二次回風(fēng)在潔凈空調(diào)中的應(yīng)用

余 凱

廈門市閩工工程設(shè)備安裝有限公司（361000）

0 前言

與舒適性空調(diào)相比，為了保證潔凈車間生產(chǎn)環(huán)境的質(zhì)量， 潔凈空調(diào)不僅要控制潔凈室內(nèi)的溫濕度，還要有效控制換氣次數(shù)、房間壓差及粉塵、微生物和有害氣體的濃度等。 近年來隨著科技不斷進(jìn)步，許多電子制造、醫(yī)藥生產(chǎn)、食品加工行業(yè)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求越來越高，潔凈空調(diào)系統(tǒng)的能耗在整個(gè)潔凈車間的生產(chǎn)運(yùn)行能耗中占有越來越大的比重。 基于此，怎樣在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低能耗，已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)

傳統(tǒng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)主要由過濾段、表冷段、加熱段、加濕段以及風(fēng)機(jī)這五部分組成，其中空氣的濕度控制主要通過表冷段、 加熱以及加濕段來完成。在傳統(tǒng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，不同季節(jié)具有不同的濕度控制方式。 冬季氣候干燥，通過加濕段在空氣中加入一定的水汽來達(dá)到加濕的目的。 夏季，空氣濕潤，通過表冷段來冷卻除濕。 在除濕的過程中，空氣的溫度會(huì)下降到露點(diǎn)以下，處于相對(duì)于飽和的狀態(tài)?？諝庵卸嘤嗟乃麑?huì)以水凝的狀態(tài)析出，最后聚集在表冷盤管上，達(dá)到析水除濕效果。此外，空氣的溫度也會(huì)相應(yīng)的降低。

傳統(tǒng)的一次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)雖然能夠有效降低空氣濕度， 但是在除濕的過程中附帶降溫效應(yīng)，使空氣的溫度大幅度下降，這就需要加熱段對(duì)空氣進(jìn)行加熱升溫，以滿足室內(nèi)送風(fēng)溫度要求。 在降低空氣濕度的整個(gè)過程產(chǎn)生的冷量與熱量相互抵消，造成能量消耗。

2 二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)

2.1 二次回風(fēng)系統(tǒng)的方案構(gòu)想

潔凈空調(diào)工作的主要目的就在于控溫控濕同時(shí)凈化空氣，這也是能源消耗的主要源頭。 如果在進(jìn)行空氣除濕的過程中，僅僅把部分空氣進(jìn)行降溫除濕處理，就能節(jié)省部分能源。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目的， 就要對(duì)傳統(tǒng)潔凈空調(diào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造——采用二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)[1]。

2.2 二次回風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施需要注意的技術(shù)難題

2.2.1 如何實(shí)現(xiàn)空氣的部分降溫除濕

在二次回風(fēng)系統(tǒng)部分空氣降溫除濕過程中，需要注意控制二次回風(fēng)的風(fēng)量，并且使風(fēng)量能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 假設(shè)一次回風(fēng)段的回風(fēng)風(fēng)量，只是析出少部分空氣的水分，無法使車間內(nèi)濕度與溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，如果一次回風(fēng)段的回風(fēng)風(fēng)量太大，就完全背離了設(shè)置二次回風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能初衷，不僅不能達(dá)到節(jié)能目的，還會(huì)在一定程度上造成投資浪費(fèi)，為了能夠滿足二次回風(fēng)控溫控濕的目的，保證生產(chǎn)質(zhì)量，就要設(shè)置動(dòng)態(tài)的二次回風(fēng)溫濕度控制系統(tǒng)。

2.2.2 怎樣控制空氣的總體溫度

為了能夠?qū)崿F(xiàn)部分空氣降溫除濕后再升溫，送風(fēng)溫度達(dá)到生產(chǎn)需求，并且杜絕冷熱抵消的能源浪費(fèi)，就要增設(shè)一段二次回風(fēng)段，替代原來的傳統(tǒng)一次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)的再加熱段。2.3 二次回風(fēng)潔凈空調(diào)機(jī)組結(jié)構(gòu)

