某高校激光陀螺实验室是国家高科技技术研发的重点实验室之一。激光陀螺是航空航天飞机、飞船及导弹、高精度制导炮弹的最重要制导一起,需在高洁净的车间内生产。
洁净实验室洁净区共两层,建筑面积1200平方米。本文对洁净空调系统原设计施工图和相关设备技术参数的调整优化进行了介绍分析。
1 洁净区空调参数要求
车间分两个洁净区:第一层为材料初加工及打磨公共区,洁净等级为10000级区,第二层为装配加工机调试区,洁净等级略高于10000级区。一、二层之间通过室内楼梯间分区。洁净等级偏差为0.5μm尘粒浓度不大于0.5个数量级(美国FS-209D标准/国际ISO14664-1标准)。
本洁净空调系统设计对温度标准的要求较高,常年温度偏差不能超过0.5℃,湿度要满足人体舒适要求。
一层洁净区与二层洁净区保持5pa以上的正压,一层洁净区与紧急消防出口保持50pa的正压,洁净区与第二缓冲区(包括第二风淋室)保持20pa的正压,第二缓冲区与第二男女更衣间保持5pa的正压,第一与第二男女更衣间保持5pa的正压,第一缓冲区(包括第一风淋室)与室外入口处保持10pa的正压。以上正压误差不得大于2pa。
对正压误差超偏差报警,对温度误差超偏差报警,对空气洁净度误差超偏差报警。
2 洁净空调系统的主要设备
净化区房间内设计为一次回风全空气系统。换气次数为一层30次/小时,二层为40次/小时,一层选用一台30000m³/h的全自动节能型空调机组。机组要求能根据室外气象参数和室内温度控制点的探测参数,自动调节新回风比和空调冷冻(热)水水量;温度控制器在每层的洁净生产房间,在每层一段设有温差控制器。
全自动节能型空调机组的新风量不得小于总风量的10%,以保证基本的新风要求和卫生条件。洁净区空调系统的冷热源由两套可互相切换的空调系统提供:一套是设计安装在屋顶的80×104 kcal/h空气源热泵系统,另一套是区域性空调站安装的溴化锂吸收式机组+锅炉系统。
3 空调设计的优化
(1)原设计采用走廊回风系统,在洁净室回风系统设计方案中有较明显的优点。首先,因为整个洁净试验车间为分层式同洁净等级区域,走廊回风的风速较大,可以清洁走廊;其次,走廊回风可以进一步提高其洁净等级,走廊是洁净区域内人物流最大的公共区域,利用走廊回风相当于大大增加了其换气次数,相应提高了洁净度;第三,走廊回风风管系统减少了风管的布置,相应减少了室内风口的安装和室内阴阳角,并简化了设计及安装施工难度,降低了层高,提高了空间利用率,节约了投资。
(2)走廊回风系统的修改调整。本设计在回风口的布置采用的是集中回风,只在走廊东端布置了一个尺寸为2000㎜×1000㎜的大回风口。这样势必引起靠近回风口位置的房间形成了气流循环的短路,而且引起的回风噪声较大。回风口的总面积可以计算确定,但其数量和布置位置需根据走廊的宽窄、长短决定,本洁净室单层走廊有40多米厂,宽度达3.3米,采用一个回风口不符合工艺要求。
将回风系统调整为9个700毫米×550㎜门铰百叶式回风口,间距4米,均匀布置在走廊吊顶。单个房间的回风口安装在房间门上,距地2米高。
回风口采用百叶式风口,大大方便了风口过滤器的拆洗,提高了回风系统的清洁效率,同时加长的回风管道起到了很好的消声作用。
(3)高效过滤送风口的调整。原设计送风口为浸油内保温式高效过滤送风口,保温材料极易吸附灰尘,也易产生静电,增强了灰尘的附着力,不易清洗。高效过滤送风口的浸油式密封也不理想,油料有挥发与附壁浸润的缺点,油与灰粘合后形成的油垢相当难清洗。
修改后的高效过滤送风口采用氯丁橡胶密封圈外保温式,这种密封材料白色或半透明,具有无毒,耐腐、抗老化使用寿命长的特点,已广泛应用于水、气、油的密封工艺设备。
(4)电动调节控制风阀的安装。该工程增加安装了各房间的送风支管上电动调节控制风阀,其调节控制开关设在走廊上,保证了先开空调送风后进房间和先出房间后关空调停止送风的正确程序。这样也有利于送风量的灵活调节,在单个房间不需要工作时,可以关闭送风口停止送风,停止单个房间的空调供应,有利于节能;调试时,可以设置好电动多叶调节阀,关闭后,锁定一个最小的风量值,以确保房间有适当的送风量,即使在停用后仍能达到的正压要求,不收到污染。
(5)排风的二次利用。从原设计的新风量可知,新风量占总风量的10%,两台机组分别相当于至少有3000m³/h和4000m³/h的排风量,排至室外的风量基本与之相当。原设计方案是将多余的回风量直接排出室外,这样势必浪费能源大,不利于节能。
因排出的回风温度在24℃左右,大有可利用的价值。施工图修改后,将二层机房排风送入两个空气处理组机房内,在夏季有利于室内电气控制设备的降温,冬季也有利于降低机房室内外温差,这都有利于节能和保护机电设备。将一层机组的排风送到材料仓库,实现材料仓库的夏季降温,冬季采暖,平衡了材料的蓄能,并提高了进出仓库的工作人员的工作舒适度。
(6)温度控制器和温差控制器的调整。原设计温度控制器和温差控制器在每层只布置了一个探测点,因试验生产车间单层面积较大,一个探测点布置熟练太少,控制精度不高,易引起机组的错误动作。修改后的可靠的做法为,布置了两个的探测点,并配置数据误差电子分析器,将分析后的正确数据传输给全自动节能型空调机组的中央控制器进行数据处理,并发出信号引起执行机构动作完成调节任务,从数据采集到任务完成,设定时间为2秒。
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