浦东某项目节能回风能耗的利用探讨

王春锋

摘要:洁净厂房净化空调系统，净化面积较大、净化级别要求相对较高，在一般设计中，大多数采用一次回风系统，室外新风与室内回风均经过表冷段和加热段，且由于空调机组型号规格较大，使消耗的冷量及加热能耗均有增加，设备和施工费用及运行费用也相应提高； 二次回风系统设计，部分回风在表冷段后加入，使空调机组消耗的冷量及加热量都减少，设备（表冷器、马达等）投资及运行费用都相应减少，设计不但能满足温湿度及洁净度要求，而且节省了能源的消耗。本文以某项目洁净车间为例，分析采用二次回风系统后节能约20%左右，从中得出结论，在送风量大的净化空调工程中，二次回风系统比一次回风系统在节能方面要优胜的多。

Abstracts:Clean purification plant purifying air conditioning system, larger area, purification level requirements are relatively high, in the general design, the majority of the secondary return air system, outdoor fresh air and indoor air after cooling section and a heating section, and the air conditioning unit sizes larger, so that the consumption of cooling and heating energy consumption has increased, equipment and construction costs and operating costs also increased; the two return air system design, return air in the cooling section after the accession, the air conditioning unit consumption of cooling capacity and heating capacity is reduced, equipment ( cooling device, such as a motor ) investment and operating cost are reduced correspondingly, design not only can satisfy the temperature humidity and cleanliness requirements, but also saves the energy consumption. In this paper, a project of clean workshop as an example, analysis using two primary return air system of energy saving about 20% the left and right sides, draw conclusions from the large supply air volume, air purification project, the two return air system than the secondary return air system in energy-saving aspects to winning more.

关键词:节能回风利用

Key words:Energy use of return air

中图分类号:TE08 文献标识码：A文章编号：

1、引言

在洁净室空气调节设计中，我们往往强调空气净化品质和气流组织形式的控制，而忽略了空气处理过程、合理利用回风等诸多方面的节能设计。随着洁净室建造规模迅速发展和扩大，设计中的节能问题引起高度重视。在洁净室设计中应采用先进的节能技术和措施，精心设计，达到节能目的。

2、工程概况

上海浦东某项目是以1-7#楼和变电房8个单体建筑物构成，其中综合楼为九层，1-6#楼为5层，总建筑面积约100000m2，该项目机电安装工程由管道工程、电气工程、通风空调工程及弱电工程组成。本工程以每个建筑单位为单体，设置集中空调冷暖源和洁净车间的净化空调系统。

该项目5#楼净化车间位于5#楼底层，分别由实验室等几个洁净空间组成，总面积5000多m2。整个系统（包含非净化区）有30台空调机组和新风机组。

结合本项目的实施，就净化空调系统的节能回风能耗利用进行探讨。

2.1净化空调系统的主要特点

(1)根据国家标准《洁净厂房设计规范》(GB50073-2001)(以下简称《规范》)第6.1.4条的

规定，生产工艺无要求的洁净室夏季室内设计参数：温度：24℃～26℃，湿度：50%～70%。冬季室内设计参数：温度：20℃～22℃，湿度：30%～50%。很多生产车间对净化空调系统温湿度及精度要求并不高，有些生产车间关键生产环节的要求较高，而其他辅助区的要求相对较低。根据《规范》第6.1.3条，某些项目生产工艺对室内的温、湿度及其允许波动的范围具有较高要求，宜单独设置空调系统。

(2)空气净化系统是洁净室中主要能耗部分，主要表现在两个方面，其一是制冷负荷，其二是风机等的运行负荷。制冷负荷主要由新风负荷、工艺设备负荷、围护结构负荷等形成，并以新风负荷最大，而工艺设备和围护结构的冷负荷相对稳定且较小。运行负荷主要由于洁净室要求的大风量、高风压形成。根据《规范》第6.3.3条，为保证空气洁净等级，6级时换气次数取50～60次，7级时换气次数取15～25次，某些负荷较大的房间还需增加换气次数。空调系统的送风温差由热湿负荷与送风量决定， 因此净化空调的送风温差要比舒适性空调小很多。

