净化空调系统详解（MAU及制冷设备）

冷冻机在整个系统中承担着为 MAU 表冷段供应低温冷冻水的重任，通过压缩、冷凝、节流、蒸发这一系列制冷循环，吸收新风中的热量。

在选择冷冻机时，不同类型适用于不同冷量需求：离心式冷冻机适用于大冷量场景，制冷量大于 1000kW，性能系数（COP）通常不低于 5.5；

螺杆式冷冻机适用于中大型冷量范围，即 200 - 2000kW，COP≥4.8；

涡旋式冷冻机则适用于小型冷量需求，小于 500kW，COP≥3.5。

其制冷量需依据 MAU 的实际需求进行设计，一般会预留 10% - 20% 的冗余，

例如当 MAU 表冷段需要 1000kW 制冷量时，冷冻机应选择 1200kW。

冷冻机所使用的冷媒多为 R134a、R410A 等环保冷媒，标准工况下进出水温度分别为 7℃供水、12℃回水，温差为 5℃。

以 1200kW 制冷量的离心机组为例，其电机功率约为 220kW。

冷冻水泵的主要作用是推动冷冻水在冷冻机与 MAU 表冷段之间循环流动，以此保证冷冻水系统的流速，进而确保良好的换热效率。其流量可根据制冷量进行计算，公式为：

假设制冷量为 1200kW，温差为 5℃，通过计算可得流量约为 206m3/h。

冷冻水泵的扬程则要依据管路阻力来确定，其中包括冷冻机、MAU、管道以及阀件等产生的阻力，一般在 25~ 40m 之间。

例如，当流量为 206m3/h、扬程为 30m 时，其功率约为 30kW，并且通常采用变频控制。

在材质方面，泵体多为铸铁材质，叶轮则采用不锈钢材质，以防止腐蚀。

冷却水泵负责驱动冷却水在冷冻机冷凝器与冷却塔之间循环，为冷凝器散热提供动力支持。其流量依据冷凝器散热量来计算，公式与冷冻水泵流量计算公式相同。

当冷凝热量为 1400kW，温差为 5℃时，流量约为 240m3/h。

冷却水泵的扬程取决于冷却塔高度以及管路阻力，通常在 20 - 35m 范围。

比如流量为 240m3/h、扬程为 25m 时，功率约 25kW，同样采用变频控制。

考虑到冷却水可能含有杂质，冷却水泵通常采用耐腐蚀材质，如不锈钢或 FRP（纤维增强复合材料）。

冷却塔通过水与空气之间的换热，将冷冻机冷凝器产生的热量排放到大气中，维持冷却水的温度稳定。

常见的冷却塔有开式横流塔和 闭式冷却塔 两种类型。

开式横流塔成本较低，维护方便，但耗水量较大；

闭式冷却塔能够保证水质洁净，适用于对水质要求较高的精密系统，不过成本相对较高。

冷却塔的散热能力必须与冷冻机的冷凝热相匹配，冷凝热等于制冷量加上压缩机的功耗。

例如 1200kW 制冷机的冷凝热约为 1400kW。在标准工况下，冷却塔进出水温度分别为 32℃进水、37℃出水，温差 5℃。

以 1400kW 散热能力的冷却塔为例，其风机功率约为 15kW。

开式冷却塔的补水量大约为循环水量的 2% - 3%，这部分水量主要用于补充蒸发和飘水损失。

新风入口段主要负责引入室外新风，为防止大颗粒污染物进入系统，该段配置了防雨百叶和初效过滤棉。一般情况下，新风量可达到 10 万 CMH（Cubic Meter per Hour，立方米每小时），初效预过滤棉的等级通常为 G2、G3。

初效过滤段的作用是拦截新风中的灰尘、花粉等颗粒物，保护后续设备。其过滤等级通常为 G4（按照 EN779 标准，过滤效率≥90%），过滤器形式多为袋式或板式，容尘量不低于 300g/m2。为了及时更换过滤器，该段安装了压差计，当压差报警值≥150Pa 时，就需要对过滤器进行更换。

在冬季等低温环境下，预热段能够对新风进行预加热，避免后续表冷段出现结冰现象。对于 10 万 CMH 风量的系统，当温差为 15℃时，加热量约为 500kW。其热源主要有两种，一种是 60 - 90℃的热水盘管，材质为铜管铝翅片；另一种是电加热，可分档调节，功率密度在 1.5 - 2.5kW/m2。预热段的控制逻辑是根据新风温度自动启停，比如当新风温度低于 5℃时，预热段自动启动。

热回收段可回收排风能量，包括显热和全热，以此降低新风处理过程中的能耗。常见的热回收装置有转轮式和板式两种。转轮式热回收装置的显热效率≥75%，全热效率≥65%；板式热回收装置的显热效率≥60%，压力损失在 80 - 120Pa 之间。在材质方面，显热回收一般采用铝箔材质，全热回收则采用高分子膜材质。此外，为了在过渡季节减少压损，热回收段还设计了旁通，可根据实际情况关闭热回收功能。

