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净化空调系统(MAU及前端制冷设备)组成详解

ins518 2025-05-05 16:12:26 技术文章 10 ℃ 0 评论

以下内容全面涵盖了 MAU 功能段以及前端制冷设备的详尽组成、参数以及协同工作原理。倘若存在不足之处,烦请予以指正并说明。


一、前端制冷设备

1. 冷冻机(Chiller)

  • 作用:为MAU表冷段提供低温冷冻水(7℃供水/12℃回水),通过制冷循环(压缩、冷凝、节流、蒸发)吸收新风热量。
  • 设备参数
    • 离心式:适用于大冷量(>1000kW),COP≥5.5。
    • 螺杆式:中大型冷量(200~2000kW),COP≥4.8。
    • 涡旋式:小型冷量(<500kW),COP≥3.5。
    • 制冷量:根据MAU需求设计,例如MAU表冷段需1000kW制冷量时,冷冻机需选1200kW(含10%~20%冗余)。
    • 类型
    • 冷媒:R134a、R410A(环保冷媒)。
    • 进出水温度:标准工况7℃供水,12℃回水(温差5℃)。
    • 功率:例如1200kW制冷量离心机组,电机功率约220kW。

2. 冷冻水泵(Chilled Water Pump)

  • 作用:驱动冷冻水在冷冻机与MAU表冷段之间循环,保障冷冻水系统的流速与换热效率。
  • 设备参数
    • 流量:根据制冷量计算,公式:

示例:1200kW制冷量、温差5℃时,流量约206m^3/h。

  • 扬程:根据管路阻力(冷冻机+MAU+管道+阀件),通常25~40m。
  • 功率:例如流量206m^3/h、扬程30m时,功率约30kW(变频控制)。
  • 材质:铸铁泵体,不锈钢叶轮(防腐蚀)。


3. 冷却水泵(Cooling Water Pump)

  • 作用:驱动冷却水在冷冻机冷凝器与冷却塔之间循环,为冷凝器散热提供动力。
  • 设备参数
    • 流量:根据冷凝器散热量计算,公式:


示例:冷凝热量1400kW、温差5℃时,流量约240m^3/h。

  • 扬程:根据冷却塔高度及管路阻力,通常20~35m。
  • 功率:例如流量240m^3/h、扬程25m时,功率约25kW(变频控制)。
  • 材质:耐腐蚀材质(如不锈钢或FRP),适应冷却水含杂质环境。


4. 冷却塔(Cooling Tower)

  • 作用:通过水-空气换热将冷冻机冷凝器的热量排至大气,维持冷却水温度。
  • 设备参数
    • 开式横流塔:成本低,易维护,耗水量大。
    • 闭式冷却塔:水质洁净,适合精密系统,成本高。
    • 散热能力:需匹配冷冻机冷凝热(制冷量+压缩机功耗)。
      示例:1200kW制冷机冷凝热约1400kW。
    • 类型
    • 进出水温度:标准工况32℃进水,37℃出水(温差5℃)。
    • 风机功率:例如1400kW冷却塔,风机功率约15kW。
    • 补水量:开式塔约循环水量的2%~3%(蒸发+飘水)。

二、净化空调机组(MAU)功能段详解

1. 新风入口段(Fresh Air Intake Section)

  • 作用:引入室外新风,配置防雨百叶和初效过滤棉,防止大颗粒污染物进入。
  • 设备参数
    • 风量:10万CMH。
    • 初效预过滤棉等级:G2、G3。

2. 初效过滤段(Primary Filter Section)

  • 作用:拦截新风中的灰尘、花粉等颗粒物,保护后续设备。
  • 设备参数
    • 过滤等级:G4(EN779标准,过滤效率≥90%)。
    • 过滤器形式:袋式或板式,容尘量≥300g/m^2。
    • 压差监控:安装压差计,报警值≥150Pa时更换。

3. 预热段(Pre-heating Section)

  • 作用:在低温环境(如冬季)对新风预加热,防止后续表冷段结冰。
  • 设备参数

    • 加热量:10万CMH风量下,温差15℃时加热量约500kW。
    • 热源:
    • 热水盘管:60~90℃热水,铜管铝翅片材质。
    • 电加热:分档调节,功率密度1.5~2.5kW/m^2。
    • 控制逻辑:根据新风温度自动启停(如<5℃启动)。

4. 热回收段(Heat Recovery Section)(可选)

  • 作用:回收排风能量(显热/全热),降低新风处理能耗。
  • 设备参数
    • 转轮式:显热效率≥75%,全热效率≥65%。
    • 板式:显热效率≥60%,压损80~120Pa。
    • 类型
    • 材质:铝箔(显热回收)、高分子膜(全热回收)。
    • 旁通设计:过渡季节可关闭热回收,减少压损。

5. 表冷段(Cooling Coil Section)

  • 作用:通过冷冻水盘管对新风降温除湿,控制送风露点。
  • 设备参数
    • 制冷量:10万CMH风量下,制冷量约1000kW(温差15℃)。
    • 冷冻水流量:200m^3/h(供水7℃,回水12℃)。
    • 盘管排数:6~8排(深度除湿需求)。
    • 翅片间距:2.5~3.5mm(防积灰堵塞)。

6. 加热段(Re-heating Section)

  • 作用:对表冷后的空气再加热,精确控制送风温度。
  • 设备参数
    • 热水盘管:60~80℃热水,铜管不锈钢翅片。
    • 蒸汽盘管:0.2~0.6MPa饱和蒸汽。
    • 加热方式
    • 加热量:10万CMH风量下约300kW(升温7℃)。

