MAU + FFU+ DC 系統(tǒng)中如何合理確定FFU 靜壓箱相對壓力值

對目前潔凈空調(diào)MAU+FFU+DC 系統(tǒng)中FFU 靜壓箱的相對壓力進(jìn)行了分析討論。并通過理論計(jì)算，提出了合理的設(shè)計(jì)參考值。由此得出了類似系統(tǒng)中干盤管風(fēng)壓阻力的合理設(shè)計(jì)值。

關(guān)鍵詞 MAU+FFU+DC；靜壓箱；壓力；風(fēng)壓阻力；干盤管

MAU + FFU+ DC 系統(tǒng)即是組合式新風(fēng)機(jī)組（Make-up Air Unit）+ 風(fēng)機(jī)過濾器單元（Fan Fil- ter Unit）+ 干盤管（Dry coil）系統(tǒng)。最常見的形式如圖 1 所示。

圖 1 MAU+FFU+DC 系統(tǒng)圖

由于其具有溫度分區(qū)域控制、布局靈活、FFU 負(fù)壓密封、節(jié)約回風(fēng)輸送能等特點(diǎn)，十分適合電子廠房熱濕比大（熱負(fù)荷極大、而散熱量小）、回風(fēng)量大、大面積凈化的特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用在電子潔凈廠房設(shè)計(jì)中。在實(shí)際設(shè)計(jì)、工程安裝過程中，筆者接觸這類系統(tǒng)也不少，發(fā)現(xiàn)目前很多類似項(xiàng)目在設(shè)計(jì)工程中缺乏明確的依據(jù)、數(shù)據(jù)作為參考（規(guī)范沒有詳細(xì)的規(guī)定及要求），甚至很多項(xiàng)目存在設(shè)計(jì)與規(guī)范有抵觸的現(xiàn)象。因此，有必要對一些問題做進(jìn)一步探討。

1 FFU靜壓箱內(nèi)壓力問題

1.1負(fù)壓形成的主要因素

FFU 上部靜壓箱相對于室內(nèi)為負(fù)壓，可起到負(fù)壓密封的作用。這也是FFU 系統(tǒng)的一個(gè)公認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然在MAU+FFU+DC 亦是如此。

但是，一般工程項(xiàng)目中FFU 靜壓箱相對于室外亦是負(fù)壓（為此筆者曾做過測試 ）。特別是

MAU+FFU+DC 系統(tǒng)中FFU 靜壓箱內(nèi)，由于回風(fēng)經(jīng)過干盤管，存在較大風(fēng)壓損失（有資料或者普遍認(rèn)為 30  Pa  ~50  Pa[1 ]，第 2 節(jié)將做具體分析）；在保證室內(nèi)一定正壓值的情況下（如按照規(guī)范潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)不小于 10 Pa）勢必造成FFU 靜壓箱內(nèi)相對于室外成負(fù)壓。例如：若潔凈室內(nèi)保證+10 Pa（相對室外非潔凈區(qū)），回風(fēng)孔板和回風(fēng)夾道風(fēng)壓損失 5 Pa，若干盤管風(fēng)壓損失為 40 Pa，則可知靜壓箱內(nèi)壓力為- 35  Pa（相對室外非潔凈區(qū)）。

    因此，我們可得到一個(gè)結(jié)論，同時(shí)也有一個(gè)問題。第一，造成靜壓箱內(nèi)負(fù)壓的主要原因是干盤管的風(fēng)壓損失（回風(fēng)夾道和孔板阻力損失相對小得多）。第二，靜壓箱內(nèi)（相對室外非潔凈區(qū)）負(fù)壓是否合理？

1.2對靜壓箱內(nèi)負(fù)壓的討論

FFU 上部靜壓箱相對于室內(nèi)為負(fù)壓，可起到負(fù)壓密封的作用，這對保證潔凈區(qū)內(nèi)的潔凈度無疑是起積極作用的。但是相對于室外非潔凈區(qū)（一般是技術(shù)夾層）為負(fù)壓，必然導(dǎo)致室外空氣直接泄漏到靜壓箱內(nèi)，影響FFU 過濾器使用壽命，這無疑是有害的或者叫做不利因素。

