解析高精度恒溫恒濕潔凈室的空調設計

解析高精度恒溫恒濕潔凈室的空調設計

　　摘要:介紹恒溫恒濕空調系統的特點(diǎn),結合工程實(shí)例,分析高精度恒溫恒濕空調系統的空氣處理方案與控制方案,實(shí)現溫度偏差控制在0.2e以?xún)?相對濕度控制在10%以?xún)鹊哪繕?具有一定的應用價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞恒溫恒濕;空調;高精度;節能;潔凈度

　　中圖分類(lèi)號：S611文獻標識碼：A文章編號：

　　恒溫恒濕空調是一種工藝性空調,主要用于將室內的溫度、濕度、潔凈度及空氣流速控制在高精度范圍內,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。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展,各行各業(yè)科技與生產(chǎn)要求越來(lái)越嚴格,特別是要求保持恒定的室內溫度和濕度，以滿(mǎn)足工藝條件下，高精確度的溫度和濕度的空調需求增加的。CRAC廣泛應用于嚴格的控制要求的環(huán)境，如計量測試實(shí)驗室，數據中心，電力控制中心，UPS室，檔案室，潔凈室，測試和實(shí)驗室，電子組件生產(chǎn)線(xiàn)[1]。

　　為了同時(shí)控制的溫度和濕度的空調系統必須具有加熱，加濕，冷卻，除濕功能和自動(dòng)控制系統。要保證達到的控制精度和區域內的溫度和濕度均勻，比普通中央空調，換氣次數的送風(fēng)要求和送風(fēng)溫差[2]。恒溫，恒濕系統常常是連續運行，能耗高。如何系統的溫度，濕度，控制精度高，同時(shí)恒定的溫度和濕度的空調系統節能優(yōu)化設計，是廣大工程技術(shù)人員所面臨的問(wèn)題。

　　1高精度恒溫恒濕系統的設計要求和方案

　　本項目來(lái)源于某研究院辦公實(shí)驗大樓的集中空調設計改造工程。此辦公樓的實(shí)驗室用于存放、使用測試計量用基準物件,對實(shí)驗室內溫濕度條件、出風(fēng)速度、溫度場(chǎng)均勻性等參數均有高精度要求?？照{總面積1000m2,實(shí)驗室20間,全年需保持恒溫恒濕。項目要求房間基準溫度20e,根據房間功能的不同,溫度波動(dòng)要求在±0.2~±2e不等;房間濕度:50%±10%;房間噪聲:

　　1.1空氣處理方案

　　采用全空氣一次回風(fēng)系統,根據地理位置的不同和控制精度的差異分3個(gè)區控制。夏季空氣

　　處理過(guò)程見(jiàn)圖1,將室內回風(fēng)(N)排出部分后與新風(fēng)(W)混合(C),通過(guò)空氣處理機表冷盤(pán)管將空氣冷卻至露點(diǎn)溫度以下(L)降溫除濕,通過(guò)電加熱再熱和加濕將空氣控制到總送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)(O),房間出風(fēng)末端設置電加熱對各個(gè)房間送風(fēng)溫度進(jìn)一步調節。冬季空氣處理過(guò)程見(jiàn)圖2,冬季無(wú)須供冷,將表冷盤(pán)管通入采暖熱水作為主加熱使用,原電加熱為輔助加熱。室內回風(fēng)與新風(fēng)混合后(C),通過(guò)表冷器熱水加熱后(C點(diǎn)至1點(diǎn)),經(jīng)電加熱再熱和加濕將空氣控制到總送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)(O)。

　　1.2冷(熱)源和其他主要設備空調設計冷負荷為270kW,冬季熱負荷130kW。采用多臺冷水機組連接開(kāi)式恒溫水箱(以下簡(jiǎn)稱(chēng):水箱),保證負荷增減的靈活性和水溫的穩定。二次泵系統的水系統，輔助系統采用恒定的流動(dòng)系統，三個(gè)主要的冷卻水泵和冷卻水泵一個(gè)一一對應與冷卻器，冷卻水泵變頻控制，并根據溫度變化而改變冷卻水流量調節，另外，單位的相應數量的3個(gè)冷卻塔和球迷的啟動(dòng)和停止控制，以達到節能和降低噪音的目的。系統設置水箱，水箱中的水的溫度可以被穩定在設定溫度。突變時(shí)，側面或結束時(shí)的冷源，水箱中的水的冷源仍然是相對穩定的，從而，以確保穩定的溫度在房間的結束，而該系統可根據需要調節室的使用及水箱內的水的溫度設定時(shí)，在任何的天氣條件下。風(fēng)系統分為三個(gè)區集中送風(fēng)，送風(fēng)溫差為2?5e。由于這個(gè)項目的特殊要求，在盡頭的房間是不能改變原來(lái)的插座，和一些房間需要低速風(fēng)機。出風(fēng)的設計，不同的形式和風(fēng)速的要求，使用不同類(lèi)型的實(shí)驗室速度場(chǎng)，溫度場(chǎng)的CFD模擬。根據仿真結果，鼓風(fēng)機和鼓風(fēng)機系統的溫度差的量進(jìn)行適當調整。2系統的控制基于DDC的系統控制邏輯如圖3所示,系統多級調節,每級獨立控制,又可互補,使房間溫度和濕度快速穩定在目標設定值。圖3控制流程圖

