潔（jié）淨手術部空調機組風機單位風量耗功率限值的討論

1、背景
為了實（shí）現（xiàn）手術部潔淨區（qū）域對環境潔淨度和微生物的控製，潔淨手術部的空調係統中設置了空氣過濾器。過濾器的阻力通常是按其額定風量下（xià）阻力（lì）的（de）2倍確定的。係（xì）統都設多級過濾器，級數多產生的阻力大，消耗風機的功率大。另外，設計人（rén）員在確定風機風壓時還（hái）常常留較大的（de）餘量。下表為某潔淨手術室空調（diào）係統及其新風係（xì）統的壓降（過濾器（qì）為終（zhōng）阻力）。
新風係統壓降：

空調係（xì）統壓降：

由於（yú）過濾器阻力隨積塵量增加而上升，使得係統初阻力與設計工況相比差幾百帕。為保證空調參數在設計工況（kuàng）附近，很多工程都為（wéi）送風機配置了變頻器。但（dàn）是，在手術（shù）部空調工程竣工（gōng）驗收中，時常能遇到空調機（jī）組風機設計壓力比（bǐ）係統實際阻力大得多的情況，造成房間送風量偏大。甚至個別項（xiàng）目中，送風機電動機的輸入頻率即（jí）使降（jiàng）低到30Hz，手（shǒu）術室的（de）換氣次數（shù）或截麵（miàn）送（sòng）風速度仍超過上限值（zhí）很多。對於某一（yī）係統而言，風機的功率與風量的2～3次冪成正比。如果（guǒ）風量偏大（dà）20%，風機功率（lǜ）會上升（shēng）44%以上；如（rú）果實際風機壓頭再富餘20%，則風機功率會（huì）更大。此（cǐ）外，Ⅰ～Ⅲ級手術室（shì）的室內空調（diào）冷負荷通常為2～10kW,而因風機耗功會（huì）額外增加2～7k的顯熱冷負荷，因此減小風機功率對減少空調冷負荷也有直接作用。

2、風機單位風量（liàng）耗功率
風機功率可以用下（xià）式表示：

式中，N為風機電動機的輸入電功率，W
Q為風機風量,m³/h
p為（wéi）風機全（quán）壓，Pa
為風機的全效率，包含風（fēng）機效率、電動（dòng）機效（xiào）率和傳動效率
以空調係統壓降表格數值為例，各級過濾器壓降占係（xì）統全壓的48.5%。假設該機（jī）組風（fēng）量為10000 m³/h，按每年運行200d、每天運行10h計算，則過濾器引起的風機（jī）電耗約為5000kWh。在一定（dìng）的風量下，風機的功率取決（jué）於全壓及其電動機和傳動（dòng）效率。所以，為控製風機能耗，在工程設計階段（duàn）應確（què）定合（hé）理的風機全壓，並對風機的全（quán）效率提出要求。

《公共建築節能設計標準》GB 50189-2005引入風（fēng）機設計單位風量耗功率限值對空調風係（xì）統的風機能（néng）耗提出了要求。該標準（zhǔn）對（duì）普通空調係統的限值提出了要求，並未對淨化空調係（xì）統提出要求（qiú）。盡管淨化空調係統與普通空調（diào）係統不同，不（bú）能*照搬該（gāi）標準限（xiàn）值，但是可（kě）以使用同樣的原（yuán）則，對手術部潔淨區新風機組和（hé）空調機組（zǔ）的風機（jī）設計單位風量耗功率予以限值。
風機設計單位風量耗功率計算公式如下：

