淺談恒溫恒濕空調系統設計

淺談恒溫恒濕空調系統設計

　　淺談恒溫恒濕空調系統設計

　　孫宗宇、李驥

　　摘要結合近年來(lái)典型工程實(shí)踐,對高精度恒溫恒濕空調系統設計中的一些問(wèn)題進(jìn)行分析,總結恒溫恒濕空調系統設計中必要的技術(shù)措施和體會(huì ),以供設計參考。

　　恒溫恒濕空調系統的任務(wù),是將室內的溫濕度及潔凈度控制在一定的波動(dòng)范圍內,以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等特殊場(chǎng)合對室內環(huán)境的要求[1]。近年來(lái),隨著(zhù)我國生產(chǎn)力的發(fā)展和科技水平的不斷提高,恒溫恒濕空調系統的應用場(chǎng)合越來(lái)越多,溫濕度要求也不斷提高。在電子、醫藥、計量、紡織、光學(xué)儀器和農業(yè)育種等領(lǐng)域,恒溫恒濕空調系統的精度和可靠性直接關(guān)系著(zhù)產(chǎn)品的品質(zhì)以及實(shí)驗結果的準確性。在系統的冷熱源配置、空氣熱濕處理、氣流組織和系統控制等方面均與舒適性空調系統存在較大差異。筆者結合近年來(lái)典型工程實(shí)踐,討論恒溫恒濕系統設計中需要注意的若干問(wèn)題。

　　1、室內環(huán)境參數的確定

　　恒溫恒濕間室內環(huán)境參數的確定取決于產(chǎn)品、實(shí)驗對像或實(shí)驗設備的要求。不同的精度和可靠性等要求,往往使恒溫恒濕系統的復雜性大不相同,也極大地關(guān)系到系統的初投資和運行費用。盲目地提高精度要求,往往會(huì )導致初投資和運行費用成倍增加;相反,如果精度要求過(guò)低,可能直接導致生產(chǎn)、實(shí)驗活動(dòng)的失敗。因此,在系統設計之前,需要暖通專(zhuān)業(yè)人員與使用方根據生產(chǎn)和實(shí)驗對像的要求,準確地提出室內環(huán)境的要求。

　　主要包括:

　　1)控制區域。在某些生產(chǎn)、實(shí)驗過(guò)程中,需要對整個(gè)房間的溫濕度進(jìn)行控制。但更多的情況是只須對特定的生產(chǎn)、實(shí)驗區域進(jìn)行嚴格控制。

　　2)基準溫濕度。很多生產(chǎn)、實(shí)驗要求基準溫濕度為固定不變的值,例如很多計量實(shí)驗要求的基準溫度為22℃,一些紡織類(lèi)的生產(chǎn)、實(shí)驗要求基準相對濕度為65%。還有一些特殊的實(shí)驗過(guò)程和氣候室,要求室內的基準溫濕度可以根據實(shí)驗要求在較大范圍內進(jìn)行調整,此時(shí)需要確認其變化范圍和變化時(shí)間。

　　3)溫濕度精度。溫濕度精度一般包括2方面的要求,即單一控制點(diǎn)的時(shí)間變化率和均勻度。在參數確認階段,必須明確精度要求的涵義。均勻度要求一般針對溫度精度,可以用垂直方向和水平方向的溫度梯度要求的方式提出。

　　4)新風(fēng)要求。新風(fēng)要求一般根據室內工作人員數量提出。新風(fēng)對室內環(huán)境擾動(dòng)極大,因此新風(fēng)量的確定應該盡可能合理、準確。由于一般恒溫恒濕環(huán)境所需要的換氣次數較多,因此不能采用最小新風(fēng)比的方法確定。

　　5)可靠性要求。某些實(shí)驗周期較長(cháng)或重要的場(chǎng)合,對恒溫恒濕環(huán)境的可靠性有明確要求,如要求系統可連續不間斷運行若干時(shí)間。此時(shí)需要在設備的備用方面加以考慮。

　　6)其他。某些電子醫藥類(lèi)實(shí)驗環(huán)境對凈化級別有嚴格的要求。有一些實(shí)驗需要嚴格控制噪聲和振動(dòng),還有可能要求室內保持一定正壓或負壓。

　　2、冷熱負荷和環(huán)境擾動(dòng)因素

　　影響恒溫恒濕間熱濕環(huán)境的主要擾動(dòng)因素包括:圍護結構、新風(fēng)、人員、燈光和設備等。在恒溫恒濕環(huán)境的設計中,應根據要求采取不同措施減少或消除這些因素對熱濕環(huán)境的影響。

　　主要措施包括:

　　1)采用內保溫等措施優(yōu)化圍護結構的隔熱性能,提高門(mén)窗的密閉性。

　　2)合理設置房間建筑布局,較高精度要求的恒溫恒濕間一般不應設在有外窗的房間;在必要時(shí),在高精度恒溫恒濕間外應設置套間,并將套間的溫度控制在合理范圍內！

　　3)提高生產(chǎn)、實(shí)驗的自動(dòng)化水平,盡量減少室內人員數量;根據實(shí)驗人數和衛生要求確定新風(fēng)量,減少不必要的新風(fēng)量要求;在一些場(chǎng)合需要對新風(fēng)進(jìn)行單獨處理后再與回風(fēng)混合。

　　4)采用發(fā)熱量小的節能燈具;

　　5)減少實(shí)驗設備的散熱量,對于必需的發(fā)熱設備應遠離溫濕度控制區域,或采取局部冷卻措施。

　　3、空氣處理過(guò)程

　　與舒適性空調不同,恒溫恒濕環(huán)境的冷熱源容量很大程度上取決于采用什么樣的空氣處理過(guò)程和換氣次數,而不一定取決于空調負荷的大小?？傮w而言,恒溫恒濕系統一般采用先冷卻、除濕,再加熱、加濕的空氣處理過(guò)程,用控制加熱量和加濕量的方法控制室內溫濕度的精度。