圖1 二次回風(fēng)系統(tǒng)空氣處理流程圖

二次回風(fēng)系統(tǒng)主要是在傳統(tǒng)一次回風(fēng)的潔凈空調(diào)系統(tǒng)上多加了一段二次回風(fēng)功能段及一次回風(fēng)、二次回風(fēng)電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。 電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的作用主要是調(diào)節(jié)一次回風(fēng)量與二次回風(fēng)量的配比。圖1 所展示的為二次回風(fēng)空氣處理流程圖，機(jī)組功能段為: 新風(fēng)→初效過濾段→預(yù)冷表冷段→與一次回風(fēng)混合段→初效過濾段→除濕表冷段→與二次回風(fēng)混合段→初效過濾段→加熱盤管段→加濕段→風(fēng)機(jī)段→均流段→中效過濾段→送風(fēng)段。 處理后，通過送風(fēng)管由H13 高效風(fēng)口送到潔凈室內(nèi)。

2.4 二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度控制

2.4.1 濕度控制

在二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)作的過程中，濕度控制主要是將新風(fēng)與一次回風(fēng)的混風(fēng)經(jīng)過除濕表冷處理之后，使整體溫度降低到露點(diǎn)以下，通過這種方式使空氣中的水分析出，達(dá)到除濕的目的。 除此之外，設(shè)置一次回風(fēng)、二次回風(fēng)電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的主要目的在于實(shí)現(xiàn)空調(diào)送風(fēng)溫度以及濕度的動(dòng)態(tài)控制，在控制風(fēng)量的同時(shí)還能夠滿足潔凈車間所需要的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

假設(shè)來說，如果室內(nèi)空氣的濕度較高，就要增加一次回風(fēng)的風(fēng)量，從而使空氣中更多的水分能夠凝結(jié)出來，達(dá)到車間所需要的空氣濕度需求。 同樣，如果空氣的濕度較低，就要相應(yīng)的降低一次回風(fēng)的風(fēng)量，從而使空氣中的水分較少地凝結(jié)出來，通過這種方式來實(shí)現(xiàn)潔凈空調(diào)動(dòng)態(tài)的溫濕度控制。

總而言之，在二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，可以使用PID 控制器來控制系統(tǒng)中的一次回風(fēng)與二次回風(fēng)的電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的開度。 同時(shí)在除濕表冷器后設(shè)置溫度傳感器來檢測冷盤后的溫度是否降至室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度，并且利用系統(tǒng)中的溫濕度變化數(shù)據(jù)作為PID 控制器的數(shù)據(jù)反饋，使?jié)崈艨照{(diào)系統(tǒng)的工作更便捷。

在應(yīng)用的過程中，如果檢測到室內(nèi)的回風(fēng)溫濕度達(dá)到上限值（以濕度優(yōu)先），則通過PID 控制器的輸出控制二次回風(fēng)電動(dòng)風(fēng)閥的開度減少二次回風(fēng)量，增加一次回風(fēng)量，使更多的一次回風(fēng)經(jīng)過除濕表冷段降溫，此時(shí)表冷后的溫度傳感器也控制冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度， 達(dá)到析水降低濕度的目的。相反，如果檢測到室內(nèi)的回風(fēng)溫濕度達(dá)到下限值，可以調(diào)小一次回風(fēng)電動(dòng)閥開度，增大二次回風(fēng)電動(dòng)閥開度，以減少一次回風(fēng)量，增加二次回風(fēng)量，使少量的風(fēng)能夠?qū)崿F(xiàn)除濕，同時(shí)在保證過表冷段后還能處理至露點(diǎn)溫度的條件下，減少冷凍水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，達(dá)到節(jié)約冷源的同時(shí)控制濕度滿足生產(chǎn)需求的目的。

