徐方 張俊

(上海新晃空調(diào)設(shè)備股份有限公司，上海 200437)

2009年開始，國家提出大力發(fā)展高世代面板生產(chǎn)線。北京京東方8代線項(xiàng)目是我國首條第8代TFT-LCD生產(chǎn)線，該項(xiàng)目總占地面積約37 000 m2，玻璃基板2 200 mm×2 500 mm，主要生產(chǎn)從26″W到55″W液晶電視用顯示屏。新風(fēng)處理機(jī)組是整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中很重要的一部分，因?yàn)樗鼘⑿嘛L(fēng)直接處理到合適的溫濕度后送入所使用的房間，承擔(dān)了處理新風(fēng)的熱負(fù)荷及濕負(fù)荷的重任。下面就北京京東方8代項(xiàng)目新風(fēng)處理機(jī)組(MAU)的具體設(shè)計(jì)，談一下設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)及體會(huì)。

1 空氣處理流程

1)夏季空氣處理流程。夏季空氣處理流程是通過二級表冷器將空氣處理到絕對含濕量略低于房間值的狀態(tài)后直接送風(fēng)，空氣處理流程及其對應(yīng)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見圖1，表1。

表1 夏季空氣狀態(tài)點(diǎn)

一級表冷器進(jìn)出水是14℃/21℃的中溫水，這降低了冷凍水主機(jī)的能耗。兩級表冷器的水溫差都是7℃，水溫差大，水流量減小，這進(jìn)一步減小了水泵的功率及輸送管道的管徑。針對大溫差表冷器，在選型設(shè)計(jì)時(shí)要注意選用合理的水流程，以保證表冷器內(nèi)合理的水流速，建議水流速在1 m/s～2 m/s之間。過低的水流速一方面會(huì)影響盤管的整體換熱系數(shù)，另一方面易引起空調(diào)系統(tǒng)水力失衡，而且長期運(yùn)行會(huì)加大水管內(nèi)表面的污垢;而過高的水流速一方面會(huì)增加水阻力，另一方面會(huì)產(chǎn)生“氣蝕”問題，加速銅管的磨損，影響盤管的使用壽命。本項(xiàng)目中一級表冷器采用了雙流程，二級表冷器采用了單流程，水流速在1 m/s～1.2 m/s之間，都在合理的范圍內(nèi)?？紤]到盤管使用數(shù)年后，水管表面會(huì)有污垢，在盤管選型計(jì)算時(shí)留有不少于5%的余量。

2)冬季空氣處理流程圖。冬季的空氣處理是通過3個(gè)加熱盤管加上水洗室來完成的。北京冬季溫度較低，所以設(shè)置預(yù)熱盤管進(jìn)行防凍處理。一級加熱后的空氣進(jìn)入水洗室加濕、除塵，然后經(jīng)過再熱盤管升溫處理后送入室內(nèi)?？諝馓幚砹鞒碳捌鋵?yīng)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見圖2，表2。加熱盤管設(shè)計(jì)時(shí)，主要還是注意水流速的控制，特別是預(yù)加熱盤管，過低的水流速容易使盤管下方的銅管凍裂。相對加熱盤管來講水洗室的空氣變化過程比較復(fù)雜，就本項(xiàng)目而言空氣經(jīng)歷了一個(gè)增焓加濕的過程，下面以60000CMH機(jī)組為例談一下水洗室的設(shè)計(jì)。

表2 冬季空氣狀態(tài)點(diǎn)

2 水洗室

水洗室的設(shè)計(jì)要求:新風(fēng)量60000CMH，有效加濕量650 kg/h，熱水熱源:36℃/26℃，加濕的飽和效率不小于95%，SO2，H2S，NH3去除效率不小于75%。

2.1 水洗室熱工計(jì)算

1)設(shè)計(jì)熱工計(jì)算。需處理的空氣量G=72 000 kg/h;當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)為:101 325 Pa;潔凈室所需溫濕度條件為:23℃，55%RH;潔凈室內(nèi)空氣的絕對含濕量為:9.7 g/kg;通過焓濕圖可查得:離開水洗段的空氣條件為:14.3℃，95%RH;故需要處理的空氣的終參數(shù)為:T2=14.3 ℃，Twb2=13.99 ℃，H2=38.778 kJ/kg;設(shè)水的初溫為:Tw1=30℃;水換熱后的終溫為:Tw2=21℃;再考慮由于板換而導(dǎo)致熱水加熱盤管進(jìn)水溫度不能滿足設(shè)計(jì)要求的最不利工況，設(shè)加熱后進(jìn)入水洗段的空氣干球溫度為:19.5℃，而新風(fēng)絕對含濕量為:0.6 g/kg;故需要處理的空氣的初參數(shù)為:T1=19.5 ℃，Twb1=6.35 ℃，H1=21.207 kJ/kg。

