某高精度恒溫恒濕實驗室的空調設計

某高精度恒溫恒濕實驗室的空調設計

　　摘要介紹了某高精度恒溫恒濕實驗室空調係統冷熱源的選擇、氣流組織、自動控製係統的設計。針對係統實際運行中的異常情況，提出了改進設計的一些措施。

　　air-conditioningdesignofahighprecisionandconstant

　　temperatureandhumiditylaboratory

　　abstractdescribestheselectionofcoldandheatsources,airdistribution,automaticcontroldesignofthelaboratory.Putsforwardsomeoptionsonimprovingthedesignagainsttheabnormalconditionsinoperation.

　　Keywordsconstanttemperatureandhumidity,highprecision,air-conditioning,design,operation

　　1係統設計

　　1.1程概況

　　某省出入境檢驗檢疫局承擔全省出人境貨物、動植物及人員的檢驗檢疫工作。作為紡織品進出口大省，該局紡織品的檢驗工作十分重要，任務相當繁重。為了保護貿易雙方的合法權，保證進出口紡織品質量，該局作為法定檢驗機構，必須從技術上保證檢驗的公正性、規範性和權威性。

　　檢測環境溫度、濕度的變化對紡織品的各項技術指標均有很大的影響，為此《紡織品的調濕和試驗用標準大氣》（GB6529-86）對紡織品物理或性能測定之前的調濕和測定時的大氣條件作出了嚴格的規定，要求以試驗用溫帶標準大氣的一級標準即溫度為（2012）℃、相對濕度為（6512）％的大氣作為檢測時的環境條件。本工程共設有3個恒溫恒濕試驗室，其中一個麵積為200mZ，另兩個為100mZ，分別位於該局辦公大樓的2，3，4層，均是按上述溫、濕度參數要求進行設計、施工和運行管理的。

　　1.2設計條件

　　根據工程所處地理位置，室外計算參數按《采暖通風與空氣調節設計規範》（GBIg-87）中標準氣象參數選用如下：

　　夏季冬季

　　室外計算幹球溫度/℃35.7-4

　　室外計算相對濕度/%6577

　　室外計算濕球溫度/℃28.5

　　室外平均風速/m/s2.22.3

　　室內設計條件以3樓試驗室為例加以說明。

　　試驗室建築麵積129m2，層高3．3m，有北窗及西、北麵外牆，室內檢測儀器功率為1．5kw，間歇使用，工作人員5～7人，工作時間為早上8：00至下午5：00。檢測規範要

　　求受檢紡織品進試驗室後必須進行24h以上的存放，即所謂調濕，因此，空調機組實際上為24h運轉，室內計算參數按溫度(20+-)℃，相對濕度（65+-2)℃確定。經設計計算，該試驗室A大餘熱量為12.75kw，采用2℃送風溫差時，再熱量為18．56kw。由於本試驗室人員較少，新風量按100m3／（人）取，已超出衛生標準，但仍不足送風量的10%.按10%計算，新風空調機組盤管處理能力為32kw，空氣處理機組冷盤管處理能力為32kw，熱盤管處理能力則根據熱負荷確定為26.75kw，可兼作夏季再熱盤管。空調係統送風量為m3/h。

　　1.3冷熱源

　　本工程因客觀條件所限，無法設置冷卻塔，故冷源采用了30GT－030風冷式冷水機組，設計供回水溫度為7℃／12℃，實際供水平均溫度在7～8℃。

　　熱源采用了GES072Atolo型電熱蒸汽鍋爐，額定電功率為46kw，額定產汽量75kg/h。在實際運行中，鍋爐提供0．45MPa的飽和蒸汽，一路經管殼式汽一水換熱器，給加熱盤管提供熱水，一路經減壓供至蒸汽噴射加濕器。

　　1.4空氣處理係統

　　考慮到恒溫恒濕機組定型產品在控製精度上無法達到本工程的要求，故選擇定製產品。空氣處理機的組成有回風段、過濾網、冷水盤管、風機段、熱水盤管、蒸汽加濕段。新風先經新風機組處理至回風溫度即20℃後接人回風段，新風機組為一般常規空氣處理機，添加電加熱組，以控製新風濕度，空氣處理過程參見圖1。

