2若所测正压异常,需检视无尘室内之隔间气密是否确实,若需修补则使用无尘室专用硅利康,避免一般硅利康所产生之PARTICLE影响无尘室之洁净度。

5.5纪录

会同业主代表确认正压无误,并照相存证。

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