(3)在某些行业的洁净厂房中，洁净走廊等很多功能房间仅照明、围护结构形成热负荷，湿负荷很小。而某些房间设备和人员相对集中，房间余热余湿相对较大，经综合经济比较后，室内空气仍应循环使用。这个特点有利于我们区别各个房间的回风状态，合理进行处理或利用。

在工作中，我们注意到，有些洁净厂房具备上述特点，但设计中空气处理过程仍然采用一次回风系统，这样设计的结果，造成冷负荷增大，制冷系统一次性投资加大，空调系统运行费用增高。

针对其中某车间分析，室内冷负荷90kW，湿负荷36kg/h，室外计算干球温度33.5℃，湿球温度27.7℃，新风量4000m3/h，室内设计温度26℃，相对湿度60%。

根据以往的类似工程实践经验，结合该洁净车间的实际条件，我们认为：该洁净车间，面积较大、温湿度要求不是很高，净化级别要求相对较高的厂房类净化工程，二次回风系统足以满足要求。设计中如果采用一次回风系统，不但加大了初期投资费用，而且日后的运行费用也增大了。

2.2一次回风系统和二次回风系统的能耗进行比较

现根据回风流程图来对一次回风系统和二次回风系统的比较分析：

(1)在夏季和接近夏季的过渡季节工况下，一次回风系统空气处理流程图见图1，新风与回风混合后，经表冷器冷却到“机器露点”，然后再利用电能或者蒸汽加热后送入室内。一次回风系统空气处理h-d工况见图2。

图1一次回风空气处理流程图

图2一次回风空气处理焓湿图

(2)夏季空气处理过程采用固定二次回风系统，减少在同一空调系统中同时加热和冷却，达到节能目的。

根据净化车间工艺生产流程的特点，我们提出以下两种形式的二次回风系统。第一种为集中回风型二次回风系统，空气处理流程图见图3。净化车间的回风集中回至空调机房后分为一次与二次回风。新风与一次回风混合后，经表冷器冷却到“机器露点”，再与二次回风混合，代替二次加热(后面的加热段为冬季用)。這一种二次回风系统适用于生产车间没有很大的散热散湿工艺设备，各个房间的热湿比线差别不大的洁净厂房。优点是回风管路简单，一次投资较少。第二种二次回风系统为独立回风型二次回风系统，空气处理流程图见图4，热湿负荷相对较大的房间独立回风，接至空调机组一次回风段，热负荷稳定且湿负荷较小的房间独立回风，接至空调机组的二次回风段。这一种二次回风系统适用于各个房间的热湿比线差别较大的洁净厂房，其优点：①充分利用了空调机组的降温除湿功能。②一次回风与二次回风的压差可以通过管路平衡。缺点是管路系统复杂，计算复杂。

图3集中回风型二次回风空气处理流程图

图4 独立回风型二次回风空气处理流程图

集中回风型二次回风系统空气处理h-d工况见图5。相对一次回风系统送风温差tn-to不变，二次回风代替二次加热，避免的冷热相抵。S点为一次混合冷却处理后L1点与二次回风N点的混合点，因此三点必在一条直线上，二次混风比与一次混风比即可确定。一次混风C1点向室外点W靠近，二次回风系统机器露点L1点较一次回风系统低，因此表冷器处理的空气焓差增大，机器露点L1降低，制冷系统效率相对降低。

图5 集中回风型二次回风空气处理焓湿图

图6 独立回风型二次回风空气处理焓湿图

独立回风型二次回风系统空气处理h-d工况见图6。O点空气送入不同的房间，经不同的热湿比线到点N1、N2，N1作为一次回风与W混合，N2作为二次回风与L1混合。与集中回风型二次回风相比，N、N1、N2三点在一条支线上，一次混风C1点向室外点W靠近，L1相对L1有所提高，由此可见，表冷器的传热温差相对增大，传热效率提高。机器露点L1温度升高，则制冷效率提高。其处理过程与计算方法见表1。

