LCD 廠房新風處理空調箱的設計

徐方 張俊

(上海新晃空調設備股份有限公司，上海 200437)

2009年開始，國家提出大力發展高世代面板生產線。北京京東方8代線項目是我國首條第8代TFT-LCD生產線，該項目總占地面積約37 000 m2，玻璃基板2 200 mm×2 500 mm，主要生產從26″W到55″W液晶電視用顯示屏。新風處理機組是整個空調系統中很重要的一部分，因為它將新風直接處理到合適的溫濕度后送入所使用的房間，承擔了處理新風的熱負荷及濕負荷的重任。下面就北京京東方8代項目新風處理機組(MAU)的具體設計，談一下設計時的注意事項及體會。

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后直接送風，空氣處理流程及其對應狀態點參數見圖1，表1。

表1 夏季空氣狀態點

一級表冷器進出水是14℃/21℃的中溫水，這降低了冷凍水主機的能耗。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，在選型設計時要注意選用合理的水流程，以保證表冷器內合理的水流速，建議水流速在1 m/s～2 m/s之間。過低的水流速一方面會影響盤管的整體換熱系數，另一方面易引起空調系統水力失衡，而且長期運行會加大水管內表面的污垢;而過高的水流速一方面會增加水阻力，另一方面會產生“氣蝕”問題，加速銅管的磨損，影響盤管的使用壽命。本項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。考慮到盤管使用數年后，水管表面會有污垢，在盤管選型計算時留有不少于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個加熱盤管加上水洗室來完成的。北京冬季溫度較低，所以設置預熱盤管進行防凍處理。一級加熱后的空氣進入水洗室加濕、除塵，然后經過再熱盤管升溫處理后送入室內。空氣處理流程及其對應狀態點參數見圖2，表2。加熱盤管設計時，主要還是注意水流速的控制，特別是預加熱盤管，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雜，就本項目而言空氣經歷了一個增焓加濕的過程，下面以60000CMH機組為例談一下水洗室的設計。

表2 冬季空氣狀態點

2 水洗室

水洗室的設計要求:新風量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 水洗室熱工計算

1)設計熱工計算。需處理的空氣量G=72 000 kg/h;當地的大氣壓強為:101 325 Pa;潔凈室所需溫濕度條件為:23℃，55%RH;潔凈室內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為:T2=14.3 ℃，Twb2=13.99 ℃，H2=38.778 kJ/kg;設水的初溫為:Tw1=30℃;水換熱后的終溫為:Tw2=21℃;再考慮由于板換而導致熱水加熱盤管進水溫度不能滿足設計要求的最不利工況，設加熱后進入水洗段的空氣干球溫度為:19.5℃，而新風絕對含濕量為:0.6 g/kg;故需要處理的空氣的初參數為:T1=19.5 ℃，Twb1=6.35 ℃，H1=21.207 kJ/kg。

從文獻［1］可知，熱交換效率系數:

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

將數據代入式(1)中，計算出熱交換效率系數:

接觸系數:

其中，T1為空氣初狀態干球溫度;T2為空氣終狀態干球溫度。

將數據代入式(2)中，計算出接觸系數:E2=97.64%。

熱交換總量:

其中，G為空氣質量流量，kg/h;H1為空氣初狀態焓值，kJ/kg;H2為空氣終狀態焓值，kJ/kg。

將數據代入式(3)中，計算出熱交換總量:

由能量平衡方程:

可得:

其中，μ為水汽質量比;c為水的比熱，在常溫下為4.19 kJ/kg。將數據代入式(5)中，計算出水汽質量比:

2)設計校核計算。參考水洗室結構雙排逆噴實驗公式:熱交換效率系數:

其中，A，m，n分別為實驗得出的系數和指數，分別取0.745，0.07，0.265;vρ為空氣質量流速，取 3 kg/(m2·s)。

將數據代入式(6)中，求得:μ =0.6。

說明選擇水換熱后的終溫設計偏低，需校正。水的終溫調整為:Tw2=22.5 ℃。

此時水汽質量比:μ =0.559。

熱交換效率系數:E1=68.5%。

基于傳統噴嘴的接觸系數:

