LCD 廠房新風(fēng)處理空調(diào)箱的設(shè)計(jì)

徐方 張俊

(上海新晃空調(diào)設(shè)備股份有限公司，上海 200437)

2009年開(kāi)始，國(guó)家提出大力發(fā)展高世代面板生產(chǎn)線。北京京東方8代線項(xiàng)目是我國(guó)首條第8代TFT-LCD生產(chǎn)線，該項(xiàng)目總占地面積約37 000 m2，玻璃基板2 200 mm×2 500 mm，主要生產(chǎn)從26″W到55″W液晶電視用顯示屏。新風(fēng)處理機(jī)組是整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中很重要的一部分，因?yàn)樗鼘⑿嘛L(fēng)直接處理到合適的溫濕度后送入所使用的房間，承擔(dān)了處理新風(fēng)的熱負(fù)荷及濕負(fù)荷的重任。下面就北京京東方8代項(xiàng)目新風(fēng)處理機(jī)組(MAU)的具體設(shè)計(jì)，談一下設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)及體會(huì)。

1 空氣處理流程

1)夏季空氣處理流程。夏季空氣處理流程是通過(guò)二級(jí)表冷器將空氣處理到絕對(duì)含濕量略低于房間值的狀態(tài)后直接送風(fēng)，空氣處理流程及其對(duì)應(yīng)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見(jiàn)圖1，表1。

表1 夏季空氣狀態(tài)點(diǎn)

一級(jí)表冷器進(jìn)出水是14℃/21℃的中溫水，這降低了冷凍水主機(jī)的能耗。兩級(jí)表冷器的水溫差都是7℃，水溫差大，水流量減小，這進(jìn)一步減小了水泵的功率及輸送管道的管徑。針對(duì)大溫差表冷器，在選型設(shè)計(jì)時(shí)要注意選用合理的水流程，以保證表冷器內(nèi)合理的水流速，建議水流速在1 m/s～2 m/s之間。過(guò)低的水流速一方面會(huì)影響盤(pán)管的整體換熱系數(shù)，另一方面易引起空調(diào)系統(tǒng)水力失衡，而且長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)加大水管內(nèi)表面的污垢;而過(guò)高的水流速一方面會(huì)增加水阻力，另一方面會(huì)產(chǎn)生“氣蝕”問(wèn)題，加速銅管的磨損，影響盤(pán)管的使用壽命。本項(xiàng)目中一級(jí)表冷器采用了雙流程，二級(jí)表冷器采用了單流程，水流速在1 m/s～1.2 m/s之間，都在合理的范圍內(nèi)。考慮到盤(pán)管使用數(shù)年后，水管表面會(huì)有污垢，在盤(pán)管選型計(jì)算時(shí)留有不少于5%的余量。

2)冬季空氣處理流程圖。冬季的空氣處理是通過(guò)3個(gè)加熱盤(pán)管加上水洗室來(lái)完成的。北京冬季溫度較低，所以設(shè)置預(yù)熱盤(pán)管進(jìn)行防凍處理。一級(jí)加熱后的空氣進(jìn)入水洗室加濕、除塵，然后經(jīng)過(guò)再熱盤(pán)管升溫處理后送入室內(nèi)?？諝馓幚砹鞒碳捌鋵?duì)應(yīng)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見(jiàn)圖2，表2。加熱盤(pán)管設(shè)計(jì)時(shí)，主要還是注意水流速的控制，特別是預(yù)加熱盤(pán)管，過(guò)低的水流速容易使盤(pán)管下方的銅管凍裂。相對(duì)加熱盤(pán)管來(lái)講水洗室的空氣變化過(guò)程比較復(fù)雜，就本項(xiàng)目而言空氣經(jīng)歷了一個(gè)增焓加濕的過(guò)程，下面以60000CMH機(jī)組為例談一下水洗室的設(shè)計(jì)。

表2 冬季空氣狀態(tài)點(diǎn)

2 水洗室

水洗室的設(shè)計(jì)要求:新風(fēng)量60000CMH，有效加濕量650 kg/h，熱水熱源:36℃/26℃，加濕的飽和效率不小于95%，SO2，H2S，NH3去除效率不小于75%。