7. 加湿段(Humidification Section)

  • 作用:通过蒸汽或高压喷雾增加空气湿度,满足洁净室湿度要求(如40%~60%RH)。
  • 设备参数
    • 加湿方式
    • 干蒸汽加湿:精度±5%RH,需配套蒸汽源(0.1~0.3MPa)。
    • 电极式加湿:自产蒸汽,功率密度6~10kW/kg/h。
    • 加湿量:10万CMH风量下约200kg/h(湿度提升20%)。

8. 风机段(Fan Section)

  • 作用:提供新风输送动力,克服系统阻力。
  • 设备参数
    • 额定风量:10万CMH(变频调节范围30%~110%)。
    • 全压:1200~1500Pa(含过滤器、盘管压损)。
    • 电机功率:110kW(后倾离心风机,效率≥85%)。
    • 减震设计:弹簧减震器+软连接,振动速度≤2.8mm/s。

9. 中效过滤段(Intermediate Filter Section)

  • 作用:保护末端高效过滤器(HEPA),延长其寿命。
  • 设备参数
    • 过滤等级:F8-F9(EN779标准,对应MERV 13-15)。
    • 过滤器形式:袋式或无隔板,容尘量≥500g/m^2。
    • 压差监控:报警值≥250Pa时更换。

10. 消声段(Acoustic Attenuator Section)(可选)

  • 作用:降低风机噪声,满足洁净室噪声要求(≤65dB(A))。
  • 设备参数
    • 消声器类型:阻抗复合式(中低频消声)。
    • 消声量:15~25dB(A)(125Hz~4kHz频段)。
    • 材质:玻璃棉+镀锌穿孔板(防火等级A级)。

11. 送风段(Supply Air Section)

  • 作用:连接风管将处理后的新风送入洁净室。
  • 参数
    • 出风口风速:8~12m/s(根据风管设计)。
    • 静压箱尺寸:根据风量定制(如10万CMH机组截面尺寸约3m×2m)。
    • 均流措施:配置导流板或多孔板,风速不均匀度≤15%。

三、系统协同工作流程

1. 制冷循环

  • 冷冻水循环
    冷冻机生成7℃冷冻水 → 冷冻水泵加压 → MAU表冷段换热 → 回水升温至12℃ → 返回冷冻机。
  • 冷却水循环
    冷却塔提供32℃冷却水 → 冷却水泵加压 → 冷冻机冷凝器吸热 → 回水升温至37℃ → 冷却塔散热后降温循环。

2. 空气处理流程

  1. 新风引入
    室外空气 → 防雨百叶 → G4初效过滤 → 预热段(低温时加热)。
  2. 热回收(可选)
    与排风换热 → 预冷/预热新风。
  3. 降温除湿
    表冷段冷冻水换热 → 空气降温至露点以下(如35℃→15℃)。
  4. 温湿度精调
    再热段控温 → 加湿段调节湿度 → 中效过滤。
  5. 送风
    风机加压 → 消声段降噪 → 送风段均流 → 洁净室。


四、关键系统参数示例(10万CMH风量场景)

设备/功能段

参数

冷冻机

制冷量1200kW,功率220kW,R134a冷媒

冷冻水泵

流量206m^3/h,扬程30m,功率30kW

冷却水泵

流量240m^3/h,扬程25m,功率25kW

冷却塔

散热能力1400kW,风机功率15kW

MAU表冷段

冷冻水流量200m^3/h,制冷量1000kW

MAU预热段

热水加热量500kW(60℃供水)

MAU加热段

热水加热量300kW(60℃供水)

MAU加湿段

干蒸汽加湿量200kg/h,精度±5%RH

MAU风机段

风量10万CMH,全压1200Pa,功率110kW


五、设计要点

1. 设备冗余与备份

  • 冷冻机:N+1备用(如3台机组按2用1备设计)。
  • 水泵:冷冻水泵与冷却水泵均需备用泵。
  • MAU风机:双电机配置或一用一备。

2. 节能设计

  • 变频控制:冷冻水泵、冷却水泵、风机均采用变频驱动。
  • 热回收优化:过渡季节旁通热回收段,减少压损能耗。
  • 冷凝水回收:表冷段冷凝水可用于冷却塔补水。

3. 控制逻辑

  • 温湿度控制
    • 根据洁净室反馈,PID调节冷冻水阀、加热阀、加湿阀开度。
    • 露点温度控制:表冷段出水温度与送风湿度联动。
  • 压差监控
    • 初效、中效过滤器压差超限报警。
    • 风机前后压差监测,预防风量衰减。

六、常见问题与解决方案

  1. 表冷段结冰
  2. 原因:预热不足或冷冻水流量过低。
  3. 措施:增设防冻开关,低温时预热段自动启动。
  4. 加湿段湿度波动
  5. 原因:蒸汽供应压力不稳定或传感器漂移。
  6. 措施:配置缓冲罐稳压,定期校准湿度传感器。
  7. 冷却塔飘水
  8. 原因:风速过高或填料堵塞。
  9. 措施:优化风机转速,定期清洗填料。

总结

本系统通过 前端制冷设备(冷冻机+水泵+冷却塔)MAU多级功能段 的深度协同,实现对新风的 高效过滤、精准温湿度控制及能量回收。设计需注重 参数匹配、冗余配置、智能控制,并针对实际应用场景(如电子厂、药厂)优化细节,确保洁净室环境稳定可靠。

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