洁净室循环风量的设计方法

摘要

本发明公开了一种洁净室循环风量的设计方法，先获取夏天和冬天的洁净室室外干球温度DB，然后对洁净室的面积和容积进行计算，并根据洁净室的洁净等级确定洁净室内循环风换气次数，将人员显热量、隔间显热量、引入外气显热量和渗透显热量进行叠加获取室内总显热量，计算洁净室内理论循环风量和克服室内显热需求风量，将理论循环风量和克服室内显热需求风量的进行比较，选择二者数值大者作为洁净室内循环风量，本发明获取的洁净室循环风量既能够满足洁净室压力大于室外压力，防止污染粒子进入洁净室造成污染的需求，还能够满足室内人员所需的新鲜空气量，保证了洁净室循环风量设计精确，避免出现循环风量不足或能源浪费的情况发生。

说明书

技术领域

本发明涉及洁净室设计技术领域，特别涉及一种洁净室循环风量的设计方法。

背景技术

空气线图(Psychometric Chart)是研究湿空气的一门科学，是用来研究空气的热力性质、物理特性及水蒸汽混合物的图表，具备分析各种状态下湿空气变化过程的功能。可直接分析各种湿空气经过调节的变化过程，做为暖通空调工程之热力及热流的分析与应用。

空气为多种气体如氮、氧、氩及二氧化碳等混合物以及水蒸气混合成的气体，为传递冷热最主要的媒介物，所有的空气调节处理过程是由干空气与水蒸汽所组成的混合物之状态变化过程，尤其对空气调节与冷冻工程(Air condition&Refrigeration)及空气净化(Air cleaning)之关系更为密切，故针对洁净室所需引入外气量之热力与热流计算与分析，应先了解空气的性质与变化过程。

空气线图(Psychrometric Chart)之曲线图表，乃是依据理想气体定律(Idealgas law)与道尔顿定律(Dalton’s law)之方程式所绘制而成的。其设计应用上常用之惯用公式乃是以标准空气状态下推导出来的应用公式。

(1).理想气体定律(Ideal gas law)

PV＝nRT＝NkT------------------------(1)；

式中∶

P∶压力。单位(atm或Nt/m2)；

V∶体积。单位(L或m3)；

n∶莫耳数。单位(mole)；

N∶分子数。6.02×1023(molecules/mole)；

R∶理想气体常数。8.317(Joule/(mole-k))；

k∶波兹曼常数。1.38×10-23(Joule/(molecules-k))；

T∶绝对温度(K)，且T＝273+t(摄氏温度，℃)；

波以耳定律Boyle's law、给吕萨克-查理定压定律Charlie's law,Gay-Lussac'sConstant pressure law、给吕萨克-查理定容定律Charlie's law,Gay-Lussac'sConstant volume law之三大定律来阐述，整合上述三定律可得理想气体状态方程式：

式中∶

P1、V1、T1∶过程变化前之压力、容积、温度。

P2、V2、T22∶过程变化后之压力、容积、温度。

(2).道尔顿Dalton’s law分压定律：

道尔顿分压定律阐述说明，道尔顿定律又称分压定律，例如，在一定之容积内之混和气体，是由氩(Ar)、氪(Kr)、氦(He)、氢(H)、氧(O2)、二氧化碳(CO2)、氮(N2)原子成分所组成，其总压力为各组成气体单独存在的压力的总和。此时，各组成气体之分压总和等于容积内之总压力。以下图来检视并讨论产生压力的气体行为，从分子观点，建立起道尔顿分压定律的具体图像。

PT＝PAr+PKr+He+H+O+CO2+N2-----------(3)

结果∶容积内之总压力为各组成气体单独存在的压力的总和。

空气可分为干空气(Dry Air)与湿空气(Moist Air)两种成分所组成，空气线图(Psychometric Chart)为空气在任何状态下所呈现的所有性质如：温度(干球温度、湿球温度、露点温度)、湿度(绝对湿度、相对湿度、湿度比)、热能(焓)、比容及水蒸气的分压力等之相互之间关系。故空气线图对研究空气性质与空气调节处理的学者或研究人员而言，是一种最有效、最方便及不可或缺的工具。