　　1．5氣流組織

　　氣流組織對保證房間內溫、濕度的控製精度，不出現溫度、濕度梯度是非常重要的。本工程恒溫恒濕試驗室層高僅3．3m，給均勻布置送回風管。送回風口增加了難度。工程最終采用了吊頂靜壓箱散流器均布送風、房間側邊均勻回風的氣流組織形式。因無送風管布置空間，故將整個房間吊頂密封成為一個送風靜壓箱，共布置15隻600mmX600mm的方形散流器，其中1隻位於緩衝區，其餘的均布在房間內，回風口布置於房間南、北兩側下部，風口尺寸為800mmX500mm，共計10隻，其位置的選擇考慮了回風均勻及消除最不利點渦流的要求。回風口設手動調節風閥，由於無法直接從吊頂上接回風管回風，回風道采用50mm厚雙麵彩鋼保溫板隔成回風夾牆，集中回風至空氣處理機組。運行結果證明，本試驗室的溫度、濕度控製精度達到了要求。

　　1.6自控設計

　　本工程采用計算機自動監測控製（DDC）係統，分別對回風溫、濕度，鍋爐的啟停，冷凍機的啟停，冷水閥開度，冷

　　水泵的啟停，風機啟停，電熱器啟停，加濕器蒸汽閥門開度，室內溫、濕度等進行了監測並根據反饋信號進行控製。風

　　機、冷凍機、冷水泵、鍋爐還設有手動／自動切換裝置，以利調試和維護保養。

　　2係統調試

　　2.1氣流組織的調節

　　為了保證氣流的均勻與平衡，在房間內布置了10個測點，對應於10個典型位置的氣流，通過調節回風口風閥的

　　開度，確保氣流的均勻穩定，沒有死角。

　　2.2冷熱盤管的調節

　　眾所周知，空氣的溫濕度參數是密切相關的，溫度精度控製在土℃與濕度精度控製在土1％相比，濕度控製難度更大，因此上1％濕度所對應的溫度精度小於土1℃。這一點在空氣h－d圖上可以得到證實。換言之，控製了濕度精度就等於控製了溫度精度。因此在自控程序的設置以及係統的調試中，始終貫穿了濕度控製優先的原則。為保證表冷器的去濕能力，設定冷水闊的最小開度為52％，同時考慮到加熱盤管的加熱能力，並盡可能節能，根據反複調試，又設定了冷水闊的最大開度，為62％。加熱盤管水閥的開度根據冷水闊的開度範圍加以調節。在這一範圍內，溫濕度得到了很好的控製。

　　2．3自控程序的調試

　　自控程序調試的實質是對DW內各控製環節的PID參數進行設置，設置中考慮到溫、濕度參數的相關性以及冷'熱盤管水閥開度對被控參數的影響，筆者對各種溫、濕度情況加以分類，進行選擇性控製，然後-一確定PID的各個參數設定值。

　　本工程1997年5月竣工，同年7月正式投人運行，經全國造紙標準中心檢測，在任意一個10min內5個測試點的溫度均在（20上1）℃，濕度均在（65土2）％的範圍內，達到了設計要求，通過了交工驗收。

　　3係統異常及處理

　　本試驗室在運行了一段時間後，於1998年年初某天出現了溫、濕度偶爾大幅波動的現象，最大波動時相對濕度出現上偏10％左右。停機檢測，係統中機組運行均無異常。然後聯機自動開機，數據恢複正常，而第二天上午再次出現溫濕度失控現象。經對係統各運行組件詳細檢測，發現冷水溫度升高到15℃，高於機器露點溫度。最後，確定引發異常的設備為冷源--風冷式冷水機組。經分析，風冷式冷水機組采用的延時開機電路是模塊式RC阻容電路，性能不穩定，延時開機時間偶爾會過長，導致水溫上升。根據風冷式冷水組控製原理，筆者將該延時開機電路模塊改換成數字式延時開機電路，係統即恢複正常，運行至今無問題出現。