謝雨?yáng)| 浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司 杭州 310012

近年來(lái)，醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了空前的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)作為中上游產(chǎn)業(yè)，更是如此。凈化空調(diào)是醫(yī)藥項(xiàng)目設(shè)計(jì)中非常重要的一部分，會(huì)直接影響產(chǎn)品的優(yōu)劣成敗，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中也越來(lái)越受到重視。

送風(fēng)溫差作為凈化空調(diào)計(jì)算中最關(guān)鍵的參數(shù)之一，亦是凈化空調(diào)系統(tǒng)方式選擇的重要依據(jù)，在凈化空調(diào)設(shè)計(jì)過(guò)程中起著舉足輕重的作用。本文通過(guò)系統(tǒng)分析，深入探討各種情況下的送風(fēng)溫差，以提高設(shè)計(jì)過(guò)程的準(zhǔn)確性、便捷性，并可作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)及校審的一個(gè)參考數(shù)據(jù)。需要特別注意的是，因設(shè)定參數(shù)及條件的不同，送風(fēng)溫差會(huì)存在一定的誤差，本文的結(jié)論只可作為參考，實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中以焓濕圖計(jì)算為準(zhǔn)。

1 計(jì)算參數(shù)的確定

為方便計(jì)算分析，對(duì)潔凈室的初始數(shù)據(jù)做以下規(guī)定 (國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江下游地區(qū))。

1.1 潔凈室類(lèi)型

潔凈度A級(jí) (2級(jí)):單向流，風(fēng)速0.35m/s，溫度為20～24℃，相對(duì)濕度為45～60%。

潔凈度B級(jí) (3級(jí)):非單向流，換氣次數(shù)為60次/時(shí)，溫度為 20～24℃，相對(duì)濕度為 45～60%。

潔凈度C級(jí) (4級(jí)):非單向流，換氣次數(shù)為25次/時(shí)，溫度為 20～24℃，相對(duì)濕度為 45～65%。

潔凈度D級(jí) (5級(jí)):非單向流，換氣次數(shù)為20次/時(shí)，溫度為 18～26℃，相對(duì)濕度為 45～65%。

以上溫濕度夏季時(shí)取上限值，冬季時(shí)取下限值。

1.2 潔凈室相關(guān)參數(shù)

大氣壓:105Pa;室外狀態(tài)點(diǎn)W;室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N;混合狀態(tài)點(diǎn)C;露點(diǎn)L(95%);送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O;單位人員散熱量q1(81/93 W)［4］;單位人員散濕量w1(184/150 g/h)［4］;人員密度i(0.05人/m2)

夏季室外狀態(tài)點(diǎn)W:干球溫度35℃，濕球溫度27.5℃;室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N:干球溫度24℃，相對(duì)濕度60%。

冬季室外狀態(tài)點(diǎn)W:干球溫度－2℃，濕球溫度－3℃;室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)N:干球溫度20℃，相對(duì)濕度45%。

房間參數(shù):面積 S(m2)，吊頂高度 H(2.6m)，換氣次數(shù)n(次/時(shí))，圍護(hù)結(jié)構(gòu)夏季單位負(fù)荷 (含照明負(fù)荷)q夏季(60W/m2)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季單位負(fù)荷q冬季(35W/m2)，人員P(P=S·i)，設(shè)備散熱量 Q設(shè)備散熱(W)，設(shè)備散濕量W設(shè)備散濕(g/h)，送風(fēng)量 Q送風(fēng)量(m3/h)，顯熱負(fù)荷量Q顯熱(W)，潛熱負(fù)荷量W總散濕(g/h)。

2 送風(fēng)溫差的確定

熱濕比:

送風(fēng)焓差:

式中，q為圍護(hù)結(jié)構(gòu)單位面積負(fù)荷，W/m2。

在凈化空調(diào)計(jì)算中，一般只能通過(guò)焓濕圖來(lái)確認(rèn)熱濕比、焓差及溫差。為便于計(jì)算及分析，可通過(guò)焓濕圖整理出熱濕比ε、焓差Δh與溫差Δt夏季、冬季的關(guān)系數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1、表2。

表1 夏季工況下 (24℃ 60%)的Δt、Δh、ε間的關(guān)系

表2 冬季工況下 (20℃ 45%)的Δt、Δh、ε間的關(guān)系

以下通過(guò)各類(lèi)型情況對(duì)送風(fēng)溫差進(jìn)行分析。

(1)室內(nèi)無(wú)人員、無(wú)設(shè)備散熱散濕、無(wú)局部排風(fēng)、熱濕比為+∞或－∞，見(jiàn)圖1。

圖1 室內(nèi)無(wú)人員、無(wú)設(shè)備散熱散濕狀態(tài)下的一次回風(fēng)焓濕圖

D級(jí)區(qū)夏季送風(fēng)焓差:

熱濕比為+∞，由表1查出，送風(fēng)溫差Δt=0.97Δh，則 Δt為 3.36℃。

D級(jí)區(qū)冬季送風(fēng)焓差:

熱濕比為－∞，由表2查出，送風(fēng)溫差Δt=0.98Δh，則 Δt為 －1.98℃。

同理可以算出C級(jí)區(qū)、B+A級(jí)區(qū)。

C級(jí)區(qū)夏季送風(fēng)焓差Δh為2.77kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為2.69℃。

C級(jí)區(qū)冬季送風(fēng)焓差Δh為－1.62kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為－1.58℃。

B+A級(jí)區(qū)夏季送風(fēng)焓差Δh為1.15kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為1.12℃。

B+A級(jí)區(qū)冬季送風(fēng)焓差Δh為－0.67kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為－0.66℃。

一般B級(jí)區(qū)為A級(jí)區(qū)服務(wù)。A級(jí)區(qū)通常采用FFU或獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)，采用FFU時(shí)，F(xiàn)FU的散熱量為B級(jí)區(qū)系統(tǒng)承擔(dān) (為了便于分析，本文不考慮此種情況，即忽略A級(jí)區(qū)對(duì)B級(jí)區(qū)的影響);采用獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，A級(jí)區(qū)自己承擔(dān)負(fù)荷。

以上結(jié)論都是基于初始數(shù)據(jù) (國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江下游地區(qū))下的結(jié)論，在一般情況下 (無(wú)人員、無(wú)設(shè)備散熱散濕的潔凈室)，可以根據(jù)以下公式來(lái)計(jì)算凈化空調(diào)的送風(fēng)溫差。

(2)室內(nèi)僅有人員散熱散濕，見(jiàn)圖2

圖2 室內(nèi)僅有人員散熱散濕狀態(tài)下的一次回風(fēng)焓濕圖

夏季熱濕比:

由表1查出，Δt=0.87Δh。

冬季熱濕比:

由表2查出，Δt=1.1Δh。

D級(jí)區(qū)夏季送風(fēng)焓差:

則送風(fēng)溫差Δt為3.34℃。

D級(jí)區(qū)冬季送風(fēng)焓差:

則送風(fēng)溫差Δt為－1.79℃。

同理可以算出C級(jí)區(qū)、B+A級(jí)區(qū)。

C級(jí)區(qū)夏季送風(fēng)焓差Δh為3.07kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為2.67℃。

C級(jí)區(qū)冬季送風(fēng)焓差Δh為－1.31kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為－1.44℃。

B+A級(jí)區(qū)夏季送風(fēng)焓差Δh為1.28kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為1.12℃。

B+A級(jí)區(qū)冬季送風(fēng)焓差Δh為－0.54kJ/kg，送風(fēng)溫差Δt為－0.60℃。

根據(jù)以上結(jié)果可看出，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江下游地區(qū)一般潔凈室 (無(wú)設(shè)備散熱散濕且層高為2.6m)室內(nèi)有無(wú)人員對(duì)送風(fēng)溫差影響甚微，因此可以忽視人員的影響;一次回風(fēng)與二次回風(fēng)的區(qū)別，僅是二次回風(fēng)可以省去夏季系統(tǒng)的回?zé)崃?，而?duì)整個(gè)系統(tǒng)的送風(fēng)溫差無(wú)任何影響;新風(fēng)量的大小僅對(duì)系統(tǒng)制冷量及制熱量的影響，對(duì)送風(fēng)溫差也無(wú)影響;房間的換氣次數(shù)不變，房間的送風(fēng)溫差也應(yīng)該為一定值。

根據(jù)以上結(jié)論，匯總結(jié)果見(jiàn)表3。

表3的數(shù)據(jù)都是基于初始數(shù)據(jù) (國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江下游地區(qū)無(wú)設(shè)備散熱散濕且層高為2.6m的潔凈室)下的結(jié)論。在一般情況下 (無(wú)設(shè)備散熱散濕的潔凈室)，可以根據(jù)以下公式估算凈化空調(diào)的送風(fēng)溫差。a的取值見(jiàn)表1、表2。

表3 國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江下游地區(qū)一般潔凈室 (無(wú)設(shè)備散熱散濕且層高為2.6m)的送風(fēng)溫差

(3)室內(nèi)有設(shè)備散熱散濕，見(jiàn)圖3。

此類(lèi)情況比較復(fù)雜，房間的散熱散濕不僅直接影響該房間的送風(fēng)溫差，而且還影響該房間的制冷制熱方式、新風(fēng)比及換氣次數(shù)。需要特別注意的是本文只是針對(duì)單個(gè)房間，通常情況下，一個(gè)系統(tǒng)存在多種類(lèi)型房間，各房間會(huì)相互影響、相互制約，這樣就只能通過(guò)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)和房間綜合分析，因此本文分析的結(jié)果只能作為房間的初步分析。

