空调机高低温交变湿热试验箱房位置相对分散

　　恒温恒湿机组 恒湿恒湿机系统的运作是通过三个相互联系的系统：制冷剂循环系统、空气循环 系统、电器自控系统;制冷剂循环系统，蒸发器中的液态制冷剂吸收空气的热量 （空气被降温及）并开始蒸发，终制冷剂与空气之间形成一定的温度差， 液态制冷剂亦完全蒸发变为气态，后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加）, 气态制冷剂通过冷凝器（风冷/水冷）吸收热量，凝结成液体。通过膨胀阀（或 毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。 水冷式恒温恒湿机组 1、 水冷式恒温恒湿机制冷量测定条件：进风干球温度 23℃，湿球温度 17℃; 冷却水进水温度 30℃，出水温度 35℃。 2、 蒸发盘管：直接膨胀式蒸发器、铜管为高热传导无缝铜管外套亲水冲缝铝 片，铝片紧附于铜管上并经机械涨管，使铜管与铝片紧密贴合。 3、 冷凝器：水冷管壳式冷凝器，外壳采用 6mm 厚度以上铜板制作，经防锈处 理耐压 PSI，管侧两端以法兰封合，端盖由铸铁制作，外壳装有可溶栓。 4、 恒温恒湿机采用前曲型叶片多翼离心吸风叶轮，风叶轮须经动平衡测试，长 期运转仍噪音低、震动小，能保持高效率送风效果，采用自校式滚球轴承。 5、合理的制冷循环、维护保养方便。考虑不同用户的不同需要及维护保养上的 方便，我们设计了单循环回路，即一个压缩机一个制冷循环。当某一个制冷循环 因故障维修时，另外的制冷循环可照常运行。 6、安全可靠的运行、稳定的性能。防止产生异常情况，机组内配置安全保 护装置：高压开关，过六过载保护装置，继电器等，均采用国外优质产品，使其 效能得到更大的保证。 7、微电脑控制技术，多功能自动化控制。华利水冷式恒温恒湿机采用微电脑和 高文件显示屏相结合，全方位监控机组，自动化安全控制，采用模糊控制原理精 确调节能量，真正实现机组安全经济运行。 水冷式恒温恒湿机安装 1、水冷机组必须安装在水平的混泥土基座上，基座必须能承受机组运行时的重 量。机组不适用于潮湿、有腐蚀和爆炸环境。 2、所有管道系统的安装应符合当地的法规。管道的设计必须减少变曲和高低移 位，能够节约费用并保持的机组性能。 3、水冷机组的冷凝器管道均在出前装齐，现场管应接到机组的接管座上。进 出水管应与在出前所标识好的管口相接。 4、水冷机组与冷却塔连接时，要保持有一定的水压，使用水质要符合冷凝器对 水质的要求，流过冷却塔的水量应保持稳定。 5、在初次开机或长时间停机重新开机时，必须提前接通电源，给曲轴箱加热至 少 6 小时。（除非压缩机表面温度至少比周围温度高 10℃以上）。 6、冷凝器蒸发器表面应保持清洁，定期清洗。 风冷式恒温恒湿机 1、 风冷式恒温恒湿机制冷量测定条件：进风干球温度 23℃，湿球温度 17 ℃；冷凝器进风干球温度 35℃，湿球温度 24℃。 2、 蒸发盘管：直接膨胀式蒸发器、铜管为高热传导无缝铜管外套亲水冲缝 铝片，铝片紧附于铜管上并经机械涨管，使铜管与铝片紧密贴合。 3、 风冷机组室外机必须安装在通风良好的建筑物外面。 室外风机为轴流式， 不适于接排风管。 4、合理的制冷循环、维护保养方便 考虑不同用户的不同需要及维护保养上的方便，我们设计了单循环回路，即 一个压缩机一个制冷循环。当某一个制冷循环因故障维修时，另外的制冷循环可 照常运行。 5、安全可靠的运行、稳定的性能 防止产生异常情况，机组内配置安全保护装置：高压开关，过六过载保护装 置，继电器等，均采用国外优质产品，使其效能得到更大的保证。 6、采用微电脑控制技术，多功能自动化控制。 微电脑和高档显示屏相结合，全方位监控机组，自动化安全控制，采用模糊 控制原理调节能量，真正实现机组安全经济运行。 