這種情況，其實(shí)就相當(dāng)于將FFU 置于負(fù)壓段（相對室外非潔凈區(qū)）。這與 GB 50073-2001《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》條款有所沖突。

其一，第 6 . 4 . 1 條規(guī)定中效（高中效）空氣過濾器宜集中設(shè)置在空調(diào)系統(tǒng)的正壓段，其原因是因?yàn)榭紤]到負(fù)壓段易漏氣（見條文說明）；何況FFU內(nèi)一般都是高效或者超高效過濾器。

其二， MAU+FFU+DC 系統(tǒng)新風(fēng)，都是經(jīng)過高效過濾器過濾后與潔凈回風(fēng)在靜壓箱內(nèi)混合，說明靜壓箱內(nèi)仍然是潔凈區(qū)，至少是準(zhǔn)潔凈區(qū)（這個(gè)可以通過計(jì)算可知）。第 6.2.2 要求，不同等級的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的壓差，應(yīng)不小于5 Pa，潔凈區(qū)

與室外的壓差，應(yīng)不小于 10 Pa。

在工程設(shè)計(jì)中，必須從經(jīng)濟(jì)性（包括造價(jià)與運(yùn)行）、先進(jìn)性（技術(shù)方面）、節(jié)能等多方面加以綜合比較，才能得出合理與否。不能單純從某一方面去看，大多數(shù)設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)中規(guī)范在選擇技術(shù)手段、確定某個(gè)參數(shù)的時(shí)候都是遵循這個(gè)原則的，因此，

FFU靜壓箱內(nèi)相對于室外成一定的負(fù)壓具有合理的（見下面具體的計(jì)算分析），這也與工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是一致的。問題關(guān)鍵是如何確定這個(gè)負(fù)壓值？我們暫且稱為經(jīng)濟(jì)值，這個(gè)值的合理性、經(jīng)濟(jì)性才是我們最關(guān)心的。

下面先舉一個(gè)具體的例子。某項(xiàng)目采用MAU+FFU+DC 系統(tǒng)，其中一個(gè)房間的參數(shù)如表 1

所列，房間空調(diào)設(shè)備布局如圖 2 所示。

很明顯如果遵照規(guī)范，F(xiàn)FU 上部靜壓箱相對于室外不能為負(fù)壓，而且還應(yīng)該保證應(yīng)不小于10 Pa的正壓。

假定潔凈室內(nèi)為 1 5 P a （相對室外非潔凈區(qū)），反推一下，要保證靜壓箱內(nèi)為 10 Pa（相對室外），則回風(fēng)干盤管、回風(fēng)夾道、地格柵風(fēng)壓損失之和必須小于等于5 Pa。若先不考慮回風(fēng)夾道及地格柵損失，僅以干盤管阻力損失為 5 Pa 計(jì)算（計(jì)算方法見本文第 2  節(jié)）， 得出迎面風(fēng)速約為 0 . 3 4 kg/(m2.s)，按此風(fēng)速，從新選擇干盤管，則至少需要13臺相同型號的干盤管,是原設(shè)計(jì)的3倍多。而要保證如此小的壓力損失，地格柵（回風(fēng)有效） 面積、回風(fēng)夾道面積也必然大大增加。

從上例看出，如果依照規(guī)范保持靜壓箱內(nèi)正壓，這種情況必然會造成初投資極大增加，凈化面積減少（回風(fēng)夾道增加），使得MAU+FFU+DC系統(tǒng)造價(jià)更加昂貴，也不利于MAU+FFU+DC 系統(tǒng)的推廣使用，因此這是十分不合理的。

