某高精度恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)設(shè)計(jì)
摘要介紹了某高精度恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的選擇、氣流組織、自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。針對(duì)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中的異常情況，提出了改進(jìn)設(shè)計(jì)的一些措施。
air-conditioningdesignofahighprecisionandconstant
temperatureandhumiditylaboratory
abstractdescribestheselectionofcoldandheatsources,airdistribution,automaticcontroldesignofthelaboratory.Putsforwardsomeoptionsonimprovingthedesignagainsttheabnormalconditionsinoperation.
Keywordsconstanttemperatureandhumidity,highprecision,air-conditioning,design,operation
1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1程概況
某省出入境檢驗(yàn)檢疫局承擔(dān)全省出人境貨物、動(dòng)植物及人員的檢驗(yàn)檢疫工作。作為紡織品進(jìn)出口大省，該局紡織品的檢驗(yàn)工作十分重要，任務(wù)相當(dāng)繁重。為了保護(hù)貿(mào)易雙方的合法權(quán)，保證進(jìn)出口紡織品質(zhì)量，該局作為法定檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，必須從技術(shù)上保證檢驗(yàn)的公正性、規(guī)范性和權(quán)威性。
檢測環(huán)境溫度、濕度的變化對(duì)紡織品的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均有很大的影響，為此《紡織品的調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》（GB6529-86）對(duì)紡織品物理或性能測定之前的調(diào)濕和測定時(shí)的大氣條件作出了嚴(yán)格的規(guī)定，要求以試驗(yàn)用溫帶標(biāo)準(zhǔn)大氣的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)即溫度為（2012）℃、相對(duì)濕度為（6512）％的大氣作為檢測時(shí)的環(huán)境條件。本工程共設(shè)有3個(gè)恒溫恒濕試驗(yàn)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(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理的。
1.2設(shè)計(jì)條件
根據(jù)工程所處地理位置，室外計(jì)算參數(shù)按《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBIg-87）中標(biāo)準(zhǔn)氣象參數(shù)選用如下：
夏季冬季
室外計(jì)算干球溫度/℃35.7-4
室外計(jì)算相對(duì)濕度/%6577
室外計(jì)算濕球溫度/℃28.5
室外平均風(fēng)速/m/s2.22.3
室內(nèi)設(shè)計(jì)條件以3樓試驗(yàn)室為例加以說明。
試驗(yàn)室建筑面積129m2，層高3．3m，有北窗及西、北面外墻，室內(nèi)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(guī)范要
求受檢紡織品進(jìn)試驗(yàn)室后必須進(jìn)行24h以上的存放，即所謂調(diào)濕，因此，空調(diào)機(jī)組實(shí)際上為24h運(yùn)轉(zhuǎn)，室內(nèi)計(jì)算參數(shù)按溫度(20+-)℃，相對(duì)濕度（65+-2)℃確定。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，該試驗(yàn)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(yàn)室人員較少，新風(fēng)量按100m3／（人）取，已超出衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，但仍不足送風(fēng)量的10%.按10%計(jì)算，新風(fēng)空調(diào)機(jī)組盤管處理能力為32kw，空氣處理機(jī)組冷盤管處理能力為32kw，熱盤管處理能力則根據(jù)熱負(fù)荷確定為26.75kw，可兼作夏季再熱盤管。空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量為m3/h。
1.3冷熱源
本工程因客觀條件所限，無法設(shè)置冷卻塔，故冷源采用了30GT－030風(fēng)冷式冷水機(jī)組，設(shè)計(jì)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(yùn)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(tǒng)