2.1 水洗室熱工計(jì)算

1)設(shè)計(jì)熱工計(jì)算。需處理的空氣量G=72 000 kg/h;當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭?qiáng)為:101 325 Pa;潔凈室所需溫濕度條件為:23℃，55%RH;潔凈室內(nèi)空氣的絕對(duì)含濕量為:9.7 g/kg;通過(guò)焓濕圖可查得:離開(kāi)水洗段的空氣條件為:14.3℃，95%RH;故需要處理的空氣的終參數(shù)為:T2=14.3 ℃，Twb2=13.99 ℃，H2=38.778 kJ/kg;設(shè)水的初溫為:Tw1=30℃;水換熱后的終溫為:Tw2=21℃;再考慮由于板換而導(dǎo)致熱水加熱盤(pán)管進(jìn)水溫度不能滿足設(shè)計(jì)要求的最不利工況，設(shè)加熱后進(jìn)入水洗段的空氣干球溫度為:19.5℃，而新風(fēng)絕對(duì)含濕量為:0.6 g/kg;故需要處理的空氣的初參數(shù)為:T1=19.5 ℃，Twb1=6.35 ℃，H1=21.207 kJ/kg。

從文獻(xiàn)［1］可知，熱交換效率系數(shù):

其中，Tw1為水的初溫;Tw2為水的終溫;Twb1為空氣初狀態(tài)濕球溫度;Twb2為空氣終狀態(tài)濕球溫度。

將數(shù)據(jù)代入式(1)中，計(jì)算出熱交換效率系數(shù):

接觸系數(shù):

其中，T1為空氣初狀態(tài)干球溫度;T2為空氣終狀態(tài)干球溫度。

將數(shù)據(jù)代入式(2)中，計(jì)算出接觸系數(shù):E2=97.64%。

熱交換總量:

其中，G為空氣質(zhì)量流量，kg/h;H1為空氣初狀態(tài)焓值，kJ/kg;H2為空氣終狀態(tài)焓值，kJ/kg。

將數(shù)據(jù)代入式(3)中，計(jì)算出熱交換總量:

由能量平衡方程:

可得:

其中，μ為水汽質(zhì)量比;c為水的比熱，在常溫下為4.19 kJ/kg。將數(shù)據(jù)代入式(5)中，計(jì)算出水汽質(zhì)量比:

2)設(shè)計(jì)校核計(jì)算。參考水洗室結(jié)構(gòu)雙排逆噴實(shí)驗(yàn)公式:熱交換效率系數(shù):

其中，A，m，n分別為實(shí)驗(yàn)得出的系數(shù)和指數(shù)，分別取0.745，0.07，0.265;vρ為空氣質(zhì)量流速，取 3 kg/(m2·s)。

將數(shù)據(jù)代入式(6)中，求得:μ =0.6。

說(shuō)明選擇水換熱后的終溫設(shè)計(jì)偏低，需校正。水的終溫調(diào)整為:Tw2=22.5 ℃。

此時(shí)水汽質(zhì)量比:μ =0.559。

熱交換效率系數(shù):E1=68.5%。

基于傳統(tǒng)噴嘴的接觸系數(shù):

其中，A'，m'，n'均為實(shí)驗(yàn)得出的系數(shù)和指數(shù)，分別取 0.84，0.05，0.21。

將數(shù)據(jù)代入式(6)中，求得:

說(shuō)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)空氣與水的接觸系數(shù)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)噴嘴，這需要通過(guò)噴嘴的選擇、噴霧顆粒的大小、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 水洗室噴嘴選擇及相關(guān)設(shè)計(jì)

1)噴嘴選擇。噴嘴為不銹鋼自凈式中空防堵型。根據(jù)加濕飽和效率及洗滌物質(zhì)之直徑為0.001 μm～0.1 μm不等，設(shè)置前排噴嘴和后排噴嘴之用途稍不相同。前排噴嘴以細(xì)化水顆粒為主要目標(biāo)，后排噴嘴以補(bǔ)充接觸和取代撞擊為主要目標(biāo)。綜合考慮噴嘴霧化效果和雜質(zhì)堵塞等因素，噴嘴選擇口徑為3.5 mm，噴霧粒徑為150 μm～300 μm。2)噴嘴布置。水洗室采用雙排逆噴的結(jié)構(gòu)，單排噴嘴分布時(shí)應(yīng)采用交叉錯(cuò)位排列，以確保水霧與空氣的充分接觸而無(wú)旁通，雙排間距應(yīng)不小于600 mm，噴嘴密度為10個(gè)/(m2·排)。3)集水管布置。通常循環(huán)管路根據(jù)集水管的位置分為上分管、中分管和下分管。實(shí)驗(yàn)證明，上分管和中分管形式系統(tǒng)各噴嘴噴霧壓力較均勻。加之此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)管路中需配置水熱交換器，需要足夠的空間予以裝配，故12萬(wàn)風(fēng)量和10萬(wàn)風(fēng)量機(jī)組集水管設(shè)計(jì)成中分管，其余機(jī)組集水管設(shè)計(jì)成上分管。4)填料層設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)為增焓加濕系統(tǒng)，正如前面計(jì)算設(shè)計(jì)中講到，需提高空氣與水的接觸效率，除了選擇噴嘴的霧化顆粒范圍，還在擋水板前增設(shè)熱交換面積的填料層，該填料之特性如下:a.耐高溫，在150℃條件下連續(xù)運(yùn)行不變形，無(wú)異味;b.閉式結(jié)構(gòu)不吸水，不支持細(xì)菌滋長(zhǎng);c.水和空氣的接觸面積提高10倍以上;d.足夠的抗壓強(qiáng)度，不變形，便于維護(hù);e.壓損小，抗紫外線;f.防止部分空氣過(guò)飽和之蒸汽隨氣流進(jìn)入下一功能段，帶走熱量且結(jié)露。

