潔凈室的設計計算--空調(diào)負荷的計算

1、外墻、屋頂瞬變傳熱引起的冷負荷
外墻、屋頂屬不透明圍護結構，在日射和室外氣溫的共同作用下，由外墻、屋頂瞬變傳熱引起的逐時冷負荷均可按下式計算：

式中，CL為瞬變傳熱引起的逐時冷負荷（W）；
    F為外墻、屋面面積（m²）；
    t_n為室內(nèi)設計溫度（℃）；
    t_1n為外墻、屋面的冷負荷計算溫度的逐時值（℃）；計算時刻的選取和一般空調(diào)相同，通常可在8時至18時中，每隔1h取一個計算時刻；有經(jīng)驗者可根據(jù)具體情況，減少計算的時刻點，如可從12時算至17時；
    K為外墻、屋面的傳熱系數(shù)［W/（m²﹒℃）］；如果潔凈室在內(nèi)區(qū)，外墻引起的冷負荷為零；如果潔凈室靠近外墻，傳熱系數(shù)的計算應考慮內(nèi)、外圍護結構之間空氣間隙的熱阻。若間隙間的空氣被裝修材料封閉，可按多層復合壁計算K值；當內(nèi)層結構為彩鋼夾芯板，則計算K值時只考慮由夾芯材料、空氣層、外墻組成的復合壁，可忽略夾芯兩面的彩鋼板的熱阻影響。如果空氣間隙未被裝修材料封閉，把靠外墻的潔凈室按內(nèi)區(qū)處理。這里的空氣間隙就變成非空調(diào)空間。這時，只需計算非空調(diào)空間對該潔凈室的傳熱負荷。
對于室溫允許波動范圍大于或等于±1℃的工藝性空調(diào)房間，其非輕型外墻傳熱形成的冷負荷，可近似按照穩(wěn)態(tài)傳熱計算(參見《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GB50019-2003的規(guī)定)。
即：

式中，CL、K、F、t_n同式；
t_zp為夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算日平均綜合溫度（℃）；
t_wp為夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算日平均溫度（℃）；
ρ為圍護結構外表面對于太陽輻射熱的吸收系數(shù)；
Jp為圍護結構所在朝向太陽總輻射照度的日平均值（W/m²）；
α_w為圍護結構外表面換熱系數(shù)［W/（m²﹒℃）］。
由于潔凈室特殊的雙層外圍護結構，外墻傳熱系數(shù)K值按多層復合壁計算用式CL=FK（t_zp-t_n）算出的非輕型外墻傳熱形成的冷負荷與采用冷負荷系數(shù)法算出的冷負荷相差不大。這就是前面所提到的當內(nèi)層材料的保溫性能好時(如彩鋼夾芯板)不透明圍護結構引起的冷負荷可按穩(wěn)定傳熱計算的依據(jù)之一。
潔凈室吊頂以上都留有足夠的夾層空間來安裝管道、設備，即使是位于頂層的潔凈室，由于這個夾層的存在，屋頂?shù)乃沧儌鳠嵋鸬睦湄摵煽刹槐赜嬎悖恍栌嬎阆喈斢诜强照{(diào)房間的夾層對潔凈室傳熱而產(chǎn)生的冷負荷。潔凈室的裝修，由于需要吸收土建施工的誤差，其墻板緊貼土建外圍護結構的很少，一般都留有較大的間隙。根據(jù)前面的分析，當把這個間隙按非空調(diào)房間對待時，對于非輕型外墻和屋頂瞬變傳熱形成的冷負荷可以不做計算，把該潔凈室按內(nèi)區(qū)對待(緊貼土建外墻的潔凈室除外)。
2、內(nèi)墻、樓板傳熱引起的冷負荷
當潔凈室與鄰室的夏季溫差大于3℃時，通過內(nèi)墻、樓板傳熱引起的冷負荷可按下式計算：
式中，CL為內(nèi)圍護結構傳熱形式的冷負荷（W）；
    K為內(nèi)圍護結構的傳熱系數(shù)［W/（m²﹒℃）］；
    F為內(nèi)圍護結構的傳熱面積（m²）；
    t_n為室內(nèi)設計溫度（℃）；
    t_1s為鄰室計算平均溫度（℃）；其值按下式計算：