式中，Ws為（wéi）風機設計單位風量耗功（gōng）率，W/（m³.h）
3、確定風機單位風量（liàng）耗功率限值
從公式可見，當風機效率一定時，風機設計單位風量耗功（gōng）率取決於係統（tǒng）壓降。為分析係統各部分的壓降特點，本文將空調風係統劃分為空（kōng）調機組（zǔ）與其餘風道係統（tǒng）兩個部（bù）分。
（1）風道係統阻力（lì）
新風係統（tǒng）風（fēng）道的阻（zǔ）力部件包括：新風進出口、粗效過濾器、閥門、風（fēng）道及彎（wān）頭（tóu）、三通等。
根據室內潔淨度要求，係統的末級空氣過濾器可選A類高效過濾器或亞高效過濾器。根據《高效（xiào）空氣過濾器》GB /T 13554-2008，額（é）定風量下A類高（gāo）效過濾器的初（chū）阻力不（bú）大於190Pa，本文按70%額定風量（liàng）選取，則初阻力不大（dà）於（yú）140Pa，終阻力為280Pa。Ⅰ級（jí）手術室送風采用平鋪高效過濾器或（huò）靜（jìng）壓箱內過（guò）濾器采用W形側送布置時，初阻力在（zài）100Pa左右。本文中，空調機組機（jī）外餘壓取650Pa，可以滿足工程（chéng）需要；新風機組機外餘壓取500Pa，可以滿足新（xīn）風口、粗效過濾網、閥門及風量阻力損失。
（2）空氣過濾器阻力
《空氣過濾器》 GB/T 14295-2008給出了各級過濾器的阻力要求，見下表：
空氣過濾器功能段阻力：

機組內的過濾器應盡量采用折疊方式、袋式布置，以（yǐ）減小過濾器迎麵風速，降低阻力，並可延長過濾器的壽命。亞高效（xiào）過濾器在額定風（fēng）量下，迎麵風速為1.0m/s時，初阻（zǔ）力不大於120Pa，如果按70%額定風（fēng）量選用，初阻力應不大於90Pa。如果把過濾器實際（jì）風（fēng）量降低到50%～70%，還可繼續降低機組內部壓降。合機外餘壓確定風機單位風量耗功率限值。其中，新（xīn）風機組和空（kōng）調機（jī）組內迎麵風速為2m/s計（jì）算，過濾器的設計風量按額定風量的90%選取，其阻力可按空氣過濾器功能段（duàn）阻力表格終阻力的0.9倍計算。
（3）新（xīn）風機組內部阻（zǔ）力
對於單獨設置的新風機組，按三種（zhǒng）室外環境空氣質量（liàng）情況，其（qí）過濾器設置分為三種（zhǒng）組合類型，見（jiàn）下表所示：
新風過濾（lǜ）器組合：

風機全壓計算見下表：
新風機組組合方式（機外餘壓500Pa）

（4）空調機（jī）組（zǔ）內部阻力

對於利用部分回風（fēng）的淨化空調機（jī）組，可分為如（rú）下表所示的兩種類型：
第1種類型，空調機組的新風由新風機組（zǔ）處理，且新風機組配置風機。
第2種（zhǒng）類型，空調機組處理新風，即在第1種類型空調機組的基礎上增（zēng）設了符（fú）合新風過（guò）濾器組合表格類型（xíng）1的中效過濾器，增加的壓降按200Pa考慮。空調機組組合方式（機（jī）外餘（yú）壓650Pa）

全新風空調機組按新風過濾器（qì）組（zǔ）合方式分為下表所示的三種類型：
全新（xīn）風空調機組（zǔ）組合方式（機外（wài）餘壓650Pa）

（5）耗功率限值確定（dìng）

綜合上述分析，按照風機全效率為57%計算，並附加15%的冗餘度（dù），則風機單位風量耗（hào）功率限值如下表所示。如果需在機組內增設其它部件，如新風（fēng）預熱（rè）器和新（xīn）風表冷器等，可按上述原則和公（gōng）式計（jì）算附加值。
風機（jī）設計（jì）單位風量耗功率限值：

4、結論
淨化空調係統的各（gè）級過濾器並不是（shì）同時達到終阻力（lì），確定過濾器的壓降時應根據實際（jì）的迎麵風速計算（suàn），不能簡單取額（é）定風量下的壓降數值。機外餘（yú）壓也應按照水力（lì）計算結果確定。過濾器阻力占係統總阻力的比例較大（dà），由此產生的風機能耗很大。設計人員不應以“偏安全"為由而過分加大空調機組餘壓（yā）。在滿足過濾效率的前提下（xià），應優先選用低阻力的過濾器或過濾裝置。