通過(guò)以上措施，增大了空氣與水的接觸面積，提高了空氣與水的接觸系數(shù)。

3 風(fēng)機(jī)及彈簧減振器

風(fēng)機(jī)是氣流輸送的關(guān)鍵部件，LCD廠房新風(fēng)處理機(jī)組具有風(fēng)量大、壓頭高的特點(diǎn)，京東方8代項(xiàng)目中80%的機(jī)組風(fēng)量大于9萬(wàn)，最大風(fēng)量達(dá)到12萬(wàn)，風(fēng)機(jī)全壓普遍在2 500 Pa～2 800 Pa之間。此次采用的是德國(guó)原裝進(jìn)口風(fēng)機(jī)，通過(guò)了德國(guó)DIN 24166認(rèn)證和美國(guó)AMCA認(rèn)證。風(fēng)機(jī)采用機(jī)翼型后傾葉片，批量化、模具化生產(chǎn)，機(jī)器人焊接，保證了風(fēng)機(jī)節(jié)能高效，最高效率達(dá)到84%，并且風(fēng)量風(fēng)壓準(zhǔn)確性達(dá)到DIN 24166標(biāo)準(zhǔn)的1級(jí)。表3是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)12萬(wàn)風(fēng)量機(jī)組的實(shí)測(cè)結(jié)果，由于系統(tǒng)風(fēng)管阻力不同，其余機(jī)組風(fēng)量略有不同，波動(dòng)在5%以內(nèi)，都滿足國(guó)標(biāo)要求。

表3 1-4-MAU-AH-103機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了氣流流動(dòng)和氣流擾動(dòng)機(jī)理，將氣流噪聲降低到最低;同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛性和強(qiáng)度，將振動(dòng)和共振降到最低限度。為了保證風(fēng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，當(dāng)空調(diào)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)組裝完畢后，由風(fēng)機(jī)廠德國(guó)專家對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行校心，以保證風(fēng)機(jī)與電機(jī)的同心度在允許范圍內(nèi)。由于風(fēng)壓較高，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)有后仰的動(dòng)作，容易將出風(fēng)口處軟連接拉壞，所以在風(fēng)機(jī)后部增設(shè)止退彈簧。

LCD廠房附近的空氣中常含有SO2，H2S，NH3等腐蝕性氣體，所以該項(xiàng)目風(fēng)機(jī)的葉輪、機(jī)殼采用氟碳FC防腐涂層處理(厚度120 μm ～150 μm)，確保葉輪、機(jī)殼的使用壽命。

因?yàn)樵揕CD廠房的高技術(shù)性，對(duì)所有設(shè)備的振動(dòng)要求超過(guò)了一般的建筑，要求新風(fēng)處理機(jī)組中彈簧減振器的靜態(tài)變形量為75 mm。項(xiàng)目中選用了大直徑、大中徑、高徑比小的彈簧，具有應(yīng)力小、抗疲勞強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并且在彈簧減震器底部加裝了橡膠防滑墊，更好的隔離了振動(dòng)和噪聲的傳遞，見(jiàn)表4。

表4 1-4-MAU-AH-103機(jī)組減振計(jì)算

4 結(jié)語(yǔ)

LCD廠房新風(fēng)處理機(jī)組具有風(fēng)量大、風(fēng)壓高、空氣處理流程復(fù)雜等特點(diǎn)，在選型設(shè)計(jì)時(shí)要注重機(jī)組運(yùn)行性能的穩(wěn)定性和可靠性，從盤(pán)管到風(fēng)機(jī)的選型都要留有一定的能力富余。細(xì)節(jié)方面要設(shè)置防凍措施、控制合理的水流速，水洗室要優(yōu)化選擇噴嘴及合理布置噴嘴，直聯(lián)風(fēng)機(jī)要現(xiàn)場(chǎng)校心及設(shè)置有效的減振裝置。

［1］路延魁.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

［2］陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］陸冬梅.轉(zhuǎn)輪全熱交換器對(duì)空調(diào)箱運(yùn)行能耗的影響［J］.山西建筑，2010(9):192-194.