LCD 厂房新风处理空调箱的设计

2012-07-30徐方张俊

山西建筑 2012年9期

徐方张俊

(上海新晃空调设备股份有限公司，上海 200437)

2009年开始，国家提出大力发展高世代面板生产线。北京京东方8代线项目是我国首条第8代TFT-LCD生产线，该项目总占地面积约37 000 m2，玻璃基板2 200 mm×2 500 mm，主要生产从26″W到55″W液晶电视用显示屏。新风处理机组是整个空调系统中很重要的一部分，因为它将新风直接处理到合适的温湿度后送入所使用的房间，承担了处理新风的热负荷及湿负荷的重任。下面就北京京东方8代项目新风处理机组(MAU)的具体设计，谈一下设计时的注意事项及体会。

1 空气处理流程

1)夏季空气处理流程。夏季空气处理流程是通过二级表冷器将空气处理到绝对含湿量略低于房间值的状态后直接送风，空气处理流程及其对应状态点参数见图1，表1。

表1 夏季空气状态点

一级表冷器进出水是14℃/21℃的中温水，这降低了冷冻水主机的能耗。两级表冷器的水温差都是7℃，水温差大，水流量减小，这进一步减小了水泵的功率及输送管道的管径。针对大温差表冷器，在选型设计时要注意选用合理的水流程，以保证表冷器内合理的水流速，建议水流速在1 m/s～2 m/s之间。过低的水流速一方面会影响盘管的整体换热系数，另一方面易引起空调系统水力失衡，而且长期运行会加大水管内表面的污垢;而过高的水流速一方面会增加水阻力，另一方面会产生“气蚀”问题，加速铜管的磨损，影响盘管的使用寿命。本项目中一级表冷器采用了双流程，二级表冷器采用了单流程，水流速在1 m/s～1.2 m/s之间，都在合理的范围内。考虑到盘管使用数年后，水管表面会有污垢，在盘管选型计算时留有不少于5%的余量。

2)冬季空气处理流程图。冬季的空气处理是通过3个加热盘管加上水洗室来完成的。北京冬季温度较低，所以设置预热盘管进行防冻处理。一级加热后的空气进入水洗室加湿、除尘，然后经过再热盘管升温处理后送入室内。空气处理流程及其对应状态点参数见图2，表2。加热盘管设计时，主要还是注意水流速的控制，特别是预加热盘管，过低的水流速容易使盘管下方的铜管冻裂。相对加热盘管来讲水洗室的空气变化过程比较复杂，就本项目而言空气经历了一个增焓加湿的过程，下面以60000CMH机组为例谈一下水洗室的设计。

表2 冬季空气状态点

2 水洗室

水洗室的设计要求:新风量60000CMH，有效加湿量650 kg/h，热水热源:36℃/26℃，加湿的饱和效率不小于95%，SO2，H2S，NH3去除效率不小于75%。

2.1 水洗室热工计算

1)设计热工计算。需处理的空气量G=72 000 kg/h;当地的大气压强为:101 325 Pa;洁净室所需温湿度条件为:23℃，55%RH;洁净室内空气的绝对含湿量为:9.7 g/kg;通过焓湿图可查得:离开水洗段的空气条件为:14.3℃，95%RH;故需要处理的空气的终参数为:T2=14.3 ℃，Twb2=13.99 ℃，H2=38.778 kJ/kg;设水的初温为:Tw1=30℃;水换热后的终温为:Tw2=21℃;再考虑由于板换而导致热水加热盘管进水温度不能满足设计要求的最不利工况，设加热后进入水洗段的空气干球温度为:19.5℃，而新风绝对含湿量为:0.6 g/kg;故需要处理的空气的初参数为:T1=19.5 ℃，Twb1=6.35 ℃，H1=21.207 kJ/kg。

从文献［1］可知，热交换效率系数:

其中，Tw1为水的初温;Tw2为水的终温;Twb1为空气初状态湿球温度;Twb2为空气终状态湿球温度。

将数据代入式(1)中，计算出热交换效率系数:

接触系数:

其中，T1为空气初状态干球温度;T2为空气终状态干球温度。

将数据代入式(2)中，计算出接触系数:E2=97.64%。

热交换总量:

其中，G为空气质量流量，kg/h;H1为空气初状态焓值，kJ/kg;H2为空气终状态焓值，kJ/kg。

将数据代入式(3)中，计算出热交换总量:

由能量平衡方程:

可得:

其中，μ为水汽质量比;c为水的比热，在常温下为4.19 kJ/kg。将数据代入式(5)中，计算出水汽质量比:

2)设计校核计算。参考水洗室结构双排逆喷实验公式:热交换效率系数:

其中，A，m，n分别为实验得出的系数和指数，分别取0.745，0.07，0.265;vρ为空气质量流速，取 3 kg/(m2·s)。

将数据代入式(6)中，求得:μ =0.6。

说明选择水换热后的终温设计偏低，需校正。水的终温调整为:Tw2=22.5 ℃。

此时水汽质量比:μ =0.559。

热交换效率系数:E1=68.5%。

基于传统喷嘴的接触系数:

其中，A'，m'，n'均为实验得出的系数和指数，分别取 0.84，0.05，0.21。

将数据代入式(6)中，求得:

说明系统设计时空气与水的接触系数远高于传统喷嘴，这需要通过喷嘴的选择、喷雾颗粒的大小、结构设计等方法来实现。

2.2 水洗室喷嘴选择及相关设计

1)喷嘴选择。喷嘴为不锈钢自净式中空防堵型。根据加湿饱和效率及洗涤物质之直径为0.001 μm～0.1 μm不等，设置前排喷嘴和后排喷嘴之用途稍不相同。前排喷嘴以细化水颗粒为主要目标，后排喷嘴以补充接触和取代撞击为主要目标。综合考虑喷嘴雾化效果和杂质堵塞等因素，喷嘴选择口径为3.5 mm，喷雾粒径为150 μm～300 μm。2)喷嘴布置。水洗室采用双排逆喷的结构，单排喷嘴分布时应采用交叉错位排列，以确保水雾与空气的充分接触而无旁通，双排间距应不小于600 mm，喷嘴密度为10个/(m2·排)。3)集水管布置。通常循环管路根据集水管的位置分为上分管、中分管和下分管。实验证明，上分管和中分管形式系统各喷嘴喷雾压力较均匀。加之此次系统设计时管路中需配置水热交换器，需要足够的空间予以装配，故12万风量和10万风量机组集水管设计成中分管，其余机组集水管设计成上分管。4)填料层设计。该系统为增焓加湿系统，正如前面计算设计中讲到，需提高空气与水的接触效率，除了选择喷嘴的雾化颗粒范围，还在挡水板前增设热交换面积的填料层，该填料之特性如下:a.耐高温，在150℃条件下连续运行不变形，无异味;b.闭式结构不吸水，不支持细菌滋长;c.水和空气的接触面积提高10倍以上;d.足够的抗压强度，不变形，便于维护;e.压损小，抗紫外线;f.防止部分空气过饱和之蒸汽随气流进入下一功能段，带走热量且结露。

通过以上措施，增大了空气与水的接触面积，提高了空气与水的接触系数。

3 风机及弹簧减振器

风机是气流输送的关键部件，LCD厂房新风处理机组具有风量大、压头高的特点，京东方8代项目中80%的机组风量大于9万，最大风量达到12万，风机全压普遍在2 500 Pa～2 800 Pa之间。此次采用的是德国原装进口风机，通过了德国DIN 24166认证和美国AMCA认证。风机采用机翼型后倾叶片，批量化、模具化生产，机器人焊接，保证了风机节能高效，最高效率达到84%，并且风量风压准确性达到DIN 24166标准的1级。表3是现场调试时12万风量机组的实测结果，由于系统风管阻力不同，其余机组风量略有不同，波动在5%以内，都满足国标要求。

表3 1-4-MAU-AH-103机组现场测试结果

风机在设计时充分考虑了气流流动和气流扰动机理，将气流噪声降低到最低;同时在结构设计上确保结构构件的刚性和强度，将振动和共振降到最低限度。为了保证风机平稳运行，当空调设备在现场组装完毕后，由风机厂德国专家对风机进行校心，以保证风机与电机的同心度在允许范围内。由于风压较高，风机启动时会有后仰的动作，容易将出风口处软连接拉坏，所以在风机后部增设止退弹簧。

LCD厂房附近的空气中常含有SO2，H2S，NH3等腐蚀性气体，所以该项目风机的叶轮、机壳采用氟碳FC防腐涂层处理(厚度120 μm ～150 μm)，确保叶轮、机壳的使用寿命。

因为该LCD厂房的高技术性，对所有设备的振动要求超过了一般的建筑，要求新风处理机组中弹簧减振器的静态变形量为75 mm。项目中选用了大直径、大中径、高径比小的弹簧，具有应力小、抗疲劳强度高、使用寿命长等优点，并且在弹簧减震器底部加装了橡胶防滑垫，更好的隔离了振动和噪声的传递，见表4。