二次回风在洁净空调中的应用

余 凯

厦门市闽工工程设备安装有限公司（361000）

0 前言

与舒适性空调相比，为了保证洁净车间生产环境的质量， 洁净空调不仅要控制洁净室内的温湿度，还要有效控制换气次数、房间压差及粉尘、微生物和有害气体的浓度等。 近年来随着科技不断进步，许多电子制造、医药生产、食品加工行业对生产环境的洁净度要求越来越高，洁净空调系统的能耗在整个洁净车间的生产运行能耗中占有越来越大的比重。 基于此，怎样在不影响产品质量的前提下降低能耗，已成为业界关注的焦点。

1 传统洁净空调系统

传统洁净空调系统主要由过滤段、表冷段、加热段、加湿段以及风机这五部分组成，其中空气的湿度控制主要通过表冷段、 加热以及加湿段来完成。在传统洁净空调系统运行过程中，不同季节具有不同的湿度控制方式。 冬季气候干燥，通过加湿段在空气中加入一定的水汽来达到加湿的目的。 夏季，空气湿润，通过表冷段来冷却除湿。 在除湿的过程中，空气的温度会下降到露点以下，处于相对于饱和的状态。空气中多余的水汽将会以水凝的状态析出，最后聚集在表冷盘管上，达到析水除湿效果。此外，空气的温度也会相应的降低。

传统的一次回风洁净空调系统虽然能够有效降低空气湿度， 但是在除湿的过程中附带降温效应，使空气的温度大幅度下降，这就需要加热段对空气进行加热升温，以满足室内送风温度要求。 在降低空气湿度的整个过程产生的冷量与热量相互抵消，造成能量消耗。

2 二次回风洁净空调系统

2.1 二次回风系统的方案构想

洁净空调工作的主要目的就在于控温控湿同时净化空气，这也是能源消耗的主要源头。 如果在进行空气除湿的过程中，仅仅把部分空气进行降温除湿处理，就能节省部分能源。 为了能够实现节能目的， 就要对传统洁净空调的系统结构进行改造——采用二次回风洁净空调系统[1]。

2.2 二次回风系统实施需要注意的技术难题

2.2.1 如何实现空气的部分降温除湿

在二次回风系统部分空气降温除湿过程中，需要注意控制二次回风的风量，并且使风量能够达到标准要求。 假设一次回风段的回风风量，只是析出少部分空气的水分，无法使车间内湿度与温度达到标准，如果一次回风段的回风风量太大，就完全背离了设置二次回风系统的节能初衷，不仅不能达到节能目的，还会在一定程度上造成投资浪费，为了能够满足二次回风控温控湿的目的，保证生产质量，就要设置动态的二次回风温湿度控制系统。

2.2.2 怎样控制空气的总体温度

为了能够实现部分空气降温除湿后再升温，送风温度达到生产需求，并且杜绝冷热抵消的能源浪费，就要增设一段二次回风段，替代原来的传统一次回风洁净空调系统的再加热段。2.3 二次回风洁净空调机组结构

图1 二次回风系统空气处理流程图

二次回风系统主要是在传统一次回风的洁净空调系统上多加了一段二次回风功能段及一次回风、二次回风电动风量调节阀。 电动风量调节阀的作用主要是调节一次回风量与二次回风量的配比。图1 所展示的为二次回风空气处理流程图，机组功能段为: 新风→初效过滤段→预冷表冷段→与一次回风混合段→初效过滤段→除湿表冷段→与二次回风混合段→初效过滤段→加热盘管段→加湿段→风机段→均流段→中效过滤段→送风段。 处理后，通过送风管由H13 高效风口送到洁净室内。

2.4 二次回风洁净空调系统的温湿度控制

2.4.1 湿度控制

在二次回风洁净空调系统运作的过程中，湿度控制主要是将新风与一次回风的混风经过除湿表冷处理之后，使整体温度降低到露点以下，通过这种方式使空气中的水分析出，达到除湿的目的。 除此之外，设置一次回风、二次回风电动风量调节阀的主要目的在于实现空调送风温度以及湿度的动态控制，在控制风量的同时还能够满足洁净车间所需要的标准[2]。