表冷段通过冷冻水盘管对新风进行降温除湿，精确控制送风露点。对于 10 万 CMH 风量的系统，制冷量约为 1000kW（温差 15℃），冷冻水流量为 200m3/h，供水温度 7℃，回水温度 12℃。为满足深度除湿需求，盘管排数通常设置为 6 - 8 排，翅片间距设计在 2.5 - 3.5mm，以防止积灰堵塞。

加热段的作用是对经过表冷处理后的空气进行再加热，实现对送风温度的精确控制。加热方式主要有两种，一种是使用 60 - 80℃的热水盘管，材质为铜管不锈钢翅片；另一种是采用 0.2 - 0.6MPa 的饱和蒸汽盘管。在 10 万 CMH 风量下，加热量约为 300kW（升温 7℃）。

加湿段的目的是通过蒸汽或高压喷雾的方式增加空气湿度，满足洁净室的湿度要求，一般洁净室湿度要求在 40% - 60% RH（Relative Humidity，相对湿度）。常见的加湿方式有干蒸汽加湿和电极式加湿。干蒸汽加湿精度可达 ±5% RH，但需要配套 0.1 - 0.3MPa 的蒸汽源；电极式加湿能够自产蒸汽，功率密度为 6 - 10kW/kg/h。在 10 万 CMH 风量下，加湿量约为 200kg/h（湿度提升 20%）。

风机段为新风输送提供动力，克服整个系统的阻力。其额定风量为 10 万 CMH，并且可通过变频调节，调节范围在 30% - 110% 之间。风机的全压在 1200 - 1500Pa（包含过滤器、盘管产生的压损），电机功率为 110kW。为减少振动和噪音，风机段采用弹簧减震器和软连接的减震设计，确保振动速度≤2.8mm/s。

中效过滤段主要用于保护末端高效过滤器（ HEPA ），延长其使用寿命。其过滤等级为 F8 - F9（对应 EN779 标准，相当于 MERV 13 - 15），过滤器形式为袋式或无隔板式，容尘量≥500g/m2。同样安装了压差计，当报警值≥250Pa 时，需要更换过滤器。

消声段用于降低风机运行产生的噪声，以满足洁净室噪声要求（≤65dB (A)）。通常采用阻抗复合式消声器，对中低频噪声有较好的消声效果。消声量在 15 - 25dB (A)（125Hz - 4kHz 频段），材质为玻璃棉和镀锌穿孔板，防火等级达到 A 级。

送风段负责连接风管，将处理后的新风输送到洁净室。出风口风速一般在 8 - 12m/s（根据风管设计确定），静压箱尺寸根据风量定制，例如 10 万 CMH 机组的静压箱截面尺寸约为 3m×2m。为保证送风均匀，送风段还配置了导流板或多孔板等均流措施，确保风速不均匀度≤15%。

冷冻水循环：冷冻机产生 7℃的冷冻水，经冷冻水泵加压后输送至 MAU 表冷段进行换热，在这个过程中，冷冻水吸收新风热量后温度升高至 12℃，随后返回冷冻机，完成一次循环。

冷却水循环：冷却塔提供 32℃的冷却水，由冷却水泵加压后进入冷冻机冷凝器，吸收冷凝器的热量后温度升至 37℃，再回到冷却塔进行散热降温，之后继续循环。

新风引入：室外空气首先经过防雨百叶，然后通过 G4 初效过滤，在低温环境下，还会进入预热段进行加热。

热回收（可选）：如果系统设置了热回收段，新风会与排风进行换热，实现预冷或预热。

降温除湿：新风进入表冷段，与冷冻水进行换热，使空气温度降低至露点以下，例如从 35℃降至 15℃。

温湿度精调：经过表冷段处理后的空气，先进入再热段进行温度控制，接着进入加湿段调节湿度，之后经过中效过滤。

送风：处理后的新风由风机加压，经过消声段降噪、送风段均流后，最终送入洁净室。

为确保系统的可靠性，关键设备都需要进行冗余与备份设计。冷冻机通常采用 N + 1 备用模式，例如 3 台机组按照 2 用 1 备进行设计；冷冻水泵和冷却水泵都必须配备备用泵；MAU 风机则可采用双电机配置或一用一备的方式。

在节能方面，系统采用了多种措施。冷冻水泵、冷却水泵以及风机均采用变频驱动，根据实际需求调节功率；在过渡季节，可通过旁通热回收段来减少压损能耗；表冷段产生的冷凝水还可收集起来用于冷却塔补水。

温湿度控制：依据洁净室反馈的温湿度数据，通过 PID 调节冷冻水阀、加热阀、加湿阀的开度，实现对温湿度的精准控制。

露点温度控制：表冷段出水温度与送风湿度相互联动，确保露点温度稳定。

压差监控：实时监测初效、中效过滤器的压差，当压差超过限值时发出报警信号；同时监测风机前后压差，预防风量衰减。

原因：主要是预热不足或冷冻水流量过低。

措施：增设防冻开关，当温度过低时，预热段自动启动；同时检查并调整冷冻水流量。

原因：蒸汽供应压力不稳定或者湿度传感器漂移。

措施：配置缓冲罐稳定蒸汽供应压力，并定期校准湿度传感器。

原因：风机风速过高或者填料堵塞。

措施：优化风机转速，避免风速过高；定期清洗冷却塔填料，保证其正常工作。