規(guī)范第 6.4.1 條規(guī)定條文說明，因?yàn)榭紤]到負(fù)壓段易漏氣，影響過濾器使用壽命。一般國內(nèi)潔凈室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以初、中、高效過濾器配置的系統(tǒng)，使用壽命也僅在 1~3 年[2]。因此，如果所漏入靜壓內(nèi)風(fēng)量，使FFU 過濾器使用壽命能在正常設(shè)計(jì)壽命范圍內(nèi)，筆者認(rèn)為這個(gè)泄漏風(fēng)量就是可以接受的。在 1.3 節(jié)將具體做詳細(xì)計(jì)算分析。

既然如此，筆者認(rèn)為，此處壓差值的設(shè)定可不執(zhí)行《規(guī)范》規(guī)定；或者說規(guī)范應(yīng)根據(jù)不同系統(tǒng)形式，在此做出調(diào)整或更為詳細(xì)合理的規(guī)定。

這里還必須說明，上述例子，在不增加DC 數(shù)量的情況下，通過提高室內(nèi)的壓力設(shè)定值，依然可以保證FFU 靜壓箱內(nèi)相對室外為正壓值。例如，若潔凈室內(nèi)保證+45  Pa（相對室外非潔凈區(qū)），回風(fēng)孔板和回風(fēng)夾道風(fēng)壓損失5 Pa，若干盤管風(fēng)壓損失為 30 Pa，則可知靜壓箱內(nèi)壓力為+10 Pa（相對室外非潔凈區(qū)）。

但是，這樣一來有 3 個(gè)問題：第一，這樣必然使得新風(fēng)量大大增加，新風(fēng)表冷量和輸送能都要增加。顯然MAU+FFU+DC 系統(tǒng)失去了其優(yōu)點(diǎn)之一。第二，潔凈室壓差過大也影響到門的開啟，一般設(shè)置為小于 50 Pa。第三，若一個(gè)凈化區(qū)域存在幾個(gè)不同等級潔凈區(qū)，按照上述，最低級別相對非潔凈區(qū)壓差就應(yīng)該保持在+45 Pa，則其它高級別區(qū)域則應(yīng)該按照規(guī)范以5 Pa的梯度往上遞增。顯然這使得第一、二條的問題更加嚴(yán)重。

因此，筆者在以下計(jì)算分析中，暫未從提高潔凈室相對壓差考慮干盤管風(fēng)阻的設(shè)置問題。實(shí)際工程中也沒有遇見這種做法，但是，這可以作為一個(gè)保留手段，值得廣大設(shè)計(jì)人員去思考。

1.3合理性、經(jīng)濟(jì)性值

   根據(jù)上面的思想，下面我們從理論上試計(jì)算FFU 靜壓箱在不同壓力時(shí)FFU 的理論使用壽命。FFU使用壽命，即是FFU 內(nèi)高效過濾器使用壽命，可以采用如下公式計(jì)算[3 ] ：

式中：T 為過濾器使用壽命，d；P 為過濾器容塵， 量g；N1 為過濾器前空氣的含塵濃度，mg/m ；Q 為過濾器的風(fēng)量，m3/h；t 為過濾器一天的工作時(shí)

間，h ；η為計(jì)算過濾器的計(jì)重效率。其中：

      N1= M(1-S)(1- η n)+NrS(1- η r) （2）

式中：M 為大氣含塵濃度，mg/m3；S 為循環(huán)風(fēng)比例；Nr 為回風(fēng)濃度，對于濃度最高的 10 萬級潔凈室，也不會超過 0.001 mg/m3~0.01 mg/m3；η 為過濾器前的新風(fēng)通路上的過濾器計(jì)重效率；ηr為過濾器前的回風(fēng)通路上的過濾器計(jì)重效率。

對于不同的系統(tǒng)，η n 和η r 是不同的，N1 也不同。對于MAU+FFU+DC 系統(tǒng)而言（典型形式如圖 1 所示），過濾器前空氣的含塵濃度應(yīng)包括 3 個(gè)部分：一是由回風(fēng)帶入部分，二是由新風(fēng)帶入部分， 三 是由于FFU 靜壓箱相對于室外為負(fù)壓，外界空氣直接漏入部分。因此，可以表達(dá)為：

