某高精度恒溫恒濕實(shí)驗室的空調設計

某高精度恒溫恒濕實(shí)驗室的空調設計

　　摘要介紹了某高精度恒溫恒濕實(shí)驗室空調系統冷熱源的選擇、氣流組織、自動(dòng)控制系統的設計。針對系統實(shí)際運行中的異常情況，提出了改進(jìn)設計的一些措施。

　　air-conditioningdesignofahighprecisionandconstant

　　temperatureandhumiditylaboratory

　　abstractdescribestheselectionofcoldandheatsources,airdistribution,automaticcontroldesignofthelaboratory.Putsforwardsomeoptionsonimprovingthedesignagainsttheabnormalconditionsinoperation.

　　Keywordsconstanttemperatureandhumidity,highprecision,air-conditioning,design,operation

　　1系統設計

　　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(dòng)植物及人員的檢驗檢疫工作。作為紡織品進(jìn)出口大省，該局紡織品的檢驗工作十分重要，任務(wù)相當繁重。為了保護貿易雙方的合法權，保證進(jìn)出口紡織品質(zhì)量，該局作為法定檢驗機構，必須從技術(shù)上保證檢驗的公正性、規范性和權威性。

　　檢測環(huán)境溫度、濕度的變化對紡織品的各項技術(shù)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(shí)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(shí)的環(huán)境條件。本工程共設有3個(gè)恒溫恒濕試驗室，其中一個(gè)面積為200mZ，另兩個(gè)為100mZ，分別位于該局辦公大樓的2，3，4層，均是按上述溫、濕度參數要求進(jìn)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(fēng)與空氣調節設計規范》（GBIg-87）中標準氣象參數選用如下：

　　夏季冬季

　　室外計算干球溫度/℃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(fēng)速/m/s2.22.3

　　室內設計條件以3樓試驗室為例加以說(shuō)明。

　　試驗室建筑面積129m2，層高3．3m，有北窗及西、北面外墻，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(shí)間為早上8：00至下午5：00。檢測規范要

　　求受檢紡織品進(jìn)試驗室后必須進(jìn)行24h以上的存放，即所謂調濕，因此，空調機組實(shí)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(jīng)設計計算，該試驗室A大余熱量為12.75kw，采用2℃送風(fēng)溫差時(shí)，再熱量為18．56kw。由于本試驗室人員較少，新風(fēng)量按100m3／（人）取，已超出衛生標準，但仍不足送風(fēng)量的10%.按10%計算，新風(fēng)空調機組盤(pán)管處理能力為32kw，空氣處理機組冷盤(pán)管處理能力為32kw，熱盤(pán)管處理能力則根據熱負荷確定為26.75kw，可兼作夏季再熱盤(pán)管?？照{系統送風(fēng)量為m3/h。

　　1.3冷熱源

　　本工程因客觀(guān)條件所限，無(wú)法設置冷卻塔，故冷源采用了30GT－030風(fēng)冷式冷水機組，設計供回水溫度為7℃／12℃，實(shí)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(chǎn)汽量75kg/h。在實(shí)際運行中，鍋爐提供0．45MPa的飽和蒸汽，一路經(jīng)管殼式汽一水換熱器，給加熱盤(pán)管提供熱水，一路經(jīng)減壓供至蒸汽噴射加濕器。

　　1.4空氣處理系統

　　考慮到恒溫恒濕機組定型產(chǎn)品在控制精度上無(wú)法達到本工程的要求，故選擇定制產(chǎn)品?？諝馓幚頇C的組成有回風(fēng)段、過(guò)濾網(wǎng)、冷水盤(pán)管、風(fēng)機段、熱水盤(pán)管、蒸汽加濕段。新風(fēng)先經(jīng)新風(fēng)機組處理至回風(fēng)溫度即20℃后接人回風(fēng)段，新風(fēng)機組為一般常規空氣處理機，添加電加熱組，以控制新風(fēng)濕度，空氣處理過(guò)程參見(jiàn)圖1。

