洁净室环境控制策略与无尘室HVAC系统调试方法 - 第3节
3.1 空气调节基本原理
洁净室HVAC系统的核心任务是对空气进行热湿处理，以维持室内恒定的温度、相对湿度、洁净度与压差。空气调节的本质是控制空气的显热与潜热，通过冷却、加热、加湿、除湿等过程，将空气状态调整至送风状态点。
关键概念：显热（干球温度变化）与潜热（含湿量变化）的分离控制是洁净室节能与精度保障的基础。
3.1.1 空气状态参数
| 参数 | 符号 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 干球温度 | t | ℃ | 普通温度计测得的空气温度 |
| 湿球温度 | twb | ℃ | 湿纱布包裹温度计测得的平衡温度 |
| 露点温度 | tdp | ℃ | 空气达到饱和结露时的温度 |
| 相对湿度 | RH | % | 空气中水蒸气分压力与饱和压力之比 |
| 含湿量 | d | g/kg干空气 | 每千克干空气所含水蒸气质量 |
| 焓值 | h | kJ/kg干空气 | 空气的总热含量（显热+潜热） |
3.1.2 焓湿图（i-d图）基础
焓湿图是空气调节最核心的工具，横坐标为含湿量d，纵坐标为焓值h。洁净室HVAC系统的所有空气处理过程都可以在i-d图上用线段或折线表示。
调试要点：在洁净室调试阶段，必须将实测的温湿度数据绘制到i-d图上，验证空气处理过程是否与设计线一致。偏差超过±5%需排查表冷器、加热器或加湿器性能。
3.2 热湿负荷计算
热湿负荷计算是确定空调设备容量、送风量及空气处理方案的依据。洁净室负荷计算需同时考虑围护结构负荷、工艺设备负荷、人员负荷、照明负荷及新风负荷。
3.2.1 负荷分类与计算方法
| 负荷类型 | 主要来源 | 计算方法 | 洁净室特点 |
|---|---|---|---|
| 围护结构冷/热负荷 | 墙体、屋顶、窗户传热 | Q = K·F·Δt | 洁净室通常位于内区，围护负荷较小 |
| 工艺设备负荷 | 生产设备、测试仪器 | 设备铭牌功率×同时使用系数 | 通常占洁净室总冷负荷的50%~70% |
| 人员负荷 | 人体散热散湿 | 显热+潜热（查表） | 人员密度低，但洁净服影响散热 |
| 照明负荷 | 洁净灯具 | Q = 照明功率×镇流器系数 | 高照度要求（500~1000 lux） |
| 新风负荷 | 室外空气引入 | Q = G新·(h外 - h内) | 新风量由正压与人员新风共同决定 |
3.2.2 湿负荷计算
洁净室湿负荷主要来自：
- 人员散湿：每人约40~80 g/h（取决于劳动强度与洁净服）
- 工艺产湿：如清洗槽、湿法刻蚀、生物反应器等
- 新风含湿：室外空气带入的水蒸气
- 围护结构渗透：通过门缝、穿墙孔洞的湿气渗透
常见误区：许多调试工程师只计算冷负荷而忽略湿负荷平衡。洁净室相对湿度控制失败（如夏季RH＞65%）往往是因为表冷器除湿能力不足或再热过度导致相对湿度反弹。
3.3 空气处理过程
洁净室HVAC系统通过组合式空调机组（AHU）对空气进行冷却、加热、加湿、除湿处理。以下为四种基本过程及其在i-d图上的表示。
3.3.1 冷却过程
干冷冷却：表冷器表面温度高于空气露点温度，空气温度降低但含湿量不变（等湿冷却）。
湿冷冷却（除湿冷却）：表冷器表面温度低于空气露点温度，空气中的水蒸气凝结析出，含湿量降低。
3.3.2 加热过程
加热过程通常采用电加热器或热水/蒸汽加热盘管。空气经过加热器时温度升高，含湿量不变（等湿加热）。在i-d图上表现为垂直向上的直线。
- 预热：冬季对新风进行预加热，防止表冷器冻裂
- 再热：冷却除湿后，将低温低湿空气加热至送风温度，满足室内温度控制要求
3.3.3 加湿过程
洁净室常用加湿方式对比：
| 加湿方式 | 原理 | 洁净度影响 | 控制精度 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 干蒸汽加湿 | 喷入洁净干蒸汽 | 无污染（蒸汽洁净） | ±3% RH | 电子、医药洁净室 |
| 电极加湿 | 电极加热水产生蒸汽 | 需使用纯水/RO水 | ±5% RH | 中小型系统 |
| 湿膜加湿 | 水在湿膜表面蒸发 | 易滋生细菌（需UV杀菌） | ±8% RH | 一般工业洁净室 |
| 超声波加湿 | 高频振动将水雾化 | 需纯水，否则产生白粉 | ±5% RH | 实验室、小型洁净室 |
3.3.4 除湿过程
除湿是洁净室湿度控制的关键。除冷却除湿外，还有以下方式：
- 转轮除湿：利用硅胶或分子筛吸附水蒸气，适用于低温低湿要求（露点≤-20℃）
- 溶液除湿：使用溴化锂或氯化锂溶液吸收水分，可同时实现除湿与热回收
- 冷却除湿+再热：最常用方式，通过表冷器降温除湿后用电加热或热回收再热
工程经验：对于露点要求≤-40℃的极低湿洁净室（如锂电池干燥房），必须采用“转轮除湿+冷冻除湿”双级除湿方案，单靠冷却除湿无法达到。
3.4 典型空气处理流程（夏季工况）
以下为洁净室夏季典型空气处理流程，以i-d图上的状态点变化表示：
3.4.1 流程步骤详解
- W→C（混合）：室外新风W与回风N混合至C点，降低新风负荷
- C→L（冷却除湿）：空气经过表冷器，温度降至露点以下，水蒸气凝结析出，含湿量降低
- L→S（再热）：将低温低湿空气加热至送风温度S，防止送风温度过低导致室内结露或人员不适
- S→N（送风）：送风进入洁净室，吸收室内余热余湿，状态变化至室内设计点N
调试检查清单：① 实测混合点C是否在设计混合比范围内；② 表冷器出风温度是否达到设计机器露点；③ 再热器出力是否与温升需求匹配；④ 送风温差是否在6~10℃范围内。
3.5 空气处理设备选型要点
| 设备 | 选型参数 | 洁净室特殊要求 |
|---|---|---|
| 表冷器 | 冷量、排数、面风速、翅片间距 | 翅片间距≥2.5mm（防积尘），亲水涂层 |
| 加热器 | 加热量、温升、功率密度 | 电加热需设超温保护，蒸汽加热需设疏水阀 |
| 加湿器 | 加湿量、蒸汽品质、控制响应时间 | 干蒸汽加湿优先，蒸汽源需洁净 |
| 除湿转轮 | 处理风量、再生温度、除湿效率 | 再生区与处理区密封严密，防止串风 |
调试风险提示：表冷器面风速超过2.8 m/s时，会带出冷凝水（飘水），导致下游加湿器误动作或高效过滤器受潮。调试时必须用风速仪逐排测量，确保面风速均匀且≤2.5 m/s。
以上为洁净室HVAC系统空气调节原理、热湿负荷计算及空气处理过程的核心内容。掌握i-d图的应用与各处理过程的能量/质量平衡，是后续进行系统调试与故障诊断的基础。