式中，t_wp為夏季空調(diào)室外計算日平均溫度（℃）；
   Δt_1s為鄰室計算平均溫度與夏季空調(diào)室外計算日平均溫度的差值（℃）；宜按下表選用：

3、外玻璃窗瞬變傳熱引起的冷負荷
許多潔凈室是不允許設計外玻璃窗的，對于潔凈度級別要求低的潔凈室，雖然允許設計外玻璃窗，但必須保證是密封固定窗。根據(jù)潔凈室的建筑結構特征，大多采用兩層固定密閉玻璃窗。當潔凈室按內(nèi)區(qū)對待時，其玻璃窗傳熱按內(nèi)窗考慮；當潔凈室的墻板緊貼土建外墻或土建外墻經(jīng)表面涂層處理作為潔凈室墻面時，在室內(nèi)外溫差作用下，通過外玻璃窗的瞬變傳熱引起的冷負荷可按下式計算：

式中，CL為外玻璃窗瞬變傳熱引起的逐時冷負荷（W）；
   F為窗口面積（m²）；
   K為外玻璃窗的傳熱系數(shù)［W/（m²﹒℃）］；
   C為玻璃窗傳熱系數(shù)修正值；
   t_1m為外玻璃窗冷負荷計算溫度的逐時值（℃）；
   t_d為玻璃窗的地點修正值。
4、玻璃窗日射得熱引起的冷負荷
不考慮外遮陽時，透過玻璃窗進入室內(nèi)的日射得熱形成的逐時冷負荷可按下式計算：