從文獻(xiàn)［1］可知，熱交換效率系數(shù):

其中，Tw1為水的初溫;Tw2為水的終溫;Twb1為空氣初狀態(tài)濕球溫度;Twb2為空氣終狀態(tài)濕球溫度。

將數(shù)據(jù)代入式(1)中，計(jì)算出熱交換效率系數(shù):

接觸系數(shù):

其中，T1為空氣初狀態(tài)干球溫度;T2為空氣終狀態(tài)干球溫度。

將數(shù)據(jù)代入式(2)中，計(jì)算出接觸系數(shù):E2=97.64%。

熱交換總量:

其中，G為空氣質(zhì)量流量，kg/h;H1為空氣初狀態(tài)焓值，kJ/kg;H2為空氣終狀態(tài)焓值，kJ/kg。

將數(shù)據(jù)代入式(3)中，計(jì)算出熱交換總量:

由能量平衡方程:

可得:

其中，μ為水汽質(zhì)量比;c為水的比熱，在常溫下為4.19 kJ/kg。將數(shù)據(jù)代入式(5)中，計(jì)算出水汽質(zhì)量比:

2)設(shè)計(jì)校核計(jì)算。參考水洗室結(jié)構(gòu)雙排逆噴實(shí)驗(yàn)公式:熱交換效率系數(shù):

其中，A，m，n分別為實(shí)驗(yàn)得出的系數(shù)和指數(shù)，分別取0.745，0.07，0.265;vρ為空氣質(zhì)量流速，取 3 kg/(m2·s)。

將數(shù)據(jù)代入式(6)中，求得:μ =0.6。

說明選擇水換熱后的終溫設(shè)計(jì)偏低，需校正。水的終溫調(diào)整為:Tw2=22.5 ℃。

此時(shí)水汽質(zhì)量比:μ =0.559。

熱交換效率系數(shù):E1=68.5%。

基于傳統(tǒng)噴嘴的接觸系數(shù):

其中，A'，m'，n'均為實(shí)驗(yàn)得出的系數(shù)和指數(shù)，分別取 0.84，0.05，0.21。

將數(shù)據(jù)代入式(6)中，求得:

說明系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)空氣與水的接觸系數(shù)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)噴嘴，這需要通過噴嘴的選擇、噴霧顆粒的大小、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方法來實(shí)現(xiàn)。

2.2 水洗室噴嘴選擇及相關(guān)設(shè)計(jì)

1)噴嘴選擇。噴嘴為不銹鋼自凈式中空防堵型。根據(jù)加濕飽和效率及洗滌物質(zhì)之直徑為0.001 μm～0.1 μm不等，設(shè)置前排噴嘴和后排噴嘴之用途稍不相同。前排噴嘴以細(xì)化水顆粒為主要目標(biāo)，后排噴嘴以補(bǔ)充接觸和取代撞擊為主要目標(biāo)。綜合考慮噴嘴霧化效果和雜質(zhì)堵塞等因素，噴嘴選擇口徑為3.5 mm，噴霧粒徑為150 μm～300 μm。2)噴嘴布置。水洗室采用雙排逆噴的結(jié)構(gòu)，單排噴嘴分布時(shí)應(yīng)采用交叉錯(cuò)位排列，以確保水霧與空氣的充分接觸而無旁通，雙排間距應(yīng)不小于600 mm，噴嘴密度為10個(gè)/(m2·排)。3)集水管布置。通常循環(huán)管路根據(jù)集水管的位置分為上分管、中分管和下分管。實(shí)驗(yàn)證明，上分管和中分管形式系統(tǒng)各噴嘴噴霧壓力較均勻。加之此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)管路中需配置水熱交換器，需要足夠的空間予以裝配，故12萬風(fēng)量和10萬風(fēng)量機(jī)組集水管設(shè)計(jì)成中分管，其余機(jī)組集水管設(shè)計(jì)成上分管。4)填料層設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)為增焓加濕系統(tǒng)，正如前面計(jì)算設(shè)計(jì)中講到，需提高空氣與水的接觸效率，除了選擇噴嘴的霧化顆粒范圍，還在擋水板前增設(shè)熱交換面積的填料層，該填料之特性如下:a.耐高溫，在150℃條件下連續(xù)運(yùn)行不變形，無異味;b.閉式結(jié)構(gòu)不吸水，不支持細(xì)菌滋長;c.水和空氣的接觸面積提高10倍以上;d.足夠的抗壓強(qiáng)度，不變形，便于維護(hù);e.壓損小，抗紫外線;f.防止部分空氣過飽和之蒸汽隨氣流進(jìn)入下一功能段，帶走熱量且結(jié)露。

