摘要：本文通過(guò)對(duì)潔凈室的特點(diǎn)研究，提出采用變頻技術(shù)；研究開(kāi)發(fā)使用新型能耗低的高效過(guò)濾器；合理對(duì)回風(fēng)的利用以達(dá)到潔凈室能源的節(jié)約。
1. 研究意義
我國(guó)人均能源資源占有量約為世界平均值的1/2，且不及同期發(fā)達(dá)國(guó)家的20%，而我國(guó)能源消費(fèi)量約占世界能源消費(fèi)總量的10%，能源利用效率很低，萬(wàn)元GDP總能耗值約為世界平均值的3倍，是發(fā)達(dá)國(guó)家如日本的6倍。廣東能源更顯匱乏，人均擁有一次能源資源儲(chǔ)量約為全國(guó)人均儲(chǔ)量的1/20，一次能源消費(fèi)量約90%需靠外調(diào)和進(jìn)口，2003年廣東萬(wàn)元產(chǎn)值能耗約是日本的4倍。近些年來(lái)依靠消耗大量的能源來(lái)支撐經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，不僅使我國(guó)能源供需矛盾更加突出，環(huán)境保護(hù)壓力加大，而且也制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)質(zhì)量的進(jìn)一步提高，影響著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。因此，國(guó)家《節(jié)能法》規(guī)定“節(jié)能是國(guó)家發(fā)展經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針”，強(qiáng)調(diào)能源節(jié)約與能源開(kāi)發(fā)并舉，把能源節(jié)約放在首位。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)夏熱冬暖地區(qū)夏季用電高峰期空調(diào)耗電已占該地區(qū)用電總量的30%～40%，2004年夏季用電高峰期廣東空調(diào)用電量占總用電量的37%，致使供電負(fù)荷缺口增大，造成全天候用電緊張，一些城市不得不拉閘限電，對(duì)正常經(jīng)濟(jì)生活造成影響。電力是清潔能源也是用量最大的二次能源。因此，依靠技術(shù)創(chuàng)新，提高能源利用效率，切實(shí)實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能尤其是節(jié)電，對(duì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展不僅具有重大的社會(huì)意義，而且具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。 
1.1 潔凈室的節(jié)能潛力巨大
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，潔凈技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。諾貝爾得獎(jiǎng)?wù)咧目茖W(xué)家楊振寧在2001年中國(guó)科協(xié)學(xué)術(shù)會(huì)議年會(huì)上判斷，未來(lái)的二三十年中①芯片的廣泛應(yīng)用、②醫(yī)學(xué)與藥物的高速發(fā)展、③生物工程這三個(gè)方面將成為科技發(fā)展的火車(chē)頭，是未來(lái)科技發(fā)展的三大戰(zhàn)略方向。如今，現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)和現(xiàn)代化科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)要求微型化、精密化、高純度、高質(zhì)量和高可靠性，帶來(lái)潔凈技術(shù)也隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)產(chǎn)品的日新月異而健康、高速地發(fā)展，并在三大戰(zhàn)略外的食品、化妝品、軍工等行業(yè)有更好的表現(xiàn)。然而，目前我國(guó)潔凈技術(shù)總產(chǎn)值約占我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的0.15‰，而同時(shí)期日本的此比例為1.5‰；另一個(gè)數(shù)據(jù)是目前我國(guó)生產(chǎn)的集成電路數(shù)量?jī)H是韓國(guó)的1/20。這就要求我國(guó)潔凈技術(shù)生產(chǎn)規(guī)模在一定時(shí)期內(nèi)要比目前提高10-20倍，為此我國(guó)在將來(lái)要建立更多的潔凈室 。