安装 1、 风冷机组室外机与室内机应尽可能靠近， 尽量减少制冷剂管道的弯头数。 2、 风冷机组室外机与室内机都应该在机架与支座之间加橡胶垫，以减少震 动的传播。 3、 连接气体管与流体管必须保温，不要将两者焊在一起，为了方便和支承 起见，可以将它们绑在一起块，但彼此要用保温材料互相间隔，在穿墙处制冷剂 管道外包玻璃纤维绝热层和密封材料减少振动，并保持一定的灵活性。 4、 关闭室外机与室内机截止阀，连接管道焊接完毕后须检漏处理，经过正 确抽真空和干燥之后，若有需要补充制冷剂的话，向液体截止阀旁边通口充注液 态制冷剂。 A：电导率 125-1250MS/CM B：水质硬度 15-30 德国度 C：进水压力 0.1-1.0Mpa D：进水温度： 10-40℃ 5、排水管应伸出建筑物外，其排水不得顺流到墙面。 6、在初次开机或长时间停机重新开机时，必须提前接通电源，给曲轴箱加 热至少 6 小时。 （除非压缩机表面温度至少比周围温度高 10℃以上） 。 7、冷凝器蒸发器表面应保持清洁，定期清洗。 工作原理 恒温恒湿机由制冷系统，加热系统，控制系统，湿度系统，送风循环 系统，和传感器系统等组成，上述系统分属电气和机械制冷两大方面。下 面叙述几个主要系统的工作原理和工作过程。 1.制冷系统：制冷系统是恒温恒湿机的关键部分之一。一般来说，制 冷方式都是机械制冷以及辅助液氮制冷，机械制冷采用蒸汽压缩式制冷， 它们主要由压缩机，冷凝器，节流机构和蒸发器组成。如果我们试验的温 度低温要达到-55℃，单级制冷难以满足要求，因此恒温恒湿机的制冷方式 一般采用复叠式制冷。恒温恒湿机的制冷系统由两部分组成，分别称为高 温部分和低温部分，每一部分是一个相对独立的制冷系统。高温部分中制 冷剂的蒸发吸收来自低温部分的制冷剂的热量而汽化；低温部分制冷剂的 蒸发则从被冷却的对象（试验机内的空气）吸热以获取冷量。高温部分和 低温部分之间是用一个蒸发冷凝器联系起来，它既是高温部分的冷凝器， 也是低温部分的冷凝器。 2.加热系统：加热系统相对制冷系统而言，是比较简单。它主要有大 功率电阻丝组成，由于试验要求的升温速率较大，因此加热系统功率都比 较大，而且在试验机的底板也设有加热器。 3.控制系统：控制系统是综合试验箱的核心，它决定了试验机的升温 速率，精度等重要指标。现在试验机的控制器大都采用 PID 控制，也有少 部分采用 PID 与模糊控制相组合的控制方式。由于控制系统基本上属于软 件的范畴，而且此部分在使用过程中，一般不会出现问题。 4.湿度系统：温度系统分为加湿和两个子系统。 加湿方式一般采用蒸汽加湿法，即将低压蒸汽直接注入试验空间加湿。 这种加湿方法加湿能力，速度快，加湿控制灵敏，尤其在降温时容易实现 强制加湿。 方式有两种：机械制冷和干燥。机械制冷的原 理是将空气冷却到露点温度以下，使大于饱和含湿量的水汽凝结析出，这 样就降低了湿度。干燥器是利用气泵将试验箱内的空气抽出，并将干 燥的空气注入，同时将湿空气送入可循环利用的干燥进行干燥，干燥完后 又送入试验箱内，如此反复循环进行。现在大部分综合试验箱采用前 一种方式法，后一种的方法，可以使露点温度达到 0℃一下。适用 于有特殊要求的场合，但费用较贵。 5.传感器系统：传感器主要是温度和湿度传感器。温度传感器应用较 多的是铂电组和热电偶。湿度的测量方法有两种：干湿球温度计法和固态 电子式传感器直接测量法。由于干湿球法测量精度不高，现在的恒温恒湿 箱正逐步的以固态传感器代替干湿球来进行湿度的测量。 6.送风循环系统：空气循环系统一般有离心式风扇和驱动其运转的电 机构成。它提供了试验机内空气的循环。 恒温恒湿机组的选型和设计方法 恒温恒湿机组特点： 1.制冷量一般在 10HP-200HP 之间； 2.配置了电加热和电极式加湿，加热量一般富裕量较大，空调机配置加湿量均偏小， 需要重新计算，一般需要加大一个型号或多配置一台； 3.