其中，A'，m'，n'均為實驗得出的系數和指數，分別取 0.84，0.05，0.21。

將數據代入式(6)中，求得:

說明系統設計時空氣與水的接觸系數遠高于傳統噴嘴，這需要通過噴嘴的選擇、噴霧顆粒的大小、結構設計等方法來實現。

2.2 水洗室噴嘴選擇及相關設計

1)噴嘴選擇。噴嘴為不銹鋼自凈式中空防堵型。根據加濕飽和效率及洗滌物質之直徑為0.001 μm～0.1 μm不等，設置前排噴嘴和后排噴嘴之用途稍不相同。前排噴嘴以細化水顆粒為主要目標，后排噴嘴以補充接觸和取代撞擊為主要目標。綜合考慮噴嘴霧化效果和雜質堵塞等因素，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構，單排噴嘴分布時應采用交叉錯位排列，以確保水霧與空氣的充分接觸而無旁通，雙排間距應不小于600 mm，噴嘴密度為10個/(m2·排)。3)集水管布置。通常循環管路根據集水管的位置分為上分管、中分管和下分管。實驗證明，上分管和中分管形式系統各噴嘴噴霧壓力較均勻。加之此次系統設計時管路中需配置水熱交換器，需要足夠的空間予以裝配，故12萬風量和10萬風量機組集水管設計成中分管，其余機組集水管設計成上分管。4)填料層設計。該系統為增焓加濕系統，正如前面計算設計中講到，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℃條件下連續運行不變形，無異味;b.閉式結構不吸水，不支持細菌滋長;c.水和空氣的接觸面積提高10倍以上;d.足夠的抗壓強度，不變形，便于維護;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入下一功能段，帶走熱量且結露。

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。

3 風機及彈簧減振器

風機是氣流輸送的關鍵部件，LCD廠房新風處理機組具有風量大、壓頭高的特點，京東方8代項目中80%的機組風量大于9萬，最大風量達到12萬，風機全壓普遍在2 500 Pa～2 800 Pa之間。此次采用的是德國原裝進口風機，通過了德國DIN 24166認證和美國AMCA認證。風機采用機翼型后傾葉片，批量化、模具化生產，機器人焊接，保證了風機節能高效，最高效率達到84%，并且風量風壓準確性達到DIN 24166標準的1級。表3是現場調試時12萬風量機組的實測結果，由于系統風管阻力不同，其余機組風量略有不同，波動在5%以內，都滿足國標要求。

表3 1-4-MAU-AH-103機組現場測試結果

風機在設計時充分考慮了氣流流動和氣流擾動機理，將氣流噪聲降低到最低;同時在結構設計上確保結構構件的剛性和強度，將振動和共振降到最低限度。為了保證風機平穩運行，當空調設備在現場組裝完畢后，由風機廠德國專家對風機進行校心，以保證風機與電機的同心度在允許范圍內。由于風壓較高，風機啟動時會有后仰的動作，容易將出風口處軟連接拉壞，所以在風機后部增設止退彈簧。

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

因為該LCD廠房的高技術性，對所有設備的振動要求超過了一般的建筑，要求新風處理機組中彈簧減振器的靜態變形量為75 mm。項目中選用了大直徑、大中徑、高徑比小的彈簧，具有應力小、抗疲勞強度高、使用壽命長等優點，并且在彈簧減震器底部加裝了橡膠防滑墊，更好的隔離了振動和噪聲的傳遞，見表4。

表4 1-4-MAU-AH-103機組減振計算

4 結語

LCD廠房新風處理機組具有風量大、風壓高、空氣處理流程復雜等特點，在選型設計時要注重機組運行性能的穩定性和可靠性，從盤管到風機的選型都要留有一定的能力富余。細節方面要設置防凍措施、控制合理的水流速，水洗室要優化選擇噴嘴及合理布置噴嘴，直聯風機要現場校心及設置有效的減振裝置。

［1］路延魁.空氣調節設計手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業出版社，1995.

［2］陸耀慶.實用供熱空調設計手冊［M］.第2版.北京:中國建筑工業出版社，2008.

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