双碳，即碳达峰与碳中和的简称。2020年9月，习大大在联合国大会上宣布，中国力争 2030 年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中和目标。这就是“双碳”的来源。
图源：百度百科
近年来，随着相关产业的迅速发展，对恒温恒湿洁净室的需求也越来越大，相应的实验室建设在不断进行中，而高能耗一直是净化实验室、净化厂房建设绕不开的话题。
那么，你的洁净室，是不是做到“双碳“达标了呢？
据有关部门数据统计：
每年城乡新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑近400亿平方米，95%以上是高能耗建筑。
国家机关办公建筑和大型公共建筑年耗电量约占全国城镇总耗电量的22%，而且还在以每年1%的速度增加。
大型公共建筑总面积不足城镇建筑总面积的4%，但总能耗却占全国城镇总耗电量的22%，大型公共建筑单位面积年耗电量达到70～300KWh，是普通居民住宅的10～20倍。是欧洲、日本等发达国家同类建筑的1.5～2倍。
一个实验楼所消耗的电能是普通办公楼的10倍。
分析了云南、河北、陕西、陕西、重庆等地的五个净化实验室的电能耗数据后发现，空调设备用电占总电能耗的约60%，设备类用电占40%。由此可见，科学配置和利用空调设备，将是洁净室能耗管理的重点。
01
传统洁净室暖通做法的特点
（一）
维持室内空气环境状态所要求的空调规模很大
洁净区同普通空调舒适区最主要的区别是洁净区除保持规定的温湿度之外，还需要考虑室内洁净度达标，按照洁净厂房设计标准的规定，为达到室内要求的洁净度标准，世界不同区域的相关机构对于室内自净时间做出了明确的要求，因此为了满足相关自净时间的要求，对于换气次数也做出了比较明确的规定。我们本着“实现目标恢复速度比实现目标换气率更为重要”的原则考虑，并结合现有设计参数选择情况，规定一般最低设计换气次数为D级12次/h，C级25次/h，B级50次/h，A级为层流断面送风，平均风速约0.25-0.35m/s，这远远超出了普通民用建筑关于室内换气次数的相关数值，从而需要配置风量更大的空调机组来维持室内的洁净度要求。
另外一个方面，据《实用供热空调设计手册》相关数据及《暖通空调设计常用数据》相关数据显示，普通民用建筑的单位冷负荷以外墙传热负荷和人体照明负荷为主，设备类占据很小的比例，其单位负荷约120-150W/m2；而洁净区通常配备不同的生产设备或实验仪器，设备的运行负荷远远超出了普通民用建筑设备的负荷，从而导致整个洁净区域内单位负荷达到了300-500W/m2，已经达到普通民用建筑单位冷负荷的三倍左右，故洁净区的空调负荷也已经超出了普通环境很多。另外，洁净室作为系统性的实验室，其区域内人员、设备的布置也与普通民用建筑有较大的差别。以一个4人办公室为例，其所需要的新风量按人均新风量30m3/h来计算的话，总新风量为120m3/h，而洁净室内一个40㎡的区域按照层高3m、实验人数为4人，压差为+20Pa来考虑的话，其所需要的新风量达到了360m³/h，约为普通办公区的三倍左右，这样的一个新风需求量所需要的新风负荷同样是一个很大的数值。另外洁净区作为一个系统性的实验或生产区域，其每个正压房间皆需要补充新风来维持设计的压差值，即便是无人房间同样需要考虑压差风量，这在普通环境下是不用考虑的。从这一角度出发，单单维持室内洁净度及压差方面，其比常规的负荷就要多出很大一部分。
（二）
洁净室温湿度的精准控制需要更为宽泛的空气处理过程
标准化的洁净室对温湿度环境有特定的要求，在整个空调负荷计算的过程中还需要考虑常年维持室内稳定的温度、湿度，同样需要相关设备的持续运转；而对于普通民用建筑的空调系统来说，其仅仅需要保证夏季凉爽、冬季温暖即可，乃至于很大一部分的冬季采暖并不需要空调系统来承担，再者普通民用建筑对室内温湿度环境没有严格的限制要求，同样产生了设备运行带来的功率差距。
据统计，洁净区的空调配电数值达到普通民用建筑的空调平均用电负荷的近4倍。
因为室内人员、设备数量是固定的，与夏季没有什么区别，即室内湿负荷未发生变化，所以冬季送风状态点应该是与夏季送风含湿量是相同的；夏季由于室外温度高湿度大，即使新风与室内回风混合后仍需要进行冷凝除湿处理；而到了冬季，室外温度低，含湿量小，在新风量保持不变的情况下，室外新风与回风混合后需要对空气加湿才能满足室内的湿度需求。对于有恒温恒湿要求的环境，加湿优先选用电极加湿装置，这里便产生了一部分用电需求。