有额定的风量要求； 4. 有额定的冷却水量要求； 5.冷凝器的阻力一般在 0.82-3.45mH2O； 6.空调机组尺寸较小； 7.温控范围：18～25，灵敏度：±1；湿控范围：50～70，灵敏度：±5； 8.机外静压一般在 100～550 之间； 9.设计条件：进风干球温度 23℃，湿球温度 17℃；冷却水进水温度 30℃，出水温度 35℃； 一般适用在有温湿度控制或整个设计面积不大的情况下。如果该工程面积较大，系统 划分较多， 空调机房位置相对分散， 管理和系统的控制就会带不便， 也不利于能量统一分配， 能源浪费较严重。在这种情况下，一般面积在大于 2000m2，建议采用冷水机组+组合式空 气处理机组的设计形式。 恒温恒湿机组的用途分为两块： 1.恒温恒湿车间，但无净化要求； 2.既有恒温恒湿要求，又需要净化等级控制； 房间的情况：1.房间内显热较大；2. 房间内显热较小； 针对以上两点进行分析： 1.从负荷方面考虑： 系统的送风量是与房间内的显热和送风温差决定的,而不是根据系统总制冷量(房间的 显热和潜热)计算得出的。恒温恒湿机组制冷量一般显热占 50％，潜热占 50％，相当于新 风占整个送风量的 20％左右。当房间内显热较大，而新风量不大时，计算的送风量较大， 就不能根据总制冷量选择恒温恒湿机组标定的制冷量来确定。 2.从机外余压考虑： 恒温恒湿，但无净化要求系统对空调机组的机外余压要求不高，主要克服送回风管道、 阀门、散流器、初效过滤器等，常规的机组即可满足要求； 既有恒温恒湿要求， 又需要净化等级控制的系统对空调机组的机外余压要求较高， 一般系统 总阻力在 1100Pa～1Pa 之间，主要克服送回风管道、阀门、散流器、初效过滤器（初 阻力 50Pa，终阻力 100Pa）、中效过滤器（初阻力 150Pa，终阻力 300Pa）、高效过滤器 （初阻力 250Pa，终阻力 500Pa）等，常规的机组就无法满足要求。如系统需要设置二次 回风，洁净式恒温恒湿机组就无法选用；一次回风的情况，恒温恒湿机组+加压箱的设计形 式，由于在选择加压风机的型号时无法与恒温恒湿机组内的风机很难匹配，不同型号、不同 功率的风机在串联或并联时总风量不是简单的相加， 计算相对较复杂； 建议在一般设计过程 中尽量设计为单风机系统。 恒温恒湿空调系统的节能优化设计 摘要:分析了目前采用恒温恒湿空调系统的设计方法，针对该类系统空气处理过程中通常采 用的再热方式进行优化设计。 计算结果表明， 采用优化设计的空气处理方式能明显降低空调 系统能耗。 同时， 对将高效节能的变制冷剂流量空调系统应用于恒温恒湿领域存在的问题进 行了分析，并提出一种在不同分区采用不同系统的方式。 关键词:恒温恒湿;空调;节能;设计 引言 恒温恒湿空调机组在许多行业特别是工业领域中广泛应用， 用来满足生产工艺所需的温湿度 要求。这种空调机组常常是连续运行，能耗居高不下。随着能源形势日益紧张，“节能减排” 已成为当前我国生产企业面对的首要问题， 生产企业节能工作势在必行。 在许多精密仪器生 产家中， 维持室内温湿度的空调机组是高耗能作业组成之一。 因此降低恒温恒湿空调系统 的能耗，是降低生产能耗的主要组成部分。对恒温恒湿空调系统进行节能考虑和设计，是目 前广大工程技术人员需要面对的问题。 恒温恒湿中央空调系统不同于其它空调系统， 就是它对室内的温度和湿度的稳定性要求特别 高。有的温度波动范围要求控制在 1℃以内，即上下浮动 0.5℃，同时对湿度也有较高要求。 温湿度不只是受外界和室内条件的控制，温、湿度之间也会相互影响。如在 20℃时，当温 度波动 1℃，会导致相对湿度大约波动 4%。随着机械加工工艺技术的飞速进步，要求温、 湿度的波动范围更小， 这些都对恒温恒湿空调系统提出了更高的要求， 也将大大增加空调系 统的能耗。