　　1．5氣流組織

　　氣流組織對保證房間內溫、濕度的控制精度，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(fēng)管。送回風(fēng)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(fēng)、房間側邊均勻回風(fēng)的氣流組織形式。因無(wú)送風(fēng)管布置空間，故將整個(gè)房間吊頂密封成為一個(gè)送風(fēng)靜壓箱，共布置15只600mmX600mm的方形散流器，其中1只位于緩沖區，其余的均布在房間內，回風(fēng)口布置于房間南、北兩側下部，風(fēng)口尺寸為800mmX500mm，共計10只，其位置的選擇考慮了回風(fēng)均勻及消除最不利點(diǎn)渦流的要求?；仫L(fēng)口設手動(dòng)調節風(fēng)閥，由于無(wú)法直接從吊頂上接回風(fēng)管回風(fēng)，回風(fēng)道采用50mm厚雙面彩鋼保溫板隔成回風(fēng)夾墻，集中回風(fēng)至空氣處理機組。運行結果證明，本試驗室的溫度、濕度控制精度達到了要求。

　　1.6自控設計

　　本工程采用計算機自動(dòng)監測控制（DDC）系統，分別對回風(fēng)溫、濕度，鍋爐的啟停，冷凍機的啟停，冷水閥開(kāi)度，冷

　　水泵的啟停，風(fēng)機啟停，電熱器啟停，加濕器蒸汽閥門(mén)開(kāi)度，室內溫、濕度等進(jìn)行了監測并根據反饋信號進(jìn)行控制。風(fēng)

　　機、冷凍機、冷水泵、鍋爐還設有手動(dòng)／自動(dòng)切換裝置，以利調試和維護保養。

　　2系統調試

　　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(gè)測點(diǎn)，對應于10個(gè)典型位置的氣流，通過(guò)調節回風(fēng)口風(fēng)閥的

　　開(kāi)度，確保氣流的均勻穩定，沒(méi)有死角。

　　2.2冷熱盤(pán)管的調節

　　眾所周知，空氣的溫濕度參數是密切相關(guān)的，溫度精度控制在土℃與濕度精度控制在土1％相比，濕度控制難度更大，因此上1％濕度所對應的溫度精度小于土1℃。這一點(diǎn)在空氣h－d圖上可以得到證實(shí)。換言之，控制了濕度精度就等于控制了溫度精度。因此在自控程序的設置以及系統的調試中，始終貫穿了濕度控制優(yōu)先的原則。為保證表冷器的去濕能力，設定冷水闊的最小開(kāi)度為52％，同時(shí)考慮到加熱盤(pán)管的加熱能力，并盡可能節能，根據反復調試，又設定了冷水闊的最大開(kāi)度，為62％。加熱盤(pán)管水閥的開(kāi)度根據冷水闊的開(kāi)度范圍加以調節。在這一范圍內，溫濕度得到了很好的控制。

　　2．3自控程序的調試

　　自控程序調試的實(shí)質(zhì)是對DW內各控制環(huán)節的PID參數進(jìn)行設置，設置中考慮到溫、濕度參數的相關(guān)性以及冷'熱盤(pán)管水閥開(kāi)度對被控參數的影響，筆者對各種溫、濕度情況加以分類(lèi)，進(jìn)行選擇性控制，然后-一確定PID的各個(gè)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(jīng)全國造紙標準中心檢測，在任意一個(gè)10min內5個(gè)測試點(diǎn)的溫度均在（20上1）℃，濕度均在（65土2）％的范圍內，達到了設計要求，通過(guò)了交工驗收。

　　3系統異常及處理

　　本試驗室在運行了一段時(shí)間后，于1998年年初某天出現了溫、濕度偶爾大幅波動(dòng)的現象，最大波動(dòng)時(shí)相對濕度出現上偏10％左右。停機檢測，系統中機組運行均無(wú)異常。然后聯(lián)機自動(dòng)開(kāi)機，數據恢復正常，而第二天上午再次出現溫濕度失控現象。經(jīng)對系統各運行組件詳細檢測，發(fā)現冷水溫度升高到15℃，高于機器露點(diǎn)溫度。最后，確定引發(fā)異常的設備為冷源--風(fēng)冷式冷水機組。經(jīng)分析，風(fēng)冷式冷水機組采用的延時(shí)開(kāi)機電路是模塊式RC阻容電路，性能不穩定，延時(shí)開(kāi)機時(shí)間偶爾會(huì )過(guò)長(cháng)，導致水溫上升。根據風(fēng)冷式冷水組控制原理，筆者將該延時(shí)開(kāi)機電路模塊改換成數字式延時(shí)開(kāi)機電路，系統即恢復正常，運行至今無(wú)問(wèn)題出現。