洁净室冷负荷不是"面积乘一个数",而是五项分别算、再加两项修正。以 500㎡ 万级车间(净高 3.0 m、20 人、照明 15 W/㎡)为例:总冷负荷 133.1 kW,折合 266 W/㎡,其中新风处理占了 45%——将近一半的冷量不是在冷却房间,而是在处理室外空气。这个比例是洁净空调最容易算错的地方。
一、总冷负荷 = 五项 + 附加 + 余量
显热 = 围护传热 + 设备发热 + 人员显热 + 照明
附加 = 显热 × 10% (风机温升 + 风管冷损)
新风 = 1.2 × 新风量 × 焓差 ÷ 3600 (kW)
总冷负荷 = 显热 + 附加 + 人员潜热 + 新风
装机容量 = 总冷负荷 × 1.1 (选型余量)
逐项展开:
| 项 | 公式 | 单位与口径 |
|---|---|---|
| 围护结构传热 | 面积 × 围护指标 | W/㎡,含墙体、吊顶、地面传热与太阳辐射 |
| 室内设备发热 | 面积 × 设备指标 | W/㎡,按工艺设备密度取 |
| 人员显热 | 人数 × 130 | W/人(轻劳动,24℃ 工况) |
| 人员潜热 | 人数 × 75 | W/人,单独计入总负荷,不进显热 |
| 照明 | 面积 × 照明功率密度 | W/㎡,LED 净化灯具常取 10~20 |
| 新风处理 | 1.2 × (容积 × 新风次数) × 焓差 ÷ 3600 | 1.2 是空气密度近似值,焓差单位 kJ/kg |
| 附加 | 显热 × 10% | 风机温升与风管冷损 |
两个容易混的点:
- 潜热不进显热。 显热决定送风温差,潜热决定除湿量,两者分开算,最后才相加。
- 10% 附加和 1.1 余量不是一回事。 前者是运行中真实存在的风机温升与管道冷损,后者是选型余量。两个都要有,但不能互相替代。
二、系数怎么取
围护传热、设备发热、新风次数都跟洁净级别走——级别越高,换气次数越大(新风跟着涨)、设备密度越高(半导体、精密装配线发热大):
| 净化级别 | 围护传热(W/㎡) | 设备发热(W/㎡) | 新风换气次数(次/h) |
|---|---|---|---|
| 十级 / ISO 4 | 55 | 250 | 6 |
| 百级 / ISO 5 | 50 | 150 | 5 |
| 千级 / ISO 6 | 45 | 100 | 4 |
| 万级 / ISO 7 | 40 | 70 | 3 |
| 十万级 / ISO 8 | 35 | 50 | 2.5 |
| 普通受控区 | 30 | 35 | 2 |
人员按 130 W 显热 + 75 W 潜热(24℃、轻劳动);夏季焓差合肥取 40 kJ/kg(35℃/65% 对 24℃/55% 的近似值);附加率 10%。
表里都是经验中值,不是标准条文。 有明确工艺发热(kW)、排风量或新风比时,必须换成实测/工艺数据——这一步换不换,结果能差一倍。
三、500㎡ 万级:逐项算一遍
设定:洁净区 500㎡,净高 3.0 m,万级(ISO 7),同时在场 20 人,照明 15 W/㎡。
| 项 | 计算 | 结果 |
|---|---|---|
| 围护结构 | 500 × 40 W/㎡ | 20.0 kW |
| 室内设备 | 500 × 70 W/㎡ | 35.0 kW |
| 人员显热 | 20 × 130 W | 2.6 kW |
| 照明 | 500 × 15 W/㎡ | 7.5 kW |
| 显热小计 | 20.0 + 35.0 + 2.6 + 7.5 | 65.1 kW |
| 附加(10%) | 65.1 × 10% | 6.5 kW |
| 人员潜热 | 20 × 75 W | 1.5 kW |
| 新风处理 | 1.2 × (500×3.0×3) × 40 ÷ 3600 | 60.0 kW |
| 总冷负荷 | 65.1 + 6.5 + 1.5 + 60.0 | 133.1 kW |
| 单位面积冷指标 | 133.1 ÷ 500 × 1000 | 266 W/㎡ |
| 建议装机容量 | 133.1 × 1.1 | 146.4 kW |
新风那行值得单独看一眼:容积 1,500 m³、新风 3 次/h → 新风量 4,500 m³/h,乘焓差 40 kJ/kg ÷ 3600 = 60 kW,比设备发热(35 kW)还大。这就是为什么洁净室的新风机组往往和循环机组一样大。
四、四个档位的冷指标对照