在實(shí)際的應(yīng)用過程中，如果PID 控制器的輸出量到達(dá)一定程度，并且使所有的風(fēng)都轉(zhuǎn)變成二次回風(fēng)，在此過程中假設(shè)室內(nèi)回風(fēng)濕度仍處于下限值，可以利用PID 控制器的輸出量對(duì)加濕閥門進(jìn)行控制，輸出量與空氣的加濕程度成正比，輸出量越大，經(jīng)過潔凈空調(diào)的空氣濕度就升得越高，相反則越低。

2.4.2 溫度控制

在二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)作的過程中，在溫度這方面極易出現(xiàn)一個(gè)問題就是室內(nèi)熱負(fù)荷過小時(shí)，兩部分風(fēng)在混合完成之后，其溫度并不能夠達(dá)到所要求的標(biāo)準(zhǔn)，基于此，在對(duì)兩部分風(fēng)進(jìn)行混合之后還要對(duì)其整體溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)的溫度控制就需要加熱盤管段來進(jìn)行控制。 與濕度控制同理，在進(jìn)行溫度控制的過程中仍然可以應(yīng)用PID 控制器進(jìn)行控制，檢測送風(fēng)狀態(tài)的溫濕度。 如果空氣需要升溫，可以加大PID 控制器的輸出量，加大加熱盤管的加熱量，使送風(fēng)溫度符合生產(chǎn)需求[3]。

2.5 二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)的性能分析

從上述分析可知，傳統(tǒng)一次回風(fēng)系統(tǒng)存在先冷卻后加熱、冷熱抵消耗能的過程，二次回風(fēng)系統(tǒng)具有減少冷熱抵消的優(yōu)勢，用二次回風(fēng)的熱源來替代傳統(tǒng)一次回風(fēng)系統(tǒng)的再熱器以節(jié)約系統(tǒng)制冷量與加熱量。 當(dāng)室內(nèi)散濕量較小時(shí)，為了減小一次回風(fēng)系統(tǒng)的能量損失，宜采用二次回風(fēng)系統(tǒng)，特別是室內(nèi)溫度精度要求高、送風(fēng)溫差小、送風(fēng)量較大的情況下，選用二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢更加顯著。 但二次回風(fēng)系統(tǒng)存在夏季空氣處理的機(jī)器露點(diǎn)更低、制冷機(jī)冷凍水的供水溫度要更低、造成制冷系統(tǒng)運(yùn)行效率下降的缺點(diǎn)，且二次回風(fēng)系統(tǒng)控制邏輯相較于傳統(tǒng)一次回風(fēng)系統(tǒng)更加復(fù)雜，二次回風(fēng)系統(tǒng)不僅要根據(jù)潔凈室內(nèi)壓差調(diào)整新風(fēng)量的大小，還要通過一定的PID 控制邏輯控制一次回風(fēng)與二次回風(fēng)電動(dòng)風(fēng)閥的開度，以達(dá)到滿足室內(nèi)送風(fēng)溫濕度的要求。 同時(shí)當(dāng)室內(nèi)濕負(fù)荷較大時(shí)，回風(fēng)都處于一次回風(fēng)的狀態(tài)，那么二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制則與傳統(tǒng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)完全一致，也達(dá)不到節(jié)能的目的。

3 結(jié)語

與傳統(tǒng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)相比，二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)需要增設(shè)二次回風(fēng)電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥及二次回風(fēng)功能段，在一定程度上增加了潔凈空調(diào)系統(tǒng)的投資成本， 但是二次回風(fēng)不僅避免了再加熱能耗，而且系統(tǒng)的耗冷量也相應(yīng)降低。 實(shí)踐證明，大部分企業(yè)在應(yīng)用二次回風(fēng)潔凈空調(diào)系統(tǒng)后一到兩年就能夠回收成本。 站在長遠(yuǎn)的角度來看，應(yīng)用二次回風(fēng)系統(tǒng)的潔凈空調(diào)還是比較劃算的。