标准空气：

空气会随着温度、压力的变化，其体积、密度也随着发生变化。若把空气之干球温度为20℃、相对湿度为65％、大气压力为1atm(1atm≒0.1Mpa)及空气的密度为1.2kg/m3。此状态的空气称之为标准空气，许多有关空气的热力热流应用分析与计算公式，大部分是根据此标准空气之状态所推导出来的。

1、空气线图的分析及说明

空气线图在定压情况下，以大气热力性质绘制，又称湿空气线图。只要知道空气之两个独立参数，即可在空气线图上查出其它相对应的热力参数。

2、空气线图实际变化过程与相关参数概述，若以国际标准单位(SI制)表示∶

(1)DB:干球温度，一般标准温度计所读出的空气温度(℃)；

(2)WB:湿球温度，0℃以上时，温度计感应球包扎湿棉纱布，暴露于305PM(1000FPM)；

(5m/s)之气流，所量测到的温度(℃)；

(3)RH:相对湿度％，空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值；

(4)DP:露点温度，空气冷却至水蒸气开始凝结之温度(℃)；

(5)蒸汽压力∶水蒸汽蒸发时所呈现之压力(Pa)。

洁净室设计时，按照洁净室规范要求，洁净室压力大于室外压力是为了防止污染粒子进入洁净室造成污染，除了维持正压，还需满足室内人员所需的新鲜空气量。

因此，洁净室设计时，需要计算洁净室循环风量，使其满足洁净室上述需求，目前洁净室的循环风量设计都是利用经验值，根据洁净室的尺寸和登记，依据标准对循环风量进行经验值取值，这个取值是一个经验值，与实际需求存在较大误差，因此洁净室难以完全满足规范要求，还容易造成能源浪费。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种洁净室循环风量的设计方法，该洁净室循环风量的设计方法能够精确计算和确定洁净室循环风量，使得洁净室既能够有足够的正压力避免被污染，也可以满足室内人员对新鲜空气的需求。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种洁净室循环风量的设计方法，包括如下步骤：