潔凈室是能量消耗大戶(hù)，這是因?yàn)橐３譂崈舻纳a(chǎn)環(huán)境所必需的空氣潔凈度等級(jí)、壓差、溫度、相對(duì)濕度要求；防止污染和交叉污染，潔凈室內(nèi)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的要求排除生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的粉塵、熱量、有機(jī)溶劑等所需的全室或局部排風(fēng)裝置，與此同時(shí)需向潔凈室送入相應(yīng)的或必需的室外新鮮空氣；根據(jù)不同的空氣潔凈度等級(jí)的要求需要有必須的換氣次數(shù)/送風(fēng)量。為進(jìn)行正常的產(chǎn)品生產(chǎn)，潔凈室內(nèi)的生產(chǎn)工藝設(shè)備需按產(chǎn)品的特點(diǎn)供應(yīng)電力、純水、高純化學(xué)品等，這些也需消耗大量的能源，伴隨著電力等能量的消耗，在潔凈室內(nèi)生產(chǎn)的各種形式的發(fā)熱量還需要進(jìn)行冷卻，有時(shí)這種需進(jìn)行冷卻的熱負(fù)荷量是不可忽視的。
潔凈室所需的凈化空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷與一般工業(yè)廠房或?qū)懽謽堑囊话憧照{(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷相比，前者因空氣潔凈度等級(jí)和潔凈室內(nèi)生產(chǎn)工藝的要求不同，冷負(fù)荷大約為2093-6280KJ/(m2.h)，而寫(xiě)字樓的一般空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷僅335-502KJ/(m2.h)。半導(dǎo)體集成電路制造或生物醫(yī)藥產(chǎn)品的主要生產(chǎn)工序都要求在潔凈室內(nèi)進(jìn)行，為了保持所必須的空氣潔凈等級(jí)，需要將大量的空氣通過(guò)高效過(guò)濾器過(guò)濾后送入潔凈室內(nèi)，寫(xiě)字樓的一般空調(diào)房間換氣次數(shù)為10次/h以下，而大規(guī)模的集成電路生產(chǎn)所需的5級(jí)（100級(jí)）、4級(jí)（10級(jí)）、3級(jí)（1級(jí)）潔凈室的換氣次數(shù)可能達(dá)到百次，其送風(fēng)量將會(huì)比前者大數(shù)十倍以至百倍以上，因此潔凈室的凈化空調(diào)系統(tǒng)及其制冷機(jī)的耗電量比其他類(lèi)型建筑物的一般空調(diào)系統(tǒng)及其制冷機(jī)的耗電量大得多，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)大規(guī)模集成電路制造工廠潔凈廠房的凈化空調(diào)系統(tǒng)及其制冷機(jī)的耗電量約占工廠總耗電量的50%左右；制藥工廠潔凈廠房的凈化空調(diào)系統(tǒng)及其制冷機(jī)的耗電量約占工廠總耗電量的60%左右。
潔凈室的能量消耗包括：潔凈室中的生產(chǎn)設(shè)備用電、用熱、用冷，凈化空調(diào)系統(tǒng)的耗電、耗熱和冷負(fù)荷，冷凍機(jī)組的耗電，排氣裝置的耗電、耗熱，各種高純物質(zhì)的制取、輸送耗電、耗熱和冷負(fù)荷，公用設(shè)施的用電和照明用電等。潔凈室的能量消耗是一般寫(xiě)字樓的10-30倍，據(jù)了解目前一個(gè)大規(guī)模集成電路生產(chǎn)用潔凈廠房的電力負(fù)荷約數(shù)萬(wàn)千瓦。在各類(lèi)能量消耗中除生產(chǎn)設(shè)備隨產(chǎn)品品種、生產(chǎn)工藝不同而不同外，能量消耗總量中比例較大的是冷凍機(jī)的電耗，通常要占總量的15-30%，潔凈室的凈化空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷是一般空調(diào)的5-15倍。
可以看出，潔凈室的耗電量是很大的，若潔凈室設(shè)計(jì)時(shí)精心設(shè)計(jì)，周密規(guī)劃，節(jié)約能源、降低能耗是可能的，節(jié)能的潛在容量是不小的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程設(shè)計(jì)技術(shù)水平的提高，各類(lèi)凈化空調(diào)和制冷設(shè)備技術(shù)性能的改進(jìn)，使?jié)崈羰业哪芰肯慕档偷目赡艹蔀楝F(xiàn)實(shí)。據(jù)有關(guān)調(diào)查分析表明，即使空氣潔凈度相同的潔凈室，由于設(shè)計(jì)和設(shè)備配置的不同，能源消耗量可能相差50%以上。


2潔凈室空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)
2.1 風(fēng)量大
潔凈室主要是通過(guò)空氣量的循環(huán)來(lái)過(guò)濾空氣中的塵埃、細(xì)菌等，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中非生物粒子和生物粒子的控制，達(dá)到潔凈的標(biāo)準(zhǔn)。因此需要有足夠的風(fēng)量來(lái)保證室內(nèi)的潔凈度。潔凈室的風(fēng)量一般按照室內(nèi)換氣次數(shù)來(lái)計(jì)算，通常是10倍，甚至幾十倍，尤其是單向流潔凈室，換氣次數(shù)達(dá)到房間體積的幾百倍。