假设来说，如果室内空气的湿度较高，就要增加一次回风的风量，从而使空气中更多的水分能够凝结出来，达到车间所需要的空气湿度需求。 同样，如果空气的湿度较低，就要相应的降低一次回风的风量，从而使空气中的水分较少地凝结出来，通过这种方式来实现洁净空调动态的温湿度控制。

总而言之，在二次回风洁净空调系统的实际应用过程中，可以使用PID 控制器来控制系统中的一次回风与二次回风的电动风量调节阀的开度。 同时在除湿表冷器后设置温度传感器来检测冷盘后的温度是否降至室内状态点所对应的露点温度，并且利用系统中的温湿度变化数据作为PID 控制器的数据反馈，使洁净空调系统的工作更便捷。

在应用的过程中，如果检测到室内的回风温湿度达到上限值（以湿度优先），则通过PID 控制器的输出控制二次回风电动风阀的开度减少二次回风量，增加一次回风量，使更多的一次回风经过除湿表冷段降温，此时表冷后的温度传感器也控制冷冻水电动调节阀的开度， 达到析水降低湿度的目的。相反，如果检测到室内的回风温湿度达到下限值，可以调小一次回风电动阀开度，增大二次回风电动阀开度，以减少一次回风量，增加二次回风量，使少量的风能够实现除湿，同时在保证过表冷段后还能处理至露点温度的条件下，减少冷冻水电动调节阀的开度，达到节约冷源的同时控制湿度满足生产需求的目的。

在实际的应用过程中，如果PID 控制器的输出量到达一定程度，并且使所有的风都转变成二次回风，在此过程中假设室内回风湿度仍处于下限值，可以利用PID 控制器的输出量对加湿阀门进行控制，输出量与空气的加湿程度成正比，输出量越大，经过洁净空调的空气湿度就升得越高，相反则越低。

2.4.2 温度控制

在二次回风洁净空调系统运作的过程中，在温度这方面极易出现一个问题就是室内热负荷过小时，两部分风在混合完成之后，其温度并不能够达到所要求的标准，基于此，在对两部分风进行混合之后还要对其整体温度进行调节，此时的温度控制就需要加热盘管段来进行控制。 与湿度控制同理，在进行温度控制的过程中仍然可以应用PID 控制器进行控制，检测送风状态的温湿度。 如果空气需要升温，可以加大PID 控制器的输出量，加大加热盘管的加热量，使送风温度符合生产需求[3]。

2.5 二次回风洁净空调系统的性能分析

从上述分析可知，传统一次回风系统存在先冷却后加热、冷热抵消耗能的过程，二次回风系统具有减少冷热抵消的优势，用二次回风的热源来替代传统一次回风系统的再热器以节约系统制冷量与加热量。 当室内散湿量较小时，为了减小一次回风系统的能量损失，宜采用二次回风系统，特别是室内温度精度要求高、送风温差小、送风量较大的情况下，选用二次回风洁净空调系统的节能优势更加显著。 但二次回风系统存在夏季空气处理的机器露点更低、制冷机冷冻水的供水温度要更低、造成制冷系统运行效率下降的缺点，且二次回风系统控制逻辑相较于传统一次回风系统更加复杂，二次回风系统不仅要根据洁净室内压差调整新风量的大小，还要通过一定的PID 控制逻辑控制一次回风与二次回风电动风阀的开度，以达到满足室内送风温湿度的要求。 同时当室内湿负荷较大时，回风都处于一次回风的状态，那么二次回风洁净空调系统的运作机制则与传统洁净空调系统完全一致，也达不到节能的目的。

3 结语

与传统洁净空调系统相比，二次回风洁净空调系统需要增设二次回风电动风量调节阀及二次回风功能段，在一定程度上增加了洁净空调系统的投资成本， 但是二次回风不仅避免了再加热能耗，而且系统的耗冷量也相应降低。 实践证明，大部分企业在应用二次回风洁净空调系统后一到两年就能够回收成本。 站在长远的角度来看，应用二次回风系统的洁净空调还是比较划算的。