一次回风系统的冷负荷有新风冷负荷Qx=Gx(hw-hN)、室内冷负荷QS=G(hN-hO)、风机冷负荷QF=G(hO-hS)、再热冷负荷QZ=G(hS-hL)构成。二次回风系统冷负荷由新风冷负荷、室内冷负荷和风机冷负荷构成，与一次回风相比，节省了再热冷负荷。集中回风型二次回风与独立回风型二次回风相比，冷负荷构成相同。我们认为，在设计工作中，用集中回风型二次回风的计算方法作为独立回风型二次回风系统的简化计算，可以满足实际运行精度要求。

在冬季和接近冬季的过渡季节，空调系统固定二次回风，空气处理流程图见图2。新风与一次回风混合接着与二次回风混合，经盘管加热，干蒸汽加湿送入室内。

在本项目中采用了二次回风系统设计，根据室内空气处理过程，选空调机组总风量25000m3/h，冷量90kW，风机全压600Pa，额定转速960rpm，轴功率7.4kW，铭牌功率11kW。

节省再热能耗：若采用一次回风系统，空气处理至机器露点后，为满足送风温差需经再热至21℃送风状态点。机器露点与送风状态点焓差6.48kJ/kg，空调机组所需总再热量8.4kW。表冷器除承担室内冷负荷外，应额外处理8.4kW冷量以免再热量影响室内设计参数，表冷器承担的额外冷负荷造成制冷机及水泵等增加电耗约2.1kW。故该一次回风系统共增加能耗10.5kW。

以全年运行时间600小时计算，二次回风系统较一次回风加再热系统节电约6300kWh，约占全年空调总能耗的20%左右。

2.3还能进一步节省能耗的措施

由于二次回风系统属于变风量定温差系统，当部分负荷时，送风量相应减少，若采用变频风机，节能量相当可观。根据风机的相似律，当实际运行的转速r与额定转速rm不同时，其实际功率N与额定功率Nm之间的关系为：

空调季节部分负荷下，空调机组应按室内工况调节运行频率。根据相关计算，全年空调运行状态中，负荷率超过90％的时间仅为6％，而负荷率30％～70％占全年运行时间约60％。空调机组若工频运行全年耗电4440kWh，而根据全年冷负荷变化变频运行只需耗电约890kWh，全年可节约用电3550kWh，节电71％。

3结束语

(1) 采用二次回风系统，不仅可以避免二次回风加热，而且空调系统耗冷量也相应降低，二次回风的意义在于减少制冷负荷的装机容量和相应的配套设备容量。

(2) 二次回风方案中经过表冷器降温、除湿的风量比一次回风少，而在表冷后与回风再混合一次的办法代替了部分再热量，因而与一次回风系统比，冷量和再热量均减少，因而说二次回风比一次回风系统节能。另外，由于冷量的减少，表冷器的表冷面积降低许多，所配置的电机功率降低，空调机组的初投资有所减少。冷冻水量、热水量的减少，机组耗电量减少，空调的运行成本均相应降低。

因此，合理应用二次回风，可以使空调系统制冷负荷与运行负荷同时降低。

二次回风系统在设备选型及管路系统设计时应注意以下方面：

(1)与一次回风相比，二次回风的表冷器处理的循环风量和冷量发生变化，应认真做好表冷器的设计校核工作。

(2)集中回风型二次回风中，二次回风立管上应加定风量阀，固定二次回风比例。二次回风系统宜在空气处理机的一次回风混合段、二次回风混合段、送风总管等处设温湿度计，以便监控运行状况。

(3)风机噪声容易通过二次回风管传播，并且二次回风立管的阀门容易产生哨音，所以应在回风总管加消声器或者消声弯头，降低噪音对系统的影响。

参考文献

1洁净厂房设计规范.GB 50073-2001.中国计划出版社

2电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册.中国建筑工业出版社

3陆耀庆主编.实用供热空调设计手册.中国建筑工业出版社

4康艳兵.关于空调节能关键措施的几点思考.节能与环保

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看