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如何簡單快速地計算潔凈室正壓送風(fēng)量
閱讀：3624發(fā)布時間：2016-12-26
在各種有關(guān)潔凈室的設(shè)計手冊中，對于潔凈室正壓的計算都列出了復(fù)雜的計算過程。那么對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單的計算方法?
在過去的30年里，潔凈室技術(shù)經(jīng)歷了快速的發(fā)展，在汽車工業(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，都已開發(fā)出了適合自己的潔凈室技術(shù)。無論何種潔凈室技術(shù)，都有些基本的原則和要求是大家所必須都要遵循的，比如說正壓控制。所有的潔凈室，可以有很多不同的標準和要求，但是如果沒有正壓，那么一切室內(nèi)環(huán)境標準和要求都沒有存在的基礎(chǔ)。
各種設(shè)計手冊中復(fù)雜的計算方法并不適合現(xiàn)場施工技術(shù)人員的需求，在我所參加的潔凈室建造項目中，基本上工程師們都在靠經(jīng)驗估算，并沒有比較準確而且又簡單的潔凈室正壓風(fēng)量計算方法。
簡單快速的正壓送風(fēng)量計算法
一個密閉良好的潔凈室，在使用過程中，主要的漏風(fēng)途徑有以下四種：
1) 門、窗縫隙的漏風(fēng);
2) 開門時的漏風(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)量計算
計算方法一：
v=1.29(△P)1/2
△V=S*v
△P：潔凈室內(nèi)外壓力差(Pa)
v：從縫隙處流過的風(fēng)速(m/s)
S：縫隙面積(m2)
V：通過縫隙的泄漏風(fēng)量(m3/h)
例：假設(shè)條件：房間正壓20pa，門縫長度3.6m，窗縫長度 40m，假設(shè)縫隙寬度0.01m
門縫隙面積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
計算方法二：
壓差法計算方式：
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—不嚴密處附加系數(shù)
2、開門的泄漏風(fēng)量
假設(shè)條件：房間正壓ΔP=20Pa，門面積S3=0.9*2.00=1.8m2，風(fēng)速v=1.29(△P)1/2=5.77m/s, 開啟次數(shù)n=1次/hr，開啟時間t=5s
泄漏風(fēng)量Q=S3*v*t*n=1.8*5.77*5*1*=51.93 m3/h
每小時開一次門，開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，密閉無縫隙
開閉順序為(1)開→ (1)關(guān)→ (2)開→ (2)關(guān)，如圖1風(fēng)淋室開閉順序圖
圖1 風(fēng)淋室開閉順序圖。
分析：以風(fēng)淋室為例
(1)開時A/S內(nèi)壓力為常壓101325Pa
(1)關(guān)時A/S內(nèi)壓力為常壓101325Pa，保持不變
(2)開時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A/S內(nèi)壓力為常壓101325+20Pa,保持不變
結(jié)論：所以需要補充的空氣量為15m3的空間壓力變化為20Pa時的密閉空間的補氣量
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氣體開氏溫度，單位K，假設(shè)室內(nèi)溫度25℃，開氏溫度為298K)
需補充空氣質(zhì)量m=(△P *V)/(R*T)= (20*15)/(287*298)=0.0035kg=3L
相對來說風(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。
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。
更為快速的計算方法
潔凈時正壓換氣次數(shù)(次/時) ，如表1 正壓換氣次數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)表，通過此表，可以更快速的計算正壓送風(fēng)量。
表1 正壓換氣次數(shù)經(jīng)驗數(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))
為什么有時不能達到理想正壓?
1、新風(fēng)補充量不足：重新計算新風(fēng)需求量
2、泄漏量過大：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，重新計算
4、空調(diào)回風(fēng)量太大：重新調(diào)節(jié)風(fēng)量
簡單計算法的應(yīng)用實例—在潔凈室建造中為投資方節(jié)約能源
合理的正壓值對潔凈室各項指標的達標及降低運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%，冷動機用電占工程設(shè)備用電的35%，潔凈室空氣處理機組用電占工程設(shè)備用電的23%。潔凈室正壓設(shè)定值越大，空氣處理機組送風(fēng)量越大，冷動機負荷越高，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150 m2的1000級潔凈室和一個100 m2的1級潔凈室組成，正壓設(shè)定值為50Pa，現(xiàn)以其1級潔凈室為例計算所需新風(fēng)量。
計算條件
面積100m2，層高3m，高架地板下部空間1m，F(xiàn)FU滿布加高架地板系統(tǒng)。窗9扇(1m x 1m)，門1扇(1m x 2.1m)，每小時開啟一次，每次持續(xù)5秒，風(fēng)淋室一個，傳遞箱一個(1m3)，工藝排風(fēng)1000CMH，整個潔凈室氣密性良好，正壓設(shè)定為50Pa。
計算過程
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.開門泄漏風(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FFU風(fēng)速進行改善
改善方式：
1、通過中控電腦，調(diào)整FFU馬達轉(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(MAU)風(fēng)速進行改善
改善方式：
1、通過中控電腦調(diào)整MAU馬達轉(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)共計可節(jié)省FFU馬達耗電：62 Kw
2、降低MAU轉(zhuǎn)速
(1)調(diào)節(jié)潔凈室壓力至35Pa，MAU負載 由45 Hz降至 41 Hz