　　3.1定露點(diǎn)控制的一次回風(fēng)系統一般恒溫恒濕系統均采用一次回風(fēng)系統,如圖1所示。

　　以夏季處理過(guò)程為例,回風(fēng)(N)與新風(fēng)(W)混合后(C),經(jīng)表冷器冷卻除濕至機器露點(diǎn)(L),經(jīng)一級加熱到達O點(diǎn),再經(jīng)等焓加濕(O—O′)和二級加熱(O′—O′)到達送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O′,送入恒溫恒濕房間,空氣處理過(guò)程如圖2(a)所示。根據室內負荷與擾動(dòng)的變化,送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)可以在圖2(b)所示的范圍內,采用PID控制進(jìn)行調節。

　　其中等焓加濕過(guò)程一般采用電極加濕、電熱加濕或直接進(jìn)行蒸汽加濕,當精度要求不高時(shí),也可采用濕膜加濕。二級加熱一般采用電加熱,以方便實(shí)現對加熱量的控制。設計送風(fēng)溫差可根據不同的末端方式和精度選取,精度較高的系統一般不應大于2～3℃.

　　采用定露點(diǎn)控制的優(yōu)點(diǎn)是:系統比較穩定、抗干擾,缺點(diǎn)是能耗大,適用于面積較小、精度要求高的場(chǎng)合。

　　3.2新風(fēng)單獨除濕

　　定露點(diǎn)控制的一次回風(fēng)系統由于需要將混風(fēng)處理到機器露點(diǎn),往往能耗較高。因此,當面積較大,且換氣次數較多時(shí),可以考慮采用新風(fēng)承擔主要濕負荷的系統,此時(shí)可以適當減小循環(huán)風(fēng)冷卻段和加熱段的容量,減少冷熱抵消。該系統采用表冷和轉輪除濕對新風(fēng)進(jìn)行處理,如圖3所示。

　　以夏季處理過(guò)程為例,新風(fēng)(W)經(jīng)表冷器處理至機器露點(diǎn)L后,再由除濕器以近似等焓減濕過(guò)程處理至X點(diǎn),再與回風(fēng)混合(C),經(jīng)表冷器等濕冷卻至O點(diǎn),再經(jīng)等焓加濕(O—O′)和加熱(O′—O′)到達送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O′,送入恒溫恒濕房間,空氣處理過(guò)程如圖4所示。

　　由于完全由新風(fēng)承擔室內濕負荷,這種系統對新風(fēng)除濕的要求較高,需要達到較低的含濕量。

　　4、冷熱源的選擇

　　恒溫恒濕系統的冷源設備可以根據實(shí)際需求采用各種不同的型式。采用直接蒸發(fā)式機組可以在同一設備內實(shí)現冷源與空氣處理功能,包括風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機組和水冷直接蒸發(fā)式機組。目前的柜式恒溫恒濕機組大部分均采用這2種方式,在精度和控制要求不高的場(chǎng)合(如±0.5℃),可以直接采用這種機組。

　　采用直接蒸發(fā)式機組時(shí),由于風(fēng)系統的隋性小,機組啟停時(shí)系統溫濕度變化非常劇烈,這就對控制系統的調試提出了更高的要求。因此當系統較大、精度要求較高時(shí),一般推薦采用風(fēng)冷冷水機組或水冷冷水機組制備冷水作為冷源,并單獨設置空氣處理機組。

　　需要注意的一點(diǎn)是,無(wú)論選擇哪種型式的冷源,一般都需要其在全年具有制冷能力,包括過(guò)渡季和冬季。當采用風(fēng)冷型機組時(shí),需要考慮當地的冬季室外溫度,尤其是北方地區,保證冷凝壓力在合理范圍內。對可靠性要求較高的場(chǎng)合,還應考慮冷源的備用問(wèn)題。

　　恒溫恒濕系統的熱源根據需要可以選擇熱水、蒸汽或電加熱等型式,根據控制要求可采用一級或多級加熱。對于精調加熱器,應選擇調節性能較好的電加熱器。

　　5、風(fēng)系統和氣流組織的設計

　　根據系統不同的精度要求,風(fēng)系統應采用不同的換氣次數。在系統劃分時(shí),不同基準溫度要求的房間的風(fēng)系統應分開(kāi)獨立設置。相同基準溫度、不同精度要求的房間可劃分為同一系統,但應采用不同的換氣次數,并設置調節閥門(mén),也可以在各送風(fēng)支管上設置精調加熱器。

　　末端氣流組織形式一般采用上送下回方式。應確保溫濕度控制區域的風(fēng)速衰減至正常范圍,并使送風(fēng)與室內空氣充分混合后進(jìn)入工作區?；仫L(fēng)口應設置在室內散熱設備位置或人員活動(dòng)區。當均勻度要求較高時(shí),應采用孔板送風(fēng)方式.

　　6、結束語(yǔ)

　　由于恒溫恒濕空調系統的復雜性,設計人員一方面需要充分了解使用方的要求,考慮各種情況,使設計的系統符合全年各種工況要求;另一方面需要與施工和調試人員緊密配合,確保系統的順利實(shí)施。

　　參考文獻

　　[1]清華大學(xué),同濟大學(xué).空氣調節.2版.北京:中國建

　　筑工業(yè)出版社,1986:326.

　　[2]電子工業(yè)部第十設計研究院.空氣調節設計手冊.2

　　版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1995:49,242,255