为了降耗节能，我们必须对恒温恒湿空调系统进行节能设计。 目前， 恒温恒湿空调系统与其它空调系统有个特别的地方， 就是为设计和营造一个达到高精 度的恒温恒湿室，往往都是采用全空气系统。而对于所采用的全空气系统，在空气处理上存 在冷热量抵消的现象，导致运行能耗大大增加。同时，由于恒温恒湿空调系统方式多采用传 统机组， 极少应用目前高效的变制冷剂流量集中空调系统。 如果应用变制冷剂流量的多联体 分体空调，那么恒温恒湿空调的冷热源成本亦可得到降低，实现节能。 本文对恒温恒湿空调存在冷热抵消现象的问题进行了分析， 提出了一种取消冷热抵消的设计 方法;对于采用多联体变制冷剂流量系统，提出一种系统分区方法，旨在为工程设计人员提 供参考。 1 现有恒温恒湿试验室设计方法及分析 对于同时控制温度和湿度的空调系统必须具备加热、加湿、冷却、去湿功能和完善的自控系 统;为保证达到控制精度和区域内温湿度均匀，必须符合规范对送风换气次数及送风温差的 规定，因此，恒温恒湿系统通常采用全空气定风量方式。 1.1 目前常见的恒温恒湿空调系统的设计方法在冬季加热加湿工况条件下， 各种设计方法控 制温湿度的手段是一致的， 要实现湿度控制精度达到±2%也较容易， 主要的区别在于夏季冷 却去湿工况。 选用恒温恒湿空调机， 机组有风冷和水冷型两种， 配备有多级电加热器和电极加湿罐及微电 脑控制器。在冷却去湿工况条件下，蒸发盘管使空气温度低于露点温度而去湿，通过加热器 的再热控制室内温度保持在设定值。 该类机组由于冷量的调节一般仅二档或三档， 机组出口 空气的瘾露点不易稳定， 对室内相对湿度的控制能力较低， 一般宜用于相对湿度控制精度在 ±5%的试验室，目前大多采用了该种定型产品。 选用风冷柜式空调机，加装电加热器、加湿器以及专用微机温湿度控制器，该类系统为非定 型产品。在冷却去湿工况条件下，压缩机持续运行，向气流中投入相对稳定的冷量，通过闭 环自动控制系统调节加热量和加湿量，从而达到设定的温度和湿度，系统抗干扰能力较强， 可以达到相对湿度±2%的精度要求。 选用空调箱以冷冻水作冷却介质，配备过滤、表冷或喷淋、加热、加湿等功能段。在冷却去 湿工况条件下， 由室内相对湿度信号控制送风的机器露点， 通过室温信号控制加热器的再热 量来保持室内的恒温恒湿， 可以达到相对湿度±2%的精度要求。 但该类系统必须再配单独的 冷、热源设备及自控系统，设备投资大，适用于所需送风量较大的大型试验室或有多个试验 室的情况。 1.2 造成能耗损失的原因分析 这里以某柜式恒温恒湿空调机组为例，简单介绍恒温恒湿空调系统中潜在的能耗损失。 从原理上分析，图 1 所示的控制方式属于固定露点温度控制。一般经过处理后的空气露点 温度必然会落在如图 2 所示的点 1 与点 2 的区间(t1dp=6.7℃，t2dp=12.8℃)。正是基于这 一原理，这样的所谓的恒温恒湿机组能应用于室内要求温度控制精度±1℃、相对湿度 40%~60%的场合。如今国内外各家生产的恒温恒湿机组尽管在控制手段上可能比这里 图示的改进了很多，甚至是采用了计算机控制，以致对温度和湿度的控制精度确有提高，但 可以肯定有一点不会改变:露点温度控制机理和需要再热问题仍然存在。 图 1 恒温恒湿型空调机组的控制原理图 图 2 恒温恒湿型空调机组处理 空气后的露点温度范围 从图 3 的空气处理过程图可以看出，在投入冷量对空气冷却去湿的同时启用了加热器对空 气再热，造成冷热量抵消。这就使得恒温恒湿空调能耗增加。 2 非再热系统的节能设计 从前面的论述中可以看出， 常规的恒温恒湿空调的设计通常都存在冷热抵消过程。 为了避免 这种情况，对空气处理过程进行了优化设计，见图 4。 室外空气通过新风机组被处理到机器露点 L,同室内回风 N 混合至 C 点，进入主空调箱干冷 却，达到送风状态 S 点，保证送风温差△t 小于相应的规范要求;当室内冷负荷减小时，通过 改变冷却盘管的冷冻水流量或进水温度来调节冷量，并进一步减小送风温差。 