(2)共計可節(jié)省MAU馬達耗電：4 kW。
(3)降低潔凈室正壓同時可減少室外新風(fēng)(MA)供應(yīng)量以節(jié)省能源
在過去的30年里，潔凈室技術(shù)經(jīng)歷了快速的發(fā)展，在汽車工業(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，都已開發(fā)出了適合自己的潔凈室技術(shù)。無論何種潔凈室技術(shù)，都有些基本的原則和要求是大家所必須都要遵循的，比如說正壓控制。所有的潔凈室，可以有很多不同的標準和要求，但是如果沒有正壓，那么一切室內(nèi)環(huán)境標準和要求都沒有存在的基礎(chǔ)。
各種設(shè)計手冊中復(fù)雜的計算方法并不適合現(xiàn)場施工技術(shù)人員的需求，在我所參加的潔凈室建造項目中，基本上工程師們都在靠經(jīng)驗估算，并沒有比較準確而且又簡單的潔凈室正壓風(fēng)量計算方法。
簡單快速的正壓送風(fēng)量計算法
一個密閉良好的潔凈室，在使用過程中，主要的漏風(fēng)途徑有以下四種：
1) 門、窗縫隙的漏風(fēng);
2) 開門時的漏風(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)量計算
計算方法一：
v=1.29(△P)1/2
△V=S*v
△P：潔凈室內(nèi)外壓力差(Pa)
v：從縫隙處流過的風(fēng)速(m/s)
S：縫隙面積(m2)
V：通過縫隙的泄漏風(fēng)量(m3/h)
例：假設(shè)條件：房間正壓20pa，門縫長度3.6m，窗縫長度 40m，假設(shè)縫隙寬度0.01m
門縫隙面積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
計算方法二：
壓差法計算方式：
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—不嚴密處附加系數(shù)
2、開門的泄漏風(fēng)量
假設(shè)條件：房間正壓ΔP=20Pa，門面積S3=0.9*2.00=1.8m2，風(fēng)速v=1.29(△P)1/2=5.77m/s, 開啟次數(shù)n=1次/hr，開啟時間t=5s
泄漏風(fēng)量Q=S3*v*t*n=1.8*5.77*5*1*=51.93 m3/h
每小時開一次門，開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，密閉無縫隙
開閉順序為(1)開→ (1)關(guān)→ (2)開→ (2)關(guān)，如圖1風(fēng)淋室開閉順序圖
圖1 風(fēng)淋室開閉順序圖。
分析：以風(fēng)淋室為例
(1)開時A/S內(nèi)壓力為常壓101325Pa
(1)關(guān)時A/S內(nèi)壓力為常壓101325Pa，保持不變
(2)開時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A/S內(nèi)壓力為常壓101325+20Pa,保持不變
結(jié)論：所以需要補充的空氣量為15m3的空間壓力變化為20Pa時的密閉空間的補氣量
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氣體開氏溫度，單位K，假設(shè)室內(nèi)溫度25℃，開氏溫度為298K)
需補充空氣質(zhì)量m=(△P *V)/(R*T)= (20*15)/(287*298)=0.0035kg=3L
相對來說風(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。
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。
更為快速的計算方法
潔凈時正壓換氣次數(shù)(次/時) ，如表1 正壓換氣次數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)表，通過此表，可以更快速的計算正壓送風(fēng)量。
表1 正壓換氣次數(shù)經(jīng)驗數(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))
為什么有時不能達到理想正壓?
1、新風(fēng)補充量不足：重新計算新風(fēng)需求量
2、泄漏量過大：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，重新計算
4、空調(diào)回風(fēng)量太大：重新調(diào)節(jié)風(fēng)量
簡單計算法的應(yīng)用實例—在潔凈室建造中為投資方節(jié)約能源
合理的正壓值對潔凈室各項指標的達標及降低運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%，冷動機用電占工程設(shè)備用電的35%，潔凈室空氣處理機組用電占工程設(shè)備用電的23%。潔凈室正壓設(shè)定值越大，空氣處理機組送風(fēng)量越大，冷動機負荷越高，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150 m2的1000級潔凈室和一個100 m2的1級潔凈室組成，正壓設(shè)定值為50Pa，現(xiàn)以其1級潔凈室為例計算所需新風(fēng)量。
計算條件
面積100m2，層高3m，高架地板下部空間1m，F(xiàn)FU滿布加高架地板系統(tǒng)。窗9扇(1m x 1m)，門1扇(1m x 2.1m)，每小時開啟一次，每次持續(xù)5秒，風(fēng)淋室一個，傳遞箱一個(1m3)，工藝排風(fēng)1000CMH，整個潔凈室氣密性良好，正壓設(shè)定為50Pa。
計算過程
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.開門泄漏風(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FFU風(fēng)速進行改善
改善方式：
1、通過中控電腦，調(diào)整FFU馬達轉(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(MAU)風(fēng)速進行改善
改善方式：
1、通過中控電腦調(diào)整MAU馬達轉(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)共計可節(jié)省FFU馬達耗電：62 Kw
2、降低MAU轉(zhuǎn)速
(1)調(diào)節(jié)潔凈室壓力至35Pa，MAU負載 由45 Hz降至 41 Hz
(2)共計可節(jié)省MAU馬達耗電：4 kW。
(3)降低潔凈室正壓同時可減少室外新風(fēng)(MA)供應(yīng)量以節(jié)省能源
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