式中，CL為透過玻璃窗進入室內(nèi)的日射得熱形成的冷負荷（W）；
   F為玻璃窗的凈面積（m²）；
   C_s為窗玻璃的遮陽系數(shù)，其定義為實際玻璃的日射得熱與標準窗玻璃的日射得熱之比；因為潔凈室的玻璃窗不允許設置窗簾之類的內(nèi)遮陽設施，不考慮窗內(nèi)遮陽設施的遮陽系數(shù)；
   D_J.max為日射得熱因素大值（W/m²）
   C_CL為無內(nèi)遮陽的冷負荷系數(shù)，以北緯27°30′為界，以北的地區(qū)為北區(qū)，以南的地區(qū)為南區(qū)。
5、地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄摵?br />參照《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》（GB 50019-2003）的規(guī)定，若潔凈室內(nèi)的空調(diào)屬舒適性的，夏季可不計算通過地面?zhèn)鳠嵋鸬睦湄摵桑划敐崈羰椅挥诘蛯樱旅鏌o地下室且有外墻時，對工藝性空調(diào)，宜計算距外墻2m范圍內(nèi)的地面?zhèn)鳠嵝纬傻睦湄摵伞?br />6、室內(nèi)熱源散熱形成的冷負荷
潔凈室內(nèi)的熱源散熱主要是指室內(nèi)工藝設備散熱、照明散熱、人體散熱等。設備種類較多，有些設備只能滿足生產(chǎn)工藝的功能，對保溫、隔熱等方面存在先天缺陷，在運行過程中散發(fā)大量的熱量、濕量及粉塵。在設計時應充分調(diào)研、仔細研究，不能單獨按相關計算公式進行冷負荷計算。否則，設備形成的冷負荷太大，即使是潔凈室的大風量也難以消除余熱余濕。因此，要求設計人員仔細了解工藝過程，通過隔熱、排熱等措施，在方案階段就考慮節(jié)能措施，不能等大量的熱散發(fā)至室內(nèi)后再進行空調(diào)降溫。
在采用冷負荷系數(shù)法計算室內(nèi)電動設備形成的冷負荷時，電動設備的額定功率只反映裝機容量，實際的大運行功率往往小于裝機容量，而實際的運行功率也要比大功率小。所以，在計算冷負荷時一定要考慮這些因素。
室內(nèi)熱源散熱包括顯熱、潛熱兩部分。潛熱散熱直接成為室內(nèi)的瞬時冷負荷，顯熱散熱中只有以對流形式散出的熱量成為室內(nèi)瞬時冷負荷，而以輻射形式散出的熱量先被周圍壁面及物體的表面吸收，然后逐漸以對流方式散出，形成滯后的冷負荷。所以，應分析各種設備的散熱特點，采用相應的冷負荷系數(shù)。
（1）設備顯熱冷負荷
計算公式：CL=C_CLQ
式中，CL為設備散熱形成的冷負荷（W）；
   C_CL為設備散熱冷負荷系數(shù)；
   Q為設備散熱量（W）。
當設備和電動機都在室內(nèi)時：Q=1000n₁n₂n₃N/η
當只有設備在室內(nèi)時：Q=1000n₁n₂n₃N
當只有電動機在室內(nèi)時：Q=1000n₁n₂n₃N（1-η）/η
式中，N為設備的安裝功率（kW）；
   η為電動機效率；
   n₁為同時使用系數(shù)，通過了解工藝過程來確定；
   n₂為利用系數(shù)，反映安裝功率的利用程度，一般取0.7～0.9；
   n₃為負荷系數(shù)，反映了平均負荷達到大負荷的程度；精密機床取0.15～0.4，一般可取0.4～0.5。
以上各系數(shù)對負荷計算影響較大，特別是安裝功率較大時，其影響更為明顯。所以在計算時應仔細分析，必要時現(xiàn)場考察同類設備的實際運行情況，以確定各項系數(shù)。
電熱設備散熱量：無保溫密閉罩時，計算公式為：Q=1000n₁n₂n₃n₄N（W）
式中，n₄為排風帶走的熱量的系數(shù)，一般取0.5。
（2）照明散熱形式的冷負荷
計算公式：CL=C_CLQ
式中，CL為照明散熱形成的冷負荷（W）；
   C_CL為照明散熱冷負荷系數(shù)；
    Q為照明設備散熱量（W）。
白熾燈：Q=1000N（W）
熒光燈：Q=1000n₁n₂N（W）
式中，N為照明設備所需功率（kW）；
   n₁為鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)，當明裝熒光燈的鎮(zhèn)流器在室內(nèi)時，取1.2；當暗裝熒光燈的鎮(zhèn)流器裝在頂棚內(nèi)時取0.1；
   n₂為燈罩隔熱系數(shù)，當罩的上部穿孔時取0.5～0.6，無孔時取0.6～0.8，潔凈室凈化燈無孔，故取0.6～0.8。
（3）人體散熱形成的冷負荷
計算公式：CL=C_CLnq_s
式中，CL為人體散熱形成的冷負荷（W）；
   C_CL為人體散熱的冷負荷系數(shù)；
   q_s為不同室溫和勞動性質(zhì)成年男子散熱量；
   n為室內(nèi)人數(shù)。
（4）室內(nèi)濕源散濕引起的潛熱冷負荷
如果潔凈室內(nèi)有一個熱的濕表面，水分被熱源加熱而蒸發(fā)，那么該設施與室內(nèi)空氣既有顯熱交換又有潛熱交換。顯熱交換取決于其表面與室內(nèi)空氣的傳熱溫差和傳熱面積，散濕量可由下式計算：

式中，P_b為水表面溫度下的飽和空氣的水蒸氣分壓力（Pa）；
   P_a為空氣中水蒸氣分壓力（Pa）；
   F為水的蒸發(fā)表面積（m²）；
   B₀為標準大氣壓力，101325Pa；
    B為當?shù)貙嶋H大氣壓力（Pa）；
   β為蒸發(fā)系數(shù)［kg/（N.s）］；β=（α+0.00363ν）10^-5；
   α為不同水溫下的擴散系數(shù)［kg/（N.s）］，見下表：
   ν為水面上周圍空氣的流速（m/s）。

如果潔凈室內(nèi)的濕表面是通過吸收空氣中的顯熱量蒸發(fā)的，而無其它的加熱源，則室內(nèi)的總得熱量沒有增加，只有部分顯熱負荷轉化為潛熱負荷。
如果潔凈室內(nèi)有一個蒸汽散發(fā)源，則散濕量即為散入室內(nèi)的蒸汽量。
計算出潔凈室內(nèi)各項散濕量D_i后，總散濕量W=ΣD_i，則室內(nèi)散濕源引起的潛熱冷負荷為：
CL=（2500+1.84t_n）W（W）