大風(fēng)量對(duì)空氣處理機(jī)組的強(qiáng)度是個(gè)考驗(yàn)，目前市面上常見(jiàn)的空氣處理機(jī)組的都是采用鋁合金框架結(jié)構(gòu)、方鋼結(jié)構(gòu)的比較多，如果面板的厚度和框架的強(qiáng)度不夠，容易造成空氣處理機(jī)組變形，特別是醫(yī)用空氣處理機(jī)組，一般要采用正壓設(shè)計(jì)，如果面板和框架固定不夠，就有可能會(huì)出現(xiàn)面板飛出砸人的恐怖現(xiàn)象。所以潔凈用空氣處理機(jī)組首先要滿(mǎn)足高強(qiáng)度的要求，目前市面上常見(jiàn)的面板厚度有30mm和50mm，也有一些廠家率先推出60mm的面板的高端機(jī)組，相信在潔凈場(chǎng)合將得到廣泛的應(yīng)用。
2.2 風(fēng)機(jī)的壓頭高
潔凈室一般至少要采用初、中、高三級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾，而這三級(jí)過(guò)濾器的阻力加起來(lái)就有700～800帕左右，潔凈室一般也要采用集中送、回風(fēng)的方式，以保證維持潔凈室的正負(fù)壓調(diào)節(jié)的要求，所以潔凈室的管道阻力一般比普通空調(diào)的要多一倍以上。需要克服這些阻力，就要求空氣處理機(jī)組的送風(fēng)機(jī)有足夠的壓頭，所以潔凈室的空氣處理機(jī)組的送風(fēng)機(jī)組一般采用后彎?rùn)C(jī)翼型的風(fēng)機(jī)，或者是無(wú)窩殼的風(fēng)機(jī)，才能達(dá)到足夠高送回風(fēng)壓頭。
在這種大風(fēng)量，大壓頭的情況下，對(duì)機(jī)組的漏風(fēng)率也是一種考驗(yàn)，潔凈室用空氣處理機(jī)組的漏風(fēng)率越低，為客戶(hù)節(jié)省的能源就越多，運(yùn)行費(fèi)用就越低。 
2.3 溫濕度控制精度高
和普通舒適性空調(diào)的滿(mǎn)足人員舒適的要求不同，潔凈室的溫濕度控制的精度是為了滿(mǎn)足工藝要求，如在某些電子產(chǎn)品的制造中，對(duì)溫濕度的控制要求非常嚴(yán)格，在醫(yī)用和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等方面，對(duì)溫濕度的控制精度也有明確的要求。為了實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕，那么要求空氣處理機(jī)組中至少要具備制冷、制熱、加濕、除濕等功能段，而且需要精密控制的方式；如換熱器要采用高效率的親水翅片，并且水流量采用比例積分控制，加濕量也要采用比例積分或者是PID調(diào)節(jié)的方式，以便實(shí)現(xiàn)更高的控制精度。
2.4 正負(fù)壓控制嚴(yán)格
無(wú)論是電子廠房還是隔離病房、制藥廠、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物室等，為了防止粉塵、細(xì)菌擴(kuò)散到其他的潔凈區(qū)域，還是為了防止病毒細(xì)菌的擴(kuò)散引起交叉感染，潔凈房間的正負(fù)壓控制非常重要，特別是在醫(yī)用場(chǎng)合需要防止放射性塵埃、有害氣體、臭氣及細(xì)菌向外擴(kuò)散，準(zhǔn)確有效的控制正負(fù)壓極其關(guān)鍵。實(shí)際工程應(yīng)用中，工業(yè)潔凈室和一般生物潔凈室都是采用正壓維持，但對(duì)于使用有毒、有害氣體或使用易燃易爆溶劑以及其他有特殊要求的生物潔凈室則采用負(fù)壓控制。要想有準(zhǔn)確的壓差控制值，在潔凈室空氣處理機(jī)組要求要有較低的漏風(fēng)率，才能有較高的控制精度。同時(shí)采用集中送回風(fēng)的分流段將在空調(diào)箱中被廣泛應(yīng)用。
2.5 擁有良好的過(guò)濾系統(tǒng)
無(wú)論是滿(mǎn)足工藝設(shè)計(jì)要求的工業(yè)潔凈室，還是滿(mǎn)足醫(yī)用、制藥、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等的生物工程，共同的特點(diǎn)是要滿(mǎn)足無(wú)塵，這將靠一套良好的空氣過(guò)濾系統(tǒng)來(lái)完成。潔凈技術(shù)對(duì)微生物、塵埃等的控制程度，主要取決于過(guò)濾器的性能。潔凈室一般至少要經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾，空氣處理機(jī)組配備初、中效過(guò)濾器，送風(fēng)末端配高效過(guò)濾器。空氣過(guò)濾器需要有良好的品質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏，就再也不可能達(dá)到潔凈的可能。除了本身不能有任何的泄漏，過(guò)濾器在空調(diào)箱的密封也要引起注意。
2.6 采用變頻技術(shù)