N1=  M（1-S）（1- η n）+NrS(1- η r)+  MSl     （3）

根據(jù)S 的定義，我們可以把 Sl 叫做漏風(fēng)比例；

漏風(fēng)占總風(fēng)量的比值。

由于MAU+FFU+DC系統(tǒng)新風(fēng)通路上裝有高效過濾器，一般對于高效過濾器可認(rèn)為η≈ 1[3]，因此η n = 1 ，式（3 ）可以寫成：

N1= NrS（1- η r）+ MSl（4）

（4）式即MAU+FFU+DC 系統(tǒng)，F(xiàn)FU 靜壓箱內(nèi)空氣的含塵濃度計(jì)算式。

FFU 靜壓箱漏風(fēng)量的計(jì)算，一般有換氣次數(shù)法和縫隙法兩種計(jì)算方法[4]。采用縫隙法計(jì)算滲透風(fēng)量，既考慮了潔凈室維護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性，又考慮了室內(nèi)維持不同壓差值所需要的正壓風(fēng)量，因而比較準(zhǔn)確可靠。其次，F(xiàn)FU 靜壓箱一般都是由保準(zhǔn)寬度凈化彩鋼板構(gòu)成，其縫隙長度可以比較準(zhǔn)確的計(jì)算出。因此，可以采用縫隙法計(jì)算FFU靜壓箱漏風(fēng)量。

對于不同壓差及不同材料縫隙的漏風(fēng)量 給出了實(shí)驗(yàn)值，可按照表 2 選取[4 ]。

下面仍然以圖2 所示房間為例，計(jì)算FFU 靜壓箱不同負(fù)壓值情況下，F(xiàn)FU 過濾器使用壽命。

① FFU 靜壓箱縫隙長度的計(jì)算。注意，這里縫隙長度只能計(jì)算靜壓箱與非潔凈區(qū)直接接觸的部分，不包括與潔凈室直接接觸部分。如圖 2，其靜壓箱頂板采用彩鋼板為：寬 1.150 m，長度為 3 m。頂板豎向接縫為 12 條，每條長度 6.2 m，橫向接縫 7 條，每條長度為 32.6 m，則靜壓箱頂面接縫長度為 302. 6  m。靜壓箱高度為 2  m，同樣采用1.15m 寬彩鋼板，其接縫長度為 204 m。靜壓箱接縫總長 506.6 m。

表2 不同壓差下單位長度漏風(fēng)量

一般潔凈室所采用彩鋼板寬度均為1.15 m，受強(qiáng)度影響，每塊板子一般也不超過 4 m，因此本例計(jì)算結(jié)果具有普遍性，其數(shù)據(jù)可作為參考。

② FFU 靜壓箱漏風(fēng)量的計(jì)算。由表2 及①節(jié)所得出接縫長度，計(jì)算結(jié)果見表 3。

③ FFU 過濾器使用壽命計(jì)算。新風(fēng)（室外大氣）計(jì)重濃度一般取值 M = 0.3 mg/m3，N 取 0.005 m g / m 3 [ 3 ] ，由公式（1 ）及（4 ）可計(jì)算，其結(jié)果如表 4 所列。

④ 結(jié)果分析。由表 4 計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)

FFU 靜壓箱負(fù)壓值大于等于 20 Pa 時(shí)，F(xiàn)FU 過濾器使用壽命已經(jīng)不足 2 年，因此，單從FFU 使用壽命看，筆者認(rèn)為靜壓箱負(fù)壓值最好控制在小于等于20 Pa 范圍內(nèi)。當(dāng)負(fù)壓值在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，可認(rèn)為

FFU 使用壽命理論上能達(dá)到正常值（一般國內(nèi)潔凈室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以初、中、高效過濾器配置的系統(tǒng)，使用壽命也僅在 1~3 年[2 ]），因此筆者認(rèn)為這時(shí)的負(fù)壓值是合理的。