一般情況下，熱濕比、Δt及Δh的數(shù)值關(guān)系可以按表1及表2取值。夏季時(shí)凈化空調(diào)只會(huì)存在制冷狀態(tài)，且一次或二次回風(fēng)以及新風(fēng)比對(duì)送風(fēng)溫差均無(wú)影響，根據(jù)圖2、圖3，可以得到夏季工況下設(shè)備散熱量不同形式下與系統(tǒng)形式、Δt、Δh、n間的關(guān)系結(jié)果見(jiàn)表4。

圖3 室內(nèi)有設(shè)備散熱散濕狀態(tài)下的一次回風(fēng)焓濕圖

表4 夏季工況下設(shè)備散熱量Q設(shè)備散熱量大小與系統(tǒng)形式、Δt、Δh、n間的關(guān)系

表4中，2、3狀態(tài)下都采用最大溫差送風(fēng)，即送風(fēng)溫差為最大溫差 (Δt=ΔtMAX);1狀態(tài)下的送風(fēng)溫差:

式中a的取值見(jiàn)表1。

冬季時(shí)的情況比夏季復(fù)雜，主要原因:①散熱量大到一定程度時(shí)，系統(tǒng)需由制熱狀態(tài)轉(zhuǎn)成制冷狀態(tài)，此時(shí)需增加新風(fēng)比甚至于采用冷凍水來(lái)制冷;②當(dāng)房間設(shè)備散熱量與房間熱負(fù)荷相差不大時(shí)，此時(shí)房間的熱濕比比較小，焓差變化率與溫差變化率相差較大;③ 散熱量較大時(shí)，新風(fēng)比的大小對(duì)制冷制熱方式、回風(fēng)方式、送風(fēng)溫差等都有一定的影響。

鑒于以上原因，在此只分析Q散熱量≤Q熱負(fù)荷時(shí)的情況，因?yàn)楫?dāng)Q散熱量＞Q熱負(fù)荷，送風(fēng)溫差為正值，即tN＞tO，新風(fēng)比、散熱量、散濕量、空調(diào)系統(tǒng)等等都是相互制約、相互影響、相互聯(lián)系的，此時(shí)必須考慮各種制約因素后再繪制焓濕圖來(lái)計(jì)算送風(fēng)溫差。

根據(jù)圖3同樣可以得到冬季工況下設(shè)備散熱量不同形式下與系統(tǒng)形式、Δt、Δh、n間的關(guān)系數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 冬季工況下設(shè)備散熱量Q設(shè)備散熱量大小與系統(tǒng)形式、Δt、Δh、n間的關(guān)系

表5中，1狀態(tài)下的送風(fēng)溫差:

式中a的取值見(jiàn)表2。

當(dāng)房間散濕量較大時(shí)，熱濕比的絕對(duì)值較小。此時(shí)焓差變化率與溫差變化率相差較大，即a值的變化率較大，表1及表2僅可作為初步計(jì)算的依據(jù)，精確計(jì)算時(shí)最好還是通過(guò)焓濕圖來(lái)確定送風(fēng)溫差。

3 結(jié)語(yǔ)

以上結(jié)論都有一定的局限性及誤差，特別是第三種類(lèi)型。筆者認(rèn)為在第一及第二種類(lèi)型下，可以采用表3來(lái)確定送風(fēng)溫差，而第三種類(lèi)型，表4及表5的結(jié)論需在優(yōu)先考慮各類(lèi)系統(tǒng)限制條件后，再通過(guò)公式結(jié)合表1、表2來(lái)計(jì)算。

在實(shí)際項(xiàng)目中，一般一套凈化空調(diào)內(nèi)有多種類(lèi)型的房間，此時(shí)一般采用一套凈化空調(diào)系統(tǒng)多種送風(fēng)方式的設(shè)計(jì)理念。因?yàn)椴捎玫氖且惶紫到y(tǒng)，各類(lèi)型房間之間必然會(huì)存在一定的制約，此時(shí)就必須優(yōu)先考慮這些制約條件，再進(jìn)行后面的工作。同時(shí)，還需考慮系統(tǒng)排風(fēng)、風(fēng)機(jī)熱、風(fēng)管耗損等對(duì)送風(fēng)溫差的影響，只有這樣綜合考慮各種因素后，才能得到比較精確的送風(fēng)溫差。

潔凈室無(wú)論在何種情況下都可以采用焓濕圖來(lái)精確計(jì)算送風(fēng)溫差，但對(duì)于很多個(gè)潔凈室的系統(tǒng)而言工作量是相當(dāng)巨大的，本文可以在一般潔凈室直接初定送風(fēng)溫差，從而減少工作量。

1 GB 50457－2008，醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范 ［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

2 GB 50073－2013，潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

3 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè) (第2版)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009:955，2062－2113.

4 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè) (第2版)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009:1548.