再者，若室外温度太低，因回风量是新风量的四倍左右，在极端条件下，新风与回风在箱体内直接混合的话容易产生冷凝水，时间长了便容易滋生细菌，对室内的环境也是有很大的影响，所以一般预先对新风进行预热处理，提高新风温度再与室内回风混合，基本可以避免箱体内冷凝水的产生。此处一般采用电预热装置进行预热，这里又产生了一部分用电需求。
经过电预热、混风、空气加热升温、加湿、送风等五个过程后，冬季恒温恒湿空气处理机组的，平均用电负荷约453.9W/㎡，用电总负荷甚至高于夏季机组运行用电负荷量。而普通民用建筑采用空调供暖时，我们前面讲过其与夏季用电负荷基本持平，平均用电负荷约66.66W/㎡，仅占洁净空间恒温恒湿机组对应平均负荷的约15%，这不得不说是一个很大的差距。
整体看来，对于室内洁净度、温湿度环境有严格要求的项目，从根本上是要远远大于对室内温湿度要求不那么严格的普通民用建筑的设计负荷的，这是一个短期内无法大幅改善的情况，需要从整个机组的处理流程另行分析其短期内是否具备良好的优化措施。
02
恒温恒湿洁净室设计
程泉洁净创新的恒温恒湿洁净室设计，采用普通民用空调作为洁净室空调设备，控温通过自主研发的高精密PID调节方案，不仅控温精度更高，而且电耗比传统净化空调机组显著减低。
图源：大金空调
我们做到了几点：
（一）
优化空调设备选型设计方式，采用更为先进节能的技术和设备
程泉洁净的洁净室建设方案，控温通过普通民用变频空调和高精密PID调节器控制，不仅控温精度更高，而且电耗比传统净化空调机组显著减低。同时，空调内机集成在上技术夹层，不占用地面面积，使厂房/实验室的有效工作面积比例显著提高。而且，通过分布式设计，使一部分洁净工作区域既充当洁净工作区，又同时是回风通道，节省了回风井空间，并且在气流组织和温度控制上更加科学、合理，能达到更高的洁净度和温湿度控制精度。
下面，我们以广州和长沙两地为例，典型的小洁净室和大洁净室（45㎡和600㎡），来估算我们设计的洁净室一年的运行耗电量。除了运行电费，我们设计的洁净室每年的维护费用仅为更换初中效过滤网的费用（一片过滤网的价格大概是几十元，且容易更换，可自行更换，不需要专业人员）。高效过滤器可以5年不用更换，保持洁净室内同样的洁净度。
01
广州
02
长沙
（二）
优化洁净室环境需求，提升局部空气环境质量，减少大规模高级别环境要求
通常，洁净室环境要求按照功能划分来说并不是统一的，然而实际设计过程中高级别与低级别区域未进行合理区域布局划分，全区域采用统一高级别的环境要求，从而导致整个区域内对于空气的需求量过大，进而影响到整个区域各个设备机组的选型。例如，在光学实验室中，最需要温湿度稳定和洁净度的区域是光学平台上方区域 -- 超快激光和光学元器件工作的区域，所以这个区域的温度稳定性要求需要达到±0.1℃，洁净度百级；而房间的其他区域，以及辅助实验室则无需如此高的环境要求。
环境的整体规划需求对于用电负荷的设计具有最大程度的影响。因此需要技术人员对于净化实验室内部环境做出更为科学严谨的规定，尽量采用更为科学合理的形式，避免宽泛的划定整片区域为最高级别环境需求；设计人员在与用户进行相关净化实验室平面布局设计沟通时，应更为细致严谨，在满足基本设计需求的基础上，合理划分不同净化级别的工作区，尽量减少高级别环境的空间布置，突出通用环境的设计，进而同步减小空气处理设备规模，减小用电负荷需求。
综上，从根本上解决大风量高要求净化空间下空调机组的选型问题，除了按照相关标准尽量减少风量需求、提高设备利用率之外，还需要考虑更为先进、节能的技术，优化空调参数，改善空调机组形式，合理选择空气温湿度处理设备，选用更为合理的空气组合处理方案，尽量减少能量浪费等情况的发生。
随着国家2030“碳达峰”、2060“碳中和”等目标的提出，节能降耗、减少碳排放、增加新能源利用也将会催生一批新的技术与设备，相信这些新技术、新设备的产生将会同步推动整个洁净室行业更为科学的布置与发展，也会推动制冷空调行业不断的发展与创新，催生出更为先进科学的解决方案。程泉洁净即是响应“双碳“目标号召，用不断的创新，致力于高性能、低能耗、可持续的恒温恒湿洁净室建设！
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参考文献：伍先生说暖通，净化实验室能耗分析及优化措施
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