二次回風在潔凈空調中的應用

余 凱

廈門市閩工工程設備安裝有限公司（361000）

0 前言

與舒適性空調相比，為了保證潔凈車間生產環境的質量， 潔凈空調不僅要控制潔凈室內的溫濕度，還要有效控制換氣次數、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步，許多電子制造、醫藥生產、食品加工行業對生產環境的潔凈度要求越來越高，潔凈空調系統的能耗在整個潔凈車間的生產運行能耗中占有越來越大的比重。 基于此，怎樣在不影響產品質量的前提下降低能耗，已成為業界關注的焦點。

1 傳統潔凈空調系統

傳統潔凈空調系統主要由過濾段、表冷段、加熱段、加濕段以及風機這五部分組成，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。在傳統潔凈空調系統運行過程中，不同季節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，空氣的溫度會下降到露點以下，處于相對于飽和的狀態。空氣中多余的水汽將會以水凝的狀態析出，最后聚集在表冷盤管上，達到析水除濕效果。此外，空氣的溫度也會相應的降低。

傳統的一次回風潔凈空調系統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，使空氣的溫度大幅度下降，這就需要加熱段對空氣進行加熱升溫，以滿足室內送風溫度要求。 在降低空氣濕度的整個過程產生的冷量與熱量相互抵消，造成能量消耗。

2 二次回風潔凈空調系統

2.1 二次回風系統的方案構想

潔凈空調工作的主要目的就在于控溫控濕同時凈化空氣，這也是能源消耗的主要源頭。 如果在進行空氣除濕的過程中，僅僅把部分空氣進行降溫除濕處理，就能節省部分能源。 為了能夠實現節能目的， 就要對傳統潔凈空調的系統結構進行改造——采用二次回風潔凈空調系統[1]。

2.2 二次回風系統實施需要注意的技術難題

2.2.1 如何實現空氣的部分降溫除濕

在二次回風系統部分空氣降溫除濕過程中，需要注意控制二次回風的風量，并且使風量能夠達到標準要求。 假設一次回風段的回風風量，只是析出少部分空氣的水分，無法使車間內濕度與溫度達到標準，如果一次回風段的回風風量太大，就完全背離了設置二次回風系統的節能初衷，不僅不能達到節能目的，還會在一定程度上造成投資浪費，為了能夠滿足二次回風控溫控濕的目的，保證生產質量，就要設置動態的二次回風溫濕度控制系統。

2.2.2 怎樣控制空氣的總體溫度

為了能夠實現部分空氣降溫除濕后再升溫，送風溫度達到生產需求，并且杜絕冷熱抵消的能源浪費，就要增設一段二次回風段，替代原來的傳統一次回風潔凈空調系統的再加熱段。2.3 二次回風潔凈空調機組結構

圖1 二次回風系統空氣處理流程圖

二次回風系統主要是在傳統一次回風的潔凈空調系統上多加了一段二次回風功能段及一次回風、二次回風電動風量調節閥。 電動風量調節閥的作用主要是調節一次回風量與二次回風量的配比。圖1 所展示的為二次回風空氣處理流程圖，機組功能段為: 新風→初效過濾段→預冷表冷段→與一次回風混合段→初效過濾段→除濕表冷段→與二次回風混合段→初效過濾段→加熱盤管段→加濕段→風機段→均流段→中效過濾段→送風段。 處理后，通過送風管由H13 高效風口送到潔凈室內。

2.4 二次回風潔凈空調系統的溫濕度控制

2.4.1 濕度控制

在二次回風潔凈空調系統運作的過程中，濕度控制主要是將新風與一次回風的混風經過除濕表冷處理之后，使整體溫度降低到露點以下，通過這種方式使空氣中的水分析出，達到除濕的目的。 除此之外，設置一次回風、二次回風電動風量調節閥的主要目的在于實現空調送風溫度以及濕度的動態控制，在控制風量的同時還能夠滿足潔凈車間所需要的標準[2]。

