如何簡(jiǎn)單快速地計(jì)算潔凈室正壓送風(fēng)量
更新時(shí)間：2016-12-26 點(diǎn)擊次數(shù)：3653
在各種有關(guān)潔凈室的設(shè)計(jì)手冊(cè)中，對(duì)于潔凈室正壓的計(jì)算都列出了復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。那么對(duì)于那些從事潔凈室建造的工程師們而言，是否有更為快速和簡(jiǎn)單的計(jì)算方法?
在過(guò)去的30年里，潔凈室技術(shù)經(jīng)歷了快速的發(fā)展，在汽車(chē)工業(yè)，微系統(tǒng)技術(shù)，生物技術(shù)，表面技術(shù)，制藥醫(yī)療，半導(dǎo)體工業(yè)等許多工業(yè)分支中，都已開(kāi)發(fā)出了適合自己的潔凈室技術(shù)。無(wú)論何種潔凈室技術(shù)，都有些基本的原則和要求是大家所必須都要遵循的，比如說(shuō)正壓控制。所有的潔凈室，可以有很多不同的標(biāo)準(zhǔn)和要求，但是如果沒(méi)有正壓，那么一切室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和要求都沒(méi)有存在的基礎(chǔ)。
各種設(shè)計(jì)手冊(cè)中復(fù)雜的計(jì)算方法并不適合現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員的需求，在我所參加的潔凈室建造項(xiàng)目中，基本上工程師們都在靠經(jīng)驗(yàn)估算，并沒(méi)有比較準(zhǔn)確而且又簡(jiǎn)單的潔凈室正壓風(fēng)量計(jì)算方法。
簡(jiǎn)單快速的正壓送風(fēng)量計(jì)算法
一個(gè)密閉良好的潔凈室，在使用過(guò)程中，主要的漏風(fēng)途徑有以下四種：
1) 門(mén)、窗縫隙的漏風(fēng);
2) 開(kāi)門(mén)時(shí)的漏風(fēng);
3) 風(fēng)淋室、傳遞窗的漏風(fēng);
4) 室內(nèi)工藝排風(fēng)。
1、縫隙漏風(fēng)量計(jì)算
計(jì)算方法一：
v=1.29(△P)1/2
△V=S*v
△P：潔凈室內(nèi)外壓力差(Pa)
v：從縫隙處流過(guò)的風(fēng)速(m/s)
S：縫隙面積(m2)
V：通過(guò)縫隙的泄漏風(fēng)量(m3/h)
例：假設(shè)條件：房間正壓20pa，門(mén)縫長(zhǎng)度3.6m，窗縫長(zhǎng)度 40m，假設(shè)縫隙寬度0.01m
門(mén)縫隙面積S1=0.01*3.6=0.072m2，窗縫隙面積S2=0.002*40=0.08m2
泄漏風(fēng)量V=s*v=(S1+S2)*3600*1.29*(△P)1/2=(0.072+0.08)*3600*1.29*(20) 1/2=3157m3/hr
計(jì)算方法二：
壓差法計(jì)算方式：
L=0.827×A×(ΔP)1/2×1.25=1.03375×A×(ΔP)1/2
式中 L—正壓漏風(fēng)量(m3/s);0.827—漏風(fēng)系數(shù);A—總有效漏風(fēng)面積(m2);ΔP—壓力差(Pa);1.25—不嚴(yán)密處附加系數(shù)
2、開(kāi)門(mén)的泄漏風(fēng)量
假設(shè)條件：房間正壓ΔP=20Pa，門(mén)面積S3=0.9*2.00=1.8m2，風(fēng)速v=1.29(△P)1/2=5.77m/s, 開(kāi)啟次數(shù)n=1次/hr，開(kāi)啟時(shí)間t=5s
泄漏風(fēng)量Q=S3*v*t*n=1.8*5.77*5*1*=51.93 m3/h
每小時(shí)開(kāi)一次門(mén)，開(kāi)5秒，泄漏空氣量51.93 m3/h
3、風(fēng)淋室與傳遞窗的空氣泄漏量
假設(shè)條件：風(fēng)淋室體積15m3，密閉無(wú)縫隙
開(kāi)閉順序?yàn)?1)開(kāi)→ (1)關(guān)→ (2)開(kāi)→ (2)關(guān)，如圖1風(fēng)淋室開(kāi)閉順序圖
圖1 風(fēng)淋室開(kāi)閉順序圖。
分析：以風(fēng)淋室為例
(1)開(kāi)時(shí)A/S內(nèi)壓力為常壓101325Pa
(1)關(guān)時(shí)A/S內(nèi)壓力為常壓101325Pa，保持不變
(2)開(kāi)時(shí)A/S內(nèi)壓力為常壓101325Pa，保持不變，但穩(wěn)定后壓力變?yōu)榕c房間內(nèi)同樣壓力101325+20pa
(2)關(guān)時(shí)A/S內(nèi)壓力為常壓101325+20Pa,保持不變
結(jié)論：所以需要補(bǔ)充的空氣量為15m3的空間壓力變化為20Pa時(shí)的密閉空間的補(bǔ)氣量
根據(jù)理想氣體方程式 PV=mRT，(P氣壓，單位Pa;V體積，單位m3;m氣體質(zhì)量單位kg;R氣體常數(shù)等于287;T氣體開(kāi)氏溫度，單位K，假設(shè)室內(nèi)溫度25℃，開(kāi)氏溫度為298K)
需補(bǔ)充空氣質(zhì)量m=(△P *V)/(R*T)= (20*15)/(287*298)=0.0035kg=3L
相對(duì)來(lái)說(shuō)風(fēng)淋室及傳遞箱的泄漏量較小(密閉良好的情況下)，可忽略不計(jì)。
4、工藝排風(fēng)泄漏風(fēng)量
工藝排風(fēng)泄漏風(fēng)量即為工藝排風(fēng)量。
以上四種泄漏風(fēng)量之和即為房間維持正壓所需的送風(fēng)量。
更為快速的計(jì)算方法
潔凈時(shí)正壓換氣次數(shù)(次/時(shí)) ，如表1 正壓換氣次數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表，通過(guò)此表，可以更快速的計(jì)算正壓送風(fēng)量。
表1 正壓換氣次數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表。
例，潔凈室要求正壓為20Pa(表中第四行)，潔凈室體積為100m3，潔凈室是有外窗、密閉性較好的潔凈室(表中第二列)，那么此潔凈室維持正壓所需的送風(fēng)量V=換氣次數(shù)2.5*100m3=250m3(不包括工藝排風(fēng))
為什么有時(shí)不能達(dá)到理想正壓?
