某高精度恒温恒湿实验室的空调设计

某高精度恒温恒湿实验室的空调设计

摘要 介绍了某高精度恒温恒湿实验室空调系统冷热源的选择、气流组织、自动控制系统的设计。针对系统实际运行中的异常情况，提出了改进设计的一些措施。

abstract describes the selection of cold and heat sources, air distribution, automatic control design of the laboratory. Puts forward some options on improving the design against the abnormal conditions in operation.
Keywords constant temperature and humidity, high precision, air-conditioning, design, operation

1系统设计
1.1　程概况
　　某省出入境检验检疫局承担全省出人境货物、动植物及人员的检验检疫工作。作为纺织品进出口大省，该局纺织品的检验工作十分重要，任务相当繁重。为了保护贸易双方的合法权，保证进出口纺织品质量，该局作为法定检验机构，必须从技术上保证检验的公正性、规范性和权威性。

　　检测环境温度、湿度的变化对纺织品的各项技术指标均有很大的影响，为此《纺织品的调湿和试验用标准大气》（ GB 6529- 86）对纺织品物理或性能测定之前的调湿和测定时的大气条件作出了严格的规定，要求以试验用温带标准大气的一级标准即温度为（2012）℃、相对湿度为（6512）％的大气作为检测时的环境条件。本工程共设有 3个恒温恒湿试验室，其中一个面积为200 mZ，另两个为 100 mZ，分别位于该局办公大楼的2，3，4层，均是按上述温、湿度参数要求进行设计、施工和运行管理的。

1.2　设计条件
　　根据工程所处地理位置，室外计算参数按《采暖通风与空气调节设计规范》（ GBIg- 87）中标准气象参数选用如下：
　　　　　　　　　　夏季 　　冬季
室外计算干球温度/℃ 35.7 　　-4
室外计算相对湿度/%　 65 　　　77
室外计算湿球温度/℃ 28.5
室外平均风速 /m/s 　2.2 　　　2.3
室内设计条件以3楼试验室为例加以说明。
　　试验室建筑面积 129 m2，层高 3．3m，有北窗及西、北面外墙，室内检测仪器功率为 1．5 kw，间歇使用，工作人员5～7人，工作时间为早上 8： 00至下午 5： 00。检测规范要
　　求受检纺织品进试验室后必须进行24 h以上的存放，即所谓调湿，因此，空调机组实际上为24 h运转，室内计算参数按温度(20+-)℃，相对湿度（65+-2)℃确定。经设计计算，该试验室A大余热量为 12.75 kw，采用2℃送风温差时，再热量为18．56 kw。由于本试验室人员较少，新风量按 100 m3／（人）取，已超出卫生标准，但仍不足送风量的10%.按10%计算，新风空调机组盘管处理能力为32kw，空气处理机组冷盘管处理能力为32kw，热盘管处理能力则根据热负荷确定为26.75 kw，可兼作夏季再热盘管。空调系统送风量为18 000m3/h。

1.3　冷热源
　　本工程因客观条件所限，无法设置冷却塔，故冷源采用了30GT－030风冷式冷水机组，设计供回水温度为7℃／12℃，实际供水平均温度在7～8℃。
　　热源采用了GES072Atolo型电热蒸汽锅炉，额定电功率为46 kw，额定产汽量75 kg/h。在实际运行中，锅炉提供0．45 MPa的饱和蒸汽，一路经管壳式汽一水换热器，给加热盘管提供热水，一路经减压供至蒸汽喷射加湿器。

1.4　空气处理系统
　　考虑到恒温恒湿机组定型产品在控制精度上无法达到本工程的要求，故选择定制产品。空气处理机的组成有回风段、过滤网、冷水盘管、风机段、热水盘管、蒸汽加湿段。新风先经新风机组处理至回风温度即20℃后接人回风段，新风机组为一般常规空气处理机，添加电加热组，以控制新风湿度，空气处理过程参见图1。

1．5气流组织
　　气流组织对保证房间内温、湿度的控制精度，不出现温度、湿度梯度是非常重要的。本工程恒温恒湿试验室层高仅3．3m，给均匀布置送回风管。送回风口增加了难度。工程最终采用了吊顶静压箱散流器均布送风、房间侧边均匀回风的气流组织形式。因无送风管布置空间，故将整个房间吊顶密封成为一个送风静压箱，共布置15只600mm X 600mm的方形散流器，其中1只位于缓冲区，其余的均布在房间内，回风口布置于房间南、北两侧下部，风口尺寸为800mmX 500mm，共计 10只，其位置的选择考虑了回风均匀及消除最不利点涡流的要求。回风口设手动调节风阀，由于无法直接从吊顶上接回风管回风，回风道采用50mm厚双面彩钢保温板隔成回风夹墙，集中回风至空气处理机组。运行结果证明，本试验室的温度、湿度控制精度达到了要求。

1.6　自控设计
　　本工程采用计算机自动监测控制（ DDC）系统，分别对回风温、湿度，锅炉的启停，冷冻机的启停，冷水阀开度，冷
水泵的启停，风机启停，电热器启停，加湿器蒸汽阀门开度，室内温、湿度等进行了监测并根据反馈信号进行控制。风
机、冷冻机、冷水泵、锅炉还设有手动／自动切换装置，以利调试和维护保养。

2　系统调试
2.1　气流组织的调节
　　为了保证气流的均匀与平衡，在房间内布置了10个测点，对应于10个典型位置的气流，通过调节回风口风阀的
开度，确保气流的均匀稳定，没有死角。

2.2　冷热盘管的调节
　　众所周知，空气的温湿度参数是密切相关的，温度精度控制在土℃与湿度精度控制在土1％相比，湿度控制难度更大，因此上1％湿度所对应的温度精度小于土1℃。这一点在空气h－d图上可以得到证实。换言之，控制了湿度精度就等于控制了温度精度。因此在自控程序的设置以及系统的调试中，始终贯穿了湿度控制优先的原则。为保证表冷器的去湿能力，设定冷水阔的最小开度为 52％，同时考虑到加热盘管的加热能力，并尽可能节能，根据反复调试， 又设定了冷水阔的最大开度，为 62％。加热盘管水阀的开度根据冷水阔的开度范围加以调节。在这一范围内，温湿度得到了很好的控制。

2．3　自控程序的调试
　　自控程序调试的实质是对DW内各控制环节的PID参数进行设置，设置中考虑到温、湿度参数的相关性以及冷'热盘管水阀开度对被控参数的影响，笔者对各种温、湿度情况加以分类，进行选择性控制，然后-一确定PID的各个参数设定值。
　　本工程 1997年 5月竣工，同年 7月正式投人运行，经全国造纸标准中心检测，在任意一个10min内5个测试点的温度均在（20上1）℃，湿度均在（65土2）％的范围内，达到了设计要求，通过了交工验收。

3　系统异常及处理
　　本试验室在运行了一段时间后，于 1998年年初某天出现了温、湿度偶尔大幅波动的现象，最大波动时相对湿度出现上偏 10％左右。停机检测，系统中机组运行均无异常。然后联机自动开机，数据恢复正常，而第二天上午再次出现温湿度失控现象。经对系统各运行组件详细检测，发现冷水温度升高到15℃，高于机器露点温度。最后，确定引发异常的设备为冷源--风冷式冷水机组。经分析，风冷式冷水机组采用的延时开机电路是模块式RC阻容电路，性能不稳定，延时开机时间偶尔会过长，导致水温上升。根据风冷式冷水组控制原理，笔者将该延时开机电路模块改换成数字式延时开机电路，系统即恢复正常，运行至今无问题出现。