2 干盤管選擇

由 1.1 已知道，干盤管是造成FFU 靜壓箱負(fù)壓

（相對室外非潔凈區(qū)）的主要因素，而負(fù)壓值大小決定了FFU過濾器使用壽命及干盤管面積大小。通過上述分析，F(xiàn)FU 靜壓箱負(fù)壓值需控制在小于等于20 Pa 范圍內(nèi)。此時(shí)在保證FFU 過濾器使用壽命下，干盤管面積最?。赐顿Y最少）。

   空氣流動阻力與表面式空氣加熱器的型式、結(jié)構(gòu)和空氣質(zhì)量流速等因素有關(guān)，通常由實(shí)驗(yàn)確定其經(jīng)驗(yàn)公式[ 5 ]。

表3 不同壓差情況下漏風(fēng)量

表 4 不同壓差情況下FFU 過濾器使用壽命

                （5 ）

式中：C、y 分別為與表面式空氣加熱器結(jié)構(gòu)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；v 為管外空氣質(zhì)量流速kg/(m2.s) ； vρ =G/f；G 為空氣質(zhì)量流量kg/s；F 為表面式空氣

加熱器通風(fēng)的有效面積，m 2 。

國產(chǎn)部分表面式空氣加熱器的阻力計(jì)算公式可由參考文獻(xiàn) 表 3.1-7 計(jì)算。

以B 型或U- Ⅱ表冷為例，干工況時(shí)空氣壓力損失計(jì)算為：

                  （6 ）

若潔凈室內(nèi)為 10 Pa（相對室外非潔凈區(qū)），

使FFU 靜壓箱負(fù)壓值控制在小于等于 20 Pa，則干

盤管空氣阻力損失應(yīng)小于等于 30 Pa。

由式（6 ）反算可得到干盤管最大允許流速為：0.97 kg/(m2.s)。仍以此流速為 1.2 例子計(jì)算選擇干盤管，僅需要 6 臺同型號的干盤管（即只比原

來多 2 臺）。從增加投資來看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 1.2 計(jì)算結(jié)果，因此是合理的。在保證FFU 過濾器正常使用壽命前提下，干盤管風(fēng)速控制在0.97 kg/(m2.s)附近是經(jīng)濟(jì)、合理的。

因而，值得引起注意的是：一般認(rèn)為，在空調(diào)工程設(shè)計(jì)中，空氣的質(zhì)量流速通常取為 6 ~ 10 kg/(m2 .s) [5 ]。通過上述分析計(jì)算，此值不能用于MAU+FFU+DC 系統(tǒng)干盤管的選型計(jì)算。

3 結(jié) 論

在MAU+FFU+DC 系統(tǒng)中，造成FFU 靜壓箱內(nèi)負(fù)壓（相對于非潔凈區(qū)大氣）的主要原因是干盤管的風(fēng)壓損失。在設(shè)計(jì)過程中，合理確定FFU 靜壓箱相對壓力值，影響到FFU 過濾器壽命及系統(tǒng)造價(jià)。

本文通過計(jì)算分析，F(xiàn)FU 靜壓箱負(fù)壓值控制在小于等于 20 Pa 范圍內(nèi)，可在保證FFU 正常使用壽命前提下，最大程度節(jié)約DC 數(shù)量，可以作為工程設(shè)計(jì)參考。

對于FFU 靜壓箱成內(nèi)負(fù)壓與規(guī)范有相抵觸的情況，通過理論計(jì)算分析，筆者認(rèn)為，此處可不執(zhí)行《規(guī)范》規(guī)定。也希望規(guī)范在下次規(guī)范的修訂時(shí)，能根據(jù)不同系統(tǒng)形式，在此做出調(diào)整或更為詳細(xì)合理的規(guī)定。

）工程設(shè)計(jì)過程中，在選擇干盤管時(shí)， 千萬不能忽略干盤管的風(fēng)阻。

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