考慮到恒溫恒濕機(jī)組定型產(chǎn)品在控制精度上無法達(dá)到本工程的要求，故選擇定制產(chǎn)品。空氣處理機(jī)的組成有回風(fēng)段、過濾網(wǎng)、冷水盤管、風(fēng)機(jī)段、熱水盤管、蒸汽加濕段。新風(fēng)先經(jīng)新風(fēng)機(jī)組處理至回風(fēng)溫度即20℃后接人回風(fēng)段，新風(fēng)機(jī)組為一般常規(guī)空氣處理機(jī)，添加電加熱組，以控制新風(fēng)濕度，空氣處理過程參見圖1。
1．5氣流組織
氣流組織對(duì)保證房間內(nèi)溫、濕度的控制精度，不出現(xiàn)溫度、濕度梯度是非常重要的。本工程恒溫恒濕試驗(yàn)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(cè)邊均勻回風(fēng)的氣流組織形式。因無送風(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(qū)，其余的均布在房間內(nèi)，回風(fēng)口布置于房間南、北兩側(cè)下部，風(fēng)口尺寸為800mmX500mm，共計(jì)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。回風(fēng)口設(shè)手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥，由于無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(jī)組。運(yùn)行結(jié)果證明，本試驗(yàn)室的溫度、濕度控制精度達(dá)到了要求。
1.6自控設(shè)計(jì)
本工程采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)測控制（DDC）系統(tǒng)，分別對(duì)回風(fēng)溫、濕度，鍋爐的啟停，冷凍機(jī)的啟停，冷水閥開度，冷
水泵的啟停，風(fēng)機(jī)啟停，電熱器啟停，加濕器蒸汽閥門開度，室內(nèi)溫、濕度等進(jìn)行了監(jiān)測并根據(jù)反饋信號(hào)進(jìn)行控制。風(fēng)
機(jī)、冷凍機(jī)、冷水泵、鍋爐還設(shè)有手動(dòng)／自動(dòng)切換裝置，以利調(diào)試和維護(hù)保養(yǎng)。
2系統(tǒng)調(diào)試
2.1氣流組織的調(diào)節(jié)
為了保證氣流的均勻與平衡，在房間內(nèi)布置了10個(gè)測點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于10個(gè)典型位置的氣流，通過調(diào)節(jié)回風(fēng)口風(fēng)閥的
開度，確保氣流的均勻穩(wěn)定，沒有死角。
2.2冷熱盤管的調(diào)節(jié)
眾所周知，空氣的溫濕度參數(shù)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(duì)應(yīng)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(shè)置以及系統(tǒng)的調(diào)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(shè)定冷水闊的最小開度為52％，同時(shí)考慮到加熱盤管的加熱能力，并盡可能節(jié)能，根據(jù)反復(fù)調(diào)試，又設(shè)定了冷水闊的最大開度，為62％。加熱盤管水閥的開度根據(jù)冷水闊的開度范圍加以調(diào)節(jié)。在這一范圍內(nèi)，溫濕度得到了很好的控制。
2．3自控程序的調(diào)試
自控程序調(diào)試的實(shí)質(zhì)是對(duì)DW內(nèi)各控制環(huán)節(jié)的PID參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置中考慮到溫、濕度參數(shù)的相關(guān)性以及冷'熱盤管水閥開度對(duì)被控參數(shù)的影響，筆者對(duì)各種溫、濕度情況加以分類，進(jìn)行選擇性控制，然后-一確定PID的各個(gè)參數(shù)設(shè)定值。
本工程1997年5月竣工，同年7月正式投人運(yùn)行，經(jīng)全國造紙標(biāo)準(zhǔn)中心檢測，在任意一個(gè)10min內(nèi)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(nèi)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，通過了交工驗(yàn)收。
3系統(tǒng)異常及處理
本試驗(yàn)室在運(yùn)行了一段時(shí)間后，于1998年年初某天出現(xiàn)了溫、濕度偶爾大幅波動(dòng)的現(xiàn)象，最大波動(dòng)時(shí)相對(duì)濕度出現(xiàn)上偏10％左右。停機(jī)檢測，系統(tǒng)中機(jī)組運(yùn)行均無異常。然后聯(lián)機(jī)自動(dòng)開機(jī)，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，而第二天上午再次出現(xiàn)溫濕度失控現(xiàn)象。經(jīng)對(duì)系統(tǒng)各運(yùn)行組件詳細(xì)檢測，發(fā)現(xiàn)冷水溫度升高到15℃，高于機(jī)器露點(diǎn)溫度。最后，確定引發(fā)異常的設(shè)備為冷源--風(fēng)冷式冷水機(jī)組。經(jīng)分析，風(fēng)冷式冷水機(jī)組采用的延時(shí)開機(jī)電路是模塊式RC阻容電路，性能不穩(wěn)定，延時(shí)開機(jī)時(shí)間偶爾會(huì)過長，導(dǎo)致水溫上升。根據(jù)風(fēng)冷式冷水組控制原理，筆者將該延時(shí)開機(jī)電路模塊改換成數(shù)字式延時(shí)開機(jī)電路，系統(tǒng)即恢復(fù)正常，運(yùn)行至今無問題出現(xiàn)。
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