步骤一：获取夏天和冬天的洁净室室外干球温度DB(℃)；

步骤二：计算洁净室的面积和容积：

洁净室底面积：长×宽(m

洁净室容积＝洁净室底面积×洁净室高(m

洁净室表面积＝长×高×2+宽×高×2+长×宽×2(m

步骤三：根据洁净室的洁净等级确定洁净室内循环风换气次数；

步骤四：计算室内总显热量：

室内总显热q

1.人员显热量＝人员数×每个人每小时显热量；

2.隔间显热量＝隔间底面积×热传导系数×ΔT；

热传导系数：查询洁净室设计标准查热传导系数表；

ΔT＝洁净室室外干球温度DB-洁净室内要求温度；

3.引入外气显热量＝0.29×CMH×ΔT；

0.29为在20℃标准空气的定压比热为0.24(kcal/kg.℃)÷0.833m

CMH为外气引入量，其计算步骤如下：

(1)需求正压外气风量计算如下：

a.在室内无开孔且无排气的完全气密情况下：

完全气密的外气风量＝洁净室表面积×需求正压量；

b.在室内有排气无开孔的情况下：

室内有排气的外气风量＝完全气密的外气风量+排气量；

排气量：由业主或者设计提供；

c.在室内有开孔无排气的情况下(即产生泄漏)：

产生泄漏量外气风量＝完全气密的外气风量+开孔泄漏量；

A1为间隙面积(m

E1为流量系数(通常0.3～0.5)；

Δp为室内外之压力差；

洁净室对应污染区域(非洁净室)，Δp取1.25mmAq；

洁净室共级区域对应共级区域，Δp取0.25～0.5mmAq；

r为标准空气的密度(1.2kg/m

g为重力加速度(9.8m/s

d.在室内有排气和开孔的情况下：

有排气和开孔的外气量＝完全气密的外气风量+排气量+开孔泄漏量；

(2)人员所需外气风量计算如下：

人员所需外气量＝人员数×每人每次所需新鲜空气量；

人员数：业主或者设计提供参数；

新鲜空气量：洁净室厂房设计规范GB-50073-2013查询；

(3)将前述步骤(1)中各种情况下计算获取的理论外气风量与前述步骤(2)中计算获取的人员所需外气风量进行数值比较，最终外气引入量CMH取二者中的大值；

4.渗透显热量＝0.29×CMH×ΔT；

步骤五：计算洁净室内循环风量：

(1)计算理论循环风量：

理论循环风量＝洁净室等级所需循环换气次数×洁净室容积；

(2)计算克服室内显热需求风量：

克服室内显热需求风量＝室内总显热/0.29×(洁净室内温度-送风温度)；

Q

Q

q

0.29为在20℃标准空气的定压比热为0.24(kcal/kg.℃)÷0.833m

T

12为一般设计进水温度；

盘管系数为一般冷盘管的BF≒0.2在V＝2.5m/s管排为4R-12F状况下，盘管系数为0.15；

(3)理论循环风量和克服室内显热需求风量的进行比较，选择二者数值大者作为洁净室内循环风量。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一中洁净室室外干球温度DB(℃)通过查洁净室设计手册GB 50019-2015查询中国主要城市外气象参数获取或者进行室外温度测量。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三中洁净室的洁净等级由业主或设计人员提供，根据洁净等级查询洁净室厂房设计规范GB50073-2013确定洁净室内循环风换气次数；

作为本发明的进一步改进，所述步骤四中的人员数由业主提供，每个人每小时显热量依据洁净室设计标准人员显热量表查询获得。

作为本发明的进一步改进，所述步骤四中洁净室内要求温度由业主或者设计者提供。

作为本发明的进一步改进，所述步骤四中需求正压量＝(Δp/h)×v×1.2；

式中∶

Δp为正压量变化(mmAq)

h为单位时间每小时(h)

ν为标准空气的比容(0.833m3/kg)

1.2为安全系数

作为本发明的进一步改进，所述步骤四中需求正压量依据NBS-209D推荐值取1.25mmAq。

作为本发明的进一步改进，设计EXCEL表格，将用于计算理论外气风量、人员所需外气风量、理论循环风量和克服室内显热需求风量的公式都以超链接的形式代入EXCEL表格中，在EXCEL表格中直接输出洁净室内循环风量。

本发明的有益技术效果是：本发明通过分情况需求正压计算外气风量和根据洁净室内人员所需外气风量进行比较，确定合理的外气风量，进而准确计算室内总显热量，然后通过理论计算循环风量和计算克服室内显热需求风量进行对比来最终确定合理的循环风量，该种方法获取的洁净室循环风量既能够满足洁净室压力大于室外压力，防止污染粒子进入洁净室造成污染的需求，还能够满足室内人员所需的新鲜空气量，保证了洁净室循环风量设计精确，避免出现误差，确保洁净室建成后正常使用，避免出现循环风量不足或能源浪费的情况发生。

附图说明

图1为本发明的外气风量计算流程图；

图2为本发明的现循环风量计算流程图；

图3为本发明实施例中洁净室冷房设计条件表；

图4为本发明实施例中需求外气风量计算表；

图5为本发明实施例中室内总显热量计算表；

图6为本发明实施例中第一洁净室冷房负荷计算基本条件分割表；

图7为本发明实施例中第二洁净室冷房负荷计算基本条件分割表；

图8为本发明实施例中第三洁净室冷房负荷计算基本条件分割表；

图9为本发明实施例中第四三洁净室冷房负荷计算基本条件分割表；

图10为本发明实施例中正压风量计算分割表；

图11为本发明实施例中设备，人员，照明，FFU等负荷量分割表；

图12为本发明实施例中隔间建筑材料负荷分割表；

图13为本发明实施例中第一外气引入量负荷分割表；

图14为为本发明实施例中第二外气引入量负荷分割表。

具体实施方式

实施例：一种洁净室循环风量的设计方法，具体步骤如下：

步骤一：通过查洁净室设计手册GB 50019-2015查询中国主要城市外气象参数或者进行室外温度测量，获取夏天和冬天的洁净室室外干球温度DB(℃)，将获取的洁净室室外干球温度数据填入表格中，如图3、图6所示；