1、新風(fēng)補(bǔ)充量不足：重新計(jì)算新風(fēng)需求量
2、泄漏量過(guò)大：找出泄漏原因，尋出解決方案
3、排風(fēng)量太大：主要是工藝排風(fēng)量超標(biāo)，重新計(jì)算
4、空調(diào)回風(fēng)量太大：重新調(diào)節(jié)風(fēng)量
簡(jiǎn)單計(jì)算法的應(yīng)用實(shí)例—在潔凈室建造中為投資方節(jié)約能源
合理的正壓值對(duì)潔凈室各項(xiàng)指標(biāo)的達(dá)標(biāo)及降低運(yùn)行成本是非常重要的。
半導(dǎo)體廠工程設(shè)備用電約占全廠用電的49%，冷動(dòng)機(jī)用電占工程設(shè)備用電的35%，潔凈室空氣處理機(jī)組用電占工程設(shè)備用電的23%。潔凈室正壓設(shè)定值越大，空氣處理機(jī)組送風(fēng)量越大，冷動(dòng)機(jī)負(fù)荷越高，降低電力的耗用，即減少資源的消耗與污染源的制造。所以基于以上分析可知潔凈室內(nèi)的正壓設(shè)定直接關(guān)系到廠區(qū)運(yùn)行成本。
以松江九亭高科區(qū)富士金上海松江工廠為例(FUJIKIN)2002年三月至七月，
該廠主要由一個(gè)150 m2的1000級(jí)潔凈室和一個(gè)100 m2的1級(jí)潔凈室組成，正壓設(shè)定值為50Pa，現(xiàn)以其1級(jí)潔凈室為例計(jì)算所需新風(fēng)量。
計(jì)算條件
面積100m2，層高3m，高架地板下部空間1m，F(xiàn)FU滿(mǎn)布加高架地板系統(tǒng)。窗9扇(1m x 1m)，門(mén)1扇(1m x 2.1m)，每小時(shí)開(kāi)啟一次，每次持續(xù)5秒，風(fēng)淋室一個(gè)，傳遞箱一個(gè)(1m3)，工藝排風(fēng)1000CMH，整個(gè)潔凈室氣密性良好，正壓設(shè)定為50Pa。
計(jì)算過(guò)程
1.縫隙泄漏風(fēng)量
V=(S1+S2)*3600*1.29*(△P)1/2
(0.01*1*4*9+0.02*1*2+0.02*2.1*2)*3600*50(1/2)*1.29 = 4642 m3/h
2.開(kāi)門(mén)泄漏風(fēng)量
Q=S3*1.29*(△P)1/2*t*n
(2.1*1)*(50 (1/2)*1.29)*5*1 = 109 m3/h
3.風(fēng)淋室和傳遞窗密閉良好，假設(shè)無(wú)漏風(fēng)
4.工藝排風(fēng)量為 1000CMH
控制50Pa正壓所需的新風(fēng)量為 4624+109+1000 = 5733 m3/h
若根據(jù)表1經(jīng)驗(yàn)值估算，控制50Pa正壓所需風(fēng)量為5.3*100*4 +1000= 3120m3/h
取大值5733 m3/h
實(shí)際余壓閥顯示正壓為65Pa
業(yè)主出于節(jié)能考慮，要求降低正壓至35Pa。
一、針對(duì)FFU風(fēng)速進(jìn)行改善
改善方式：
1、通過(guò)中控電腦，調(diào)整FFU馬達(dá)轉(zhuǎn)速降低(original: 1,300 rpm)
2、觀察潔凈室壓力值的變化(original: 65 Pa)
3、持續(xù)降低轉(zhuǎn)速直至壓力為45 Pa
4、記錄FFUzui后的轉(zhuǎn)速并觀察潔凈室壓力
二、針對(duì)(MAU)風(fēng)速進(jìn)行改善
改善方式：
1、通過(guò)中控電腦調(diào)整MAU馬達(dá)轉(zhuǎn)速(original:45Hz)
2、觀察潔凈室壓力值的變化(original: 45 Pa)
3、持續(xù)降低轉(zhuǎn)速直至壓力為35Pa
4、記錄MAUzui后的轉(zhuǎn)速，并觀察潔凈室壓力
三、zui終節(jié)能效果
1、降低FFU轉(zhuǎn)速
(1)FFU轉(zhuǎn)速由1,300 rpm降至1,100 rpm
(2)共計(jì)可節(jié)省FFU馬達(dá)耗電：62 Kw
2、降低MAU轉(zhuǎn)速
(1)調(diào)節(jié)潔凈室壓力至35Pa，MAU負(fù)載 由45 Hz降至 41 Hz
(2)共計(jì)可節(jié)省MAU馬達(dá)耗電：4 kW。
(3)降低潔凈室正壓同時(shí)可減少室外新風(fēng)(MA)供應(yīng)量以節(jié)省能源
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