　　系統回風(fēng)排出部分后與新風(fēng)混合,混合空氣的溫、濕度由風(fēng)閥控制,排風(fēng)閥與新風(fēng)閥連鎖控制,維持系統恒定的正壓差。由調節閥調節表冷器的換熱量,使得表冷器后送風(fēng)溫、濕度達到目標值,此目標值隨混合空氣露點(diǎn)溫度動(dòng)態(tài)變化,合理調節換熱量和分配系統顯熱和潛熱的調節比例。送風(fēng)降溫除濕后經(jīng)過(guò)主電加熱段和濕膜加濕段后送出?？偹惋L(fēng)溫、濕度通過(guò)連續可調電加熱和變頻加濕水泵精確調節,這時(shí)總送風(fēng)溫、濕度波動(dòng)分別在0.1e和3%以?xún)取?/p>

　　系統送風(fēng)至各個(gè)房間,由于各房間遠近不一,負荷不同,需要對末端溫度進(jìn)一步調節,連續可調的小型電加熱配合高精度靈敏的維薩拉QFA系列和西門(mén)子HMT系列溫濕度傳感器,適應了房間負荷的波動(dòng),精確控制房間溫、濕度。

　　綜上所述,精確控制空氣處理過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節均是設計高精度恒溫恒濕系統的關(guān)鍵,其中最重要的是空氣處理機表冷盤(pán)管換熱量的穩定可調。

　　工程中的電動(dòng)二通閥的調節一般是考慮到表中的水冷卻盤(pán)管的熱交換的控制，以達到目的。由于水的量改變與熱傳遞的變化不是線(xiàn)性關(guān)系，會(huì )導致供給空氣溫度和濕度波動(dòng)，也導致在供給空氣參數波動(dòng)。同時(shí)冷水機組的加卸載和啟停有一定的滯后性,也會(huì )引起送風(fēng)參數的波動(dòng)。該設計使用了該熱交換的合流的三通閥和水箱中的水，以控制冷卻線(xiàn)圈表兩個(gè)突出問(wèn)題。設計采用合流三通閥和水箱來(lái)控制表冷盤(pán)管的換熱量。帶有半封閉隔腔的水箱起到蓄冷恒溫和緩沖的作用,不僅可以減少能源消耗帶來(lái)的頻繁啟動(dòng)和停止裝卸的冷卻器，而且也避免了溫度波動(dòng)的瞬時(shí)水的溫度波動(dòng)風(fēng)。冷凍水系統進(jìn)入AHU冷盤(pán)管處采用合流電動(dòng)三通,冷凍水與部分表冷器回水混合后進(jìn)入表冷器,根據實(shí)際需要的冷量不斷調整進(jìn)入表冷器冷凍水和回水的比例,在維持表冷器冷水流量不變的情況下,通過(guò)改變冷水溫度改變表冷器與混合空氣的換熱量,從而保證盤(pán)管換熱量隨溫度線(xiàn)性變化。

　　3系統的節能運行策略與優(yōu)化設計

　　根據不同的季節和室外的溫度和濕度，焓變，設置在夏季、冬季、春季和秋季、過(guò)渡季，四種工作模式，合理配置了冷卻器，鍋爐，熱水，空氣清新器，加濕器，電加熱（冷，熱）源的供應，同時(shí)控制溫度，濕度，最大限度地減少不必要的污染負荷，節約能源。最大限度地利用新風(fēng)，以降低冷卻器上的負載。如果室外溫度是足夠低，可以以室外空氣作為冷源，利用溫度經(jīng)濟循環(huán)控制,調節回風(fēng)閥、排風(fēng)閥和新風(fēng)閥,以保證溫度的設定值。在潛熱負荷較大時(shí),采用焓值經(jīng)濟循環(huán)控制代替溫度經(jīng)濟循環(huán)控制,將判斷室外氣溫改為判斷焓值。在無(wú)人工作期間,冷卻方式采用全新風(fēng)冷卻。采用動(dòng)態(tài)露點(diǎn)溫度控制,隨室外溫度的變化不斷調整表冷器的換熱量,盡可能降低冷機負荷,同時(shí)避免不必要的再熱與加濕。冷水系統中還采用了帶有半封閉隔腔的開(kāi)式水箱減少冷機的頻繁啟停加卸載帶來(lái)的能源消耗,使用合流三通閥提高了供水溫度,減少不必要的冷卻除濕,節約了冷量。冷卻水系統采用變頻技術(shù),冷卻塔風(fēng)機可開(kāi)?？刂?有效跟蹤冷機出力,降低水泵和風(fēng)機能耗。

　　表冷器采用四管制,冬季是優(yōu)先使用接入的院內采暖熱水作為熱源,節約電加熱的能耗,熱水管由電動(dòng)兩通閥調節。

　　4系統的運行效果

　　調試結束后按照GB)通風(fēng)與空調工程施工質(zhì)量驗收規范6中潔凈室測試方法對上班期間各辦公室主要指標進(jìn)行實(shí)際測試。測試結果完全符合設計要求,圖5給出了條件最苛刻的2#房間溫度實(shí)際測試數據曲線(xiàn)。圖52#房間溫度測試數據曲線(xiàn)圖(要求±0.2e)

　　從測試數據表和趨勢曲線(xiàn)得出,2#房間溫度精確平穩,房間各測試點(diǎn)溫度控制在18.8~20.1e之間,優(yōu)于設計要求。

　　5結束語(yǔ)

　　系統通過(guò)多級溫濕度調節和高精度自控系統的使用,實(shí)現了房間溫濕度的快速穩定精確調節。在項目的設計和調試及使用中綜合利用多種節能策略與技術(shù),降低了系統運行能耗。目前此系統已運行近一年時(shí)間。從用戶(hù)反映情況來(lái)看,系統穩定可靠,運行節能,功能全面,操作方便快捷。房間溫濕度控制精度高、穩定性好,系統噪聲低,完全符合設計要求。

　　參考文獻

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　　[4]李新禹.恒溫恒濕機房空調設計探討.制冷與空調,2004,4(5):44-47.