步骤二：计算洁净室的面积和容积，将获取的洁净室尺寸参数填土表格中，如图3、图7所示：

洁净室底面积：长×宽(m

洁净室容积＝洁净室底面积×洁净室高(m

洁净室表面积＝长×高×2+宽×高×2+长×宽×2(m

步骤三：根据洁净室的洁净等级确定洁净室内循环风换气次数，洁净室的洁净等级由业主或设计人员提供，根据洁净等级查询洁净室厂房设计规范GB50073-2013确定洁净室内循环风换气次数，将洁净等级填入图3中的表格内，图3和图7的表格可以通过超链接与洁净室厂房设计规范GB50073-2013进行换算，直接跳出换气次数；

步骤四：计算室内总显热量：

室内总显热q

1.人员显热量＝人员数×每个人每小时显热量；

其中，人员数由业主提供，每个人每小时显热量依据洁净室设计标准人员显热量表查询获得，参考图11中数据；

2.隔间显热量＝隔间底面积×热传导系数×ΔT，具体实施数据如图12所示；

热传导系数：查询洁净室设计标准查热传导系数表；

ΔT＝洁净室室外干球温度DB-洁净室内要求温度；

3.引入外气显热量＝0.29×CMH×ΔT；

0.29为在20℃标准空气的定压比热为0.24(kcal/kg.℃)÷0.833m

CMH为外气引入量，其计算步骤如下，参考图1中流程图：

(1)需求正压外气风量计算如下：

a.在室内无开孔且无排气的完全气密情况下：

完全气密的外气风量＝洁净室表面积×需求正压量；

需求正压量＝(Δp/h)×v×1.2；

式中∶

Δp为正压量变化(mmAq)；

h为单位时间每小时(h)；

ν为标准空气的比容(0.833m3/kg)；

1.2为安全系数；

需求正压量依据NBS-209D推荐值取1.25mmAq；

b.在室内有排气无开孔的情况下：

室内有排气的外气风量＝完全气密的外气风量+排气量；

排气量：由业主或者设计提供；

c.在室内有开孔无排气的情况下(即产生泄漏)：

产生泄漏量外气风量＝完全气密的外气风量+开孔泄漏量；

A1为间隙面积(m

E1为流量系数(通常0.3～0.5)；

Δp为室内外之压力差；

洁净室对应污染区域(非洁净室)，Δp取1.25mmAq；

洁净室共级区域对应共级区域，Δp取0.25～0.5mmAq；

r为标准空气的密度(1.2kg/m

g为重力加速度(9.8m/s

d.在室内有排气和开孔的情况下：

有排气和开孔的外气量＝完全气密的外气风量+排气量+开孔泄漏量；

上述数据填入表格进行计算，如图4、图10所示；

(2)人员所需外气风量计算如下：

人员所需外气量＝人员数×每人每次所需新鲜空气量；

人员数：业主或者设计提供参数；

新鲜空气量：洁净室厂房设计规范GB-50073-2013查询；

人员所需外气量数据填入表格进行计算，如图5、图8所示；

(3)将前述步骤(1)中各种情况下计算获取的理论外气风量与前述步骤(2)中计算获取的人员所需外气风量进行数值比较，最终外气引入量CMH取二者中的大值；

4.渗透显热量＝0.29×CMH×ΔT；

步骤五：计算洁净室内循环风量，参考图2中流程图：

(1)计算理论循环风量：

理论循环风量＝洁净室等级所需循环换气次数×洁净室容积；

(2)计算克服室内显热需求风量，如图13、14所示：

克服室内显热需求风量＝室内总显热/0.29×(洁净室内温度-送风温度)；

Q

Q

q

0.29为在20℃标准空气的定压比热为0.24(kcal/kg.℃)÷0.833m

T

12为一般设计进水温度；

盘管系数为一般冷盘管的BF≒0.2在V＝2.5m/s管排为4R-12F状况下，盘管系数为0.15；

洁净室内要求温度由业主或者设计者提供；

(3)理论循环风量和克服室内显热需求风量的进行比较，选择二者数值大者作为洁净室内循环风量；

设计EXCEL表格，将用于计算理论外气风量、人员所需外气风量、理论循环风量和克服室内显热需求风量的公式都以超链接的形式代入EXCEL表格中，在EXCEL表格中直接输出洁净室内循环风量。