同样净高 3.0 m、照明 15 W/㎡(十万级按 12 W/㎡)算下来:
| 房间 | 面积 | 人数 | 总冷负荷 | 冷指标 | 新风占比 | 机组选型 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 万级 ISO 7 | 500㎡ | 20 | 133.1 kW | 266 W/㎡ | 45% | 模块式风冷热泵 130 kW×1 + 65 kW×1 |
| 千级 ISO 6 | 800㎡ | 30 | 275.3 kW | 344 W/㎡ | 46% | 模块式风冷热泵 130 kW×2 + 65 kW×1 |
| 百级 ISO 5 | 300㎡ | 15 | 134.2 kW | 447 W/㎡ | 45% | 模块式风冷热泵 130 kW×1 + 65 kW×1 |
| 十万级 ISO 8 | 1,000㎡ | 40 | 215.4 kW | 215 W/㎡ | 46% | 模块式风冷热泵 130 kW×2 |
三个结论:
- 冷指标从 215 涨到 447 W/㎡,翻一倍。 差距主要来自设备发热与新风次数,不是围护结构。
- 新风占比稳定在 45% 上下。 因为新风次数与容积同比例增长,这一项几乎不随等级变化——所以算洁净室冷负荷,新风永远是第一优先级。
- 百级 300㎡ 和万级 500㎡ 的总负荷几乎一样(134 对 133 kW)。 面积小一半、等级高两档,负荷打平。按面积报价在这种场合必然亏,"每平米多少钱"只能用于同等级比较。
五、从冷负荷到机组选型
装机容量(已含 1.1 余量)按下面几档往上取:
| 装机容量 | 机组形式 | 取整方式 |
|---|---|---|
| < 100 kW | 直膨式净化空调机组(涡旋压缩机) | 按 10 kW 向上取整 |
| 100 ~ <350 kW | 模块式风冷热泵 | 130 kW / 65 kW 模块组合,取「不低于负荷且总容量最小」 |
| 350 ~ 700 kW | 水冷螺杆式冷水机组 × 1 台 | 按 50 kW 向上取整 |
| 700 ~ 2,500 kW | 水冷螺杆式冷水机组 × 2 台 | 平均分配,每台按 50 kW 向上取整(便于部分负荷与检修) |
| > 2,500 kW | 离心式冷水机组 | 单台不超过 2,500 kW 拆分,至少 2 台 |
模块组合的实际意义:146.4 kW 这一档,130 + 65 = 195 kW 比 130 × 2 = 260 kW 省 65 kW 的装机与初投资;但模块机的台数多一台,占地与接管要跟着看。
水冷螺杆的前提是有冷却塔与机房条件;现场不具备就改同容量风冷螺杆,冷量不变,能效与占地变。这一条在改造项目里经常卡住——厂房没有屋顶冷却塔位置,方案就得整体重来。
六、五个最常见的错
- 新风量按"总风量的 10%~15%"拍。 洁净室的新风是按换气次数或人员/排风补偿算的,千级 4 次/h、百级 5 次/h 和"总风量 10%"完全不是一个数。
- 把 10% 附加和 1.1 余量重复叠加。 有人先乘 1.1、再把 10% 附加加一遍,装机虚高 20%,白花钱。
- 直接拿"净化车间 300 W/㎡"乘面积报价。 同样万级,设备发热从 70 变成 150 W/㎡,总负荷就多 60 kW——不含工艺发热的指标只能当概念估算。
- 只算夏季,不算冬季再热与除湿。 合肥夏季 35℃/65%、梅雨季高湿,除湿量与再热量都要单独核;洁净室常年冷负荷大、冬季仍需供冷的房间很常见。
- 按总冷负荷选机组,不按部分负荷复核。 洁净室常 24 h 运行但并非满负荷,机组台数与调节能力(变频、多机头)决定实际能耗,"容量刚好"往往比"容量富余"更省电。
七、依据
GB 50019《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》、GB 50073《洁净厂房设计规范》、GB 50457《医药工业洁净厂房设计标准》;室内外计算参数按项目所在地气象参数取。文中的系数为工程经验值,施工图阶段须按实际围护结构、工艺发热、排风量与新风比逐项复核。
这套算法官网也有在线版:洁净室制冷量高级计算器——输入面积、净高、级别、人数与照明,直接给冷负荷分解、冷指标与机组选型,结果可一键带进咨询单。FFU 台数与循环风量怎么算,见FFU 数量怎么算。