假設來說，如果室內空氣的濕度較高，就要增加一次回風的風量，從而使空氣中更多的水分能夠凝結出來，達到車間所需要的空氣濕度需求。 同樣，如果空氣的濕度較低，就要相應的降低一次回風的風量，從而使空氣中的水分較少地凝結出來，通過這種方式來實現潔凈空調動態的溫濕度控制。

總而言之，在二次回風潔凈空調系統的實際應用過程中，可以使用PID 控制器來控制系統中的一次回風與二次回風的電動風量調節閥的開度。 同時在除濕表冷器后設置溫度傳感器來檢測冷盤后的溫度是否降至室內狀態點所對應的露點溫度，并且利用系統中的溫濕度變化數據作為PID 控制器的數據反饋，使潔凈空調系統的工作更便捷。

在應用的過程中，如果檢測到室內的回風溫濕度達到上限值（以濕度優先），則通過PID 控制器的輸出控制二次回風電動風閥的開度減少二次回風量，增加一次回風量，使更多的一次回風經過除濕表冷段降溫，此時表冷后的溫度傳感器也控制冷凍水電動調節閥的開度， 達到析水降低濕度的目的。相反，如果檢測到室內的回風溫濕度達到下限值，可以調小一次回風電動閥開度，增大二次回風電動閥開度，以減少一次回風量，增加二次回風量，使少量的風能夠實現除濕，同時在保證過表冷段后還能處理至露點溫度的條件下，減少冷凍水電動調節閥的開度，達到節約冷源的同時控制濕度滿足生產需求的目的。

在實際的應用過程中，如果PID 控制器的輸出量到達一定程度，并且使所有的風都轉變成二次回風，在此過程中假設室內回風濕度仍處于下限值，可以利用PID 控制器的輸出量對加濕閥門進行控制，輸出量與空氣的加濕程度成正比，輸出量越大，經過潔凈空調的空氣濕度就升得越高，相反則越低。

2.4.2 溫度控制

在二次回風潔凈空調系統運作的過程中，在溫度這方面極易出現一個問題就是室內熱負荷過小時，兩部分風在混合完成之后，其溫度并不能夠達到所要求的標準，基于此，在對兩部分風進行混合之后還要對其整體溫度進行調節，此時的溫度控制就需要加熱盤管段來進行控制。 與濕度控制同理，在進行溫度控制的過程中仍然可以應用PID 控制器進行控制，檢測送風狀態的溫濕度。 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，使送風溫度符合生產需求[3]。

2.5 二次回風潔凈空調系統的性能分析

從上述分析可知，傳統一次回風系統存在先冷卻后加熱、冷熱抵消耗能的過程，二次回風系統具有減少冷熱抵消的優勢，用二次回風的熱源來替代傳統一次回風系統的再熱器以節約系統制冷量與加熱量。 當室內散濕量較小時，為了減小一次回風系統的能量損失，宜采用二次回風系統，特別是室內溫度精度要求高、送風溫差小、送風量較大的情況下，選用二次回風潔凈空調系統的節能優勢更加顯著。 但二次回風系統存在夏季空氣處理的機器露點更低、制冷機冷凍水的供水溫度要更低、造成制冷系統運行效率下降的缺點，且二次回風系統控制邏輯相較于傳統一次回風系統更加復雜，二次回風系統不僅要根據潔凈室內壓差調整新風量的大小，還要通過一定的PID 控制邏輯控制一次回風與二次回風電動風閥的開度，以達到滿足室內送風溫濕度的要求。 同時當室內濕負荷較大時，回風都處于一次回風的狀態，那么二次回風潔凈空調系統的運作機制則與傳統潔凈空調系統完全一致，也達不到節能的目的。

3 結語

與傳統潔凈空調系統相比，二次回風潔凈空調系統需要增設二次回風電動風量調節閥及二次回風功能段，在一定程度上增加了潔凈空調系統的投資成本， 但是二次回風不僅避免了再加熱能耗，而且系統的耗冷量也相應降低。 實踐證明，大部分企業在應用二次回風潔凈空調系統后一到兩年就能夠回收成本。 站在長遠的角度來看，應用二次回風系統的潔凈空調還是比較劃算的。