通過以上措施，增大了空氣與水的接觸面積，提高了空氣與水的接觸系數(shù)。

3 風(fēng)機(jī)及彈簧減振器

風(fēng)機(jī)是氣流輸送的關(guān)鍵部件，LCD廠房新風(fēng)處理機(jī)組具有風(fēng)量大、壓頭高的特點(diǎn)，京東方8代項(xiàng)目中80%的機(jī)組風(fēng)量大于9萬，最大風(fēng)量達(dá)到12萬，風(fēng)機(jī)全壓普遍在2 500 Pa～2 800 Pa之間。此次采用的是德國原裝進(jìn)口風(fēng)機(jī)，通過了德國DIN 24166認(rèn)證和美國AMCA認(rèn)證。風(fēng)機(jī)采用機(jī)翼型后傾葉片，批量化、模具化生產(chǎn)，機(jī)器人焊接，保證了風(fēng)機(jī)節(jié)能高效，最高效率達(dá)到84%，并且風(fēng)量風(fēng)壓準(zhǔn)確性達(dá)到DIN 24166標(biāo)準(zhǔn)的1級。表3是現(xiàn)場調(diào)試時(shí)12萬風(fēng)量機(jī)組的實(shí)測結(jié)果，由于系統(tǒng)風(fēng)管阻力不同，其余機(jī)組風(fēng)量略有不同，波動(dòng)在5%以內(nèi)，都滿足國標(biāo)要求。

表3 1-4-MAU-AH-103機(jī)組現(xiàn)場測試結(jié)果

風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了氣流流動(dòng)和氣流擾動(dòng)機(jī)理，將氣流噪聲降低到最低;同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛性和強(qiáng)度，將振動(dòng)和共振降到最低限度。為了保證風(fēng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，當(dāng)空調(diào)設(shè)備在現(xiàn)場組裝完畢后，由風(fēng)機(jī)廠德國專家對風(fēng)機(jī)進(jìn)行校心，以保證風(fēng)機(jī)與電機(jī)的同心度在允許范圍內(nèi)。由于風(fēng)壓較高，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)有后仰的動(dòng)作，容易將出風(fēng)口處軟連接拉壞，所以在風(fēng)機(jī)后部增設(shè)止退彈簧。

LCD廠房附近的空氣中常含有SO2，H2S，NH3等腐蝕性氣體，所以該項(xiàng)目風(fēng)機(jī)的葉輪、機(jī)殼采用氟碳FC防腐涂層處理(厚度120 μm ～150 μm)，確保葉輪、機(jī)殼的使用壽命。

因?yàn)樵揕CD廠房的高技術(shù)性，對所有設(shè)備的振動(dòng)要求超過了一般的建筑，要求新風(fēng)處理機(jī)組中彈簧減振器的靜態(tài)變形量為75 mm。項(xiàng)目中選用了大直徑、大中徑、高徑比小的彈簧，具有應(yīng)力小、抗疲勞強(qiáng)度高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，并且在彈簧減震器底部加裝了橡膠防滑墊，更好的隔離了振動(dòng)和噪聲的傳遞，見表4。

表4 1-4-MAU-AH-103機(jī)組減振計(jì)算

4 結(jié)語

LCD廠房新風(fēng)處理機(jī)組具有風(fēng)量大、風(fēng)壓高、空氣處理流程復(fù)雜等特點(diǎn)，在選型設(shè)計(jì)時(shí)要注重機(jī)組運(yùn)行性能的穩(wěn)定性和可靠性，從盤管到風(fēng)機(jī)的選型都要留有一定的能力富余。細(xì)節(jié)方面要設(shè)置防凍措施、控制合理的水流速，水洗室要優(yōu)化選擇噴嘴及合理布置噴嘴，直聯(lián)風(fēng)機(jī)要現(xiàn)場校心及設(shè)置有效的減振裝置。

［1］路延魁.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1995.

［2］陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］陸冬梅.轉(zhuǎn)輪全熱交換器對空調(diào)箱運(yùn)行能耗的影響［J］.山西建筑，2010(9):192-194.