潔凈空調(diào)系統(tǒng)大風(fēng)量的特點(diǎn)帶來(lái)了高能耗，各種節(jié)能技術(shù)在潔凈空調(diào)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。其中變頻技術(shù)在潔凈空調(diào)系統(tǒng)中被廣泛的選用。由于潔凈空調(diào)一般至少要經(jīng)過(guò)初效過(guò)濾器、中效過(guò)濾器(亞高效過(guò)濾器)、高效過(guò)濾器的過(guò)濾，而過(guò)濾器都是隨著使用的時(shí)間越來(lái)越久，其阻力也越來(lái)越大，和普通空氣處理機(jī)組的送風(fēng)機(jī)是按過(guò)濾器的計(jì)算阻力來(lái)選型的不同，在潔凈室中選用空氣處理機(jī)組的送風(fēng)機(jī)電機(jī)功率都是按過(guò)濾器的終阻力來(lái)選型的，在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行初期，風(fēng)機(jī)的壓力是絕對(duì)足夠克服系統(tǒng)的阻力來(lái)滿(mǎn)足使用要求的，這時(shí)候采用變頻器，可以將風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，減少功耗，起到良好的節(jié)能目的；隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，過(guò)濾器的阻力越來(lái)越大，空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量將會(huì)減少，通過(guò)風(fēng)管里風(fēng)量或者是靜壓變化提供變化的數(shù)據(jù)給變頻器，又變頻器將風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變大，就可以滿(mǎn)足系統(tǒng)風(fēng)量的要求，同時(shí)也可以對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，對(duì)房間的正負(fù)壓保持有良好的調(diào)節(jié)作用。另外選用變頻風(fēng)機(jī)，也可以在潔凈室不使用時(shí)，將機(jī)組的轉(zhuǎn)速變低，送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量減少，相當(dāng)于值班風(fēng)機(jī)的使用。
2.7 相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和可靠性
現(xiàn)代工業(yè)的高度發(fā)展，使得工業(yè)產(chǎn)品擁有體積小、高價(jià)值的特點(diǎn)，如果潔凈空調(diào)機(jī)出現(xiàn)故障，將帶來(lái)數(shù)于千計(jì)的損失，特別是醫(yī)用潔凈室中，如果在手術(shù)或者是產(chǎn)房過(guò)程中，如果空調(diào)機(jī)組出現(xiàn)故障，將帶來(lái)生命的安危，因此要求空調(diào)機(jī)組擁有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，要求空氣處理機(jī)組的每一個(gè)部件采購(gòu)中應(yīng)該采用擁有良好的品質(zhì)管理的廠家的產(chǎn)品，如在機(jī)組內(nèi)部應(yīng)該選用有AMCA認(rèn)證的高品質(zhì)風(fēng)機(jī)和高品質(zhì)的電機(jī)，對(duì)過(guò)濾器的選用也要非常慎用，特別是高效過(guò)濾器，如果有一個(gè)小孔，就帶來(lái)無(wú)數(shù)的細(xì)菌，后果是無(wú)法想像的。另外在空氣處理機(jī)組的生產(chǎn)和檢測(cè)也要嚴(yán)格按照國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)制造。
3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
近年來(lái)，我國(guó)夏季空調(diào)用電量急劇上升。在東南沿海地區(qū)，空調(diào)用電激增的趨勢(shì)已引起電網(wǎng)供電緊張，各地紛紛拉閘限電或錯(cuò)峰用電。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年全國(guó)有21個(gè)省市拉閘限電，2004年拉閘限電的省市已擴(kuò)大到24個(gè)。電力緊張已成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大瓶頸。因此，抑制空調(diào)能耗增加，積極研發(fā)推廣綠色節(jié)能型空調(diào)技術(shù)和設(shè)備，已成為建筑暖通空調(diào)領(lǐng)域一個(gè)迫切而熱門(mén)的研究課題。然而，國(guó)內(nèi)外大部分研究都集中在中央空調(diào)的研究上，而關(guān)于日益增長(zhǎng)的潔凈室空調(diào)系統(tǒng)的研究和文章較少。一般主要集中在以下幾個(gè)方面：
（1） 采用變頻技術(shù)，通過(guò)變頻器，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而減少能耗；
（2） 研究開(kāi)發(fā)新型能耗低的高效過(guò)濾器； 
（3） 對(duì)回風(fēng)的利用；