图 5(a)、5(b)分别是优化前和优化后的夏季处理空气过程焓湿图。优化设计的主要特点是: 对新风空气进行集中专门处理， 以除去新风空气中可能带入室内的多余湿量。 从绝大多数恒 温恒湿房间内产湿量很少，影响和干扰室内相对湿度的主要因素从新风空气这一角度来看， 这样的空气处理方式从逻辑上说是合乎情理的， 只要把住干扰室内相对湿度的这一关口， 那 么室内相对湿度的保持便是事半功倍了。新方法的主要优点如下:1.可免除再热之需，从而 可消除冷热抵消现象，大大节约能源。2.由于新风机组中的风机是按房间内的排风量和必要 的新风补给量经计算确定的新风量而选用的，所以，它的运行可起到“计量泵”的作用，可确 保系统和房间得到所需的新风量。3.由于新风机组的运行和必要新风量的确保，室内的正压 可有效地建立。 这对防止室外污染空气或潮湿空气的进入和因室内外水蒸气分压力差引起的 渗透起到有效的阻滞作用。4.可有效地防止室内相对湿度受到室外空气湿度波动，特别是下 雨天气和黄梅期的影响。 当然，值得一提的是，在满足室内卫生要求的情况下，应尽量降低新风负荷，而不是尽量降 低新风量。在夏季，室外空气温度一般都高于空调房间设定温度，新风量的引入是以增加空 调系统冷负荷为代价的，此时应取小新风量。在冬季，应适当加大室外新风量，充分利用 室外“免费”冷源来消除室内热负荷，降低运行费用。在过渡季节，当新风焓值低于一次回风 焓值时，应将二次回风系统中的一次回风关闭，由空调箱各功能段对新风进行处理，处理后 的新风在送风机的负压段与“二次回风”混合至室内温湿度要求，从而降低空调机组的能耗。 其他季节，在保证小新风量的前提下，应根据室内热湿负荷、设定的温湿度及室外空气状 况选择合适的新风量及风系统形式(一次回风、二次回风、全新风)。 3 优化设计与优化前的空调系统能耗比较 为了能从理论上计算出典型的露点温度控制法的能源浪费量， 可对照参阅图 5(a)。 由该图中 可看到，在这里包括回风空气在内的全部空气都需从混合空气状态点 3，冷却到室内空气的 露点温度点 4。一旦把这样低温的空气送入房间，室内温度必然会下降，但与此同时，室内 的相对湿度也会增加，保持不了 50%。所以，这时必须进行再热，使送风达到一定高的温 度，比如点 6 的状态才行。 这时耗冷量 Q0 和再热量 QT 分别为: Q0=G(i3-i4) =(G1+G2)(i3-i4) =G1(i1-i4)+G2(i2-i4) 取新风混合比为 x%，则 Q0=(1-x)G(i1-i4)+xG(i2-i4) =xG(i2-i1)+G(i1-i4) =xG(i2-i1)+G(i1-i6)+G(i6-i4) QT=G(i6-i4) (3) (2) (1) 式中， 为耗冷量;QT 为再热量;G 为总送风量;G1、 分别为回风量和新风量;x 为新风混 Qo G2 合比，x=G2/G;in 为各点空气的比焓。 再对照图 5(b)，考察新方法在相同外界条件下的耗冷量 Q0。这时所需的耗冷量为: Q0`=G2(i2-i4)+G(i5-i6) =G2(i2-i4)+G1(i1-i6)-G2(i6-i4) =xG(i2-i6)+(1-x)G(i1-i6) =xG(i2-i1)+G(i1-i6) (4) 这里需指出，只要室内的热负荷相同，两系统的送风状态 i6 数值上理应是等同的。比较式 (2)和式(4)的能耗，可知:后者的耗冷量可减少 G(i6-i4);后者无需再热，故较前者可节省再热 能耗量 G(i6-i4)。 由此可见， 前者的再热量在数值上与多消耗的冷量相等。 其作用纯粹在于抵消多消耗的冷量。 另外，随着处理风量 G 的增大，能量的浪费量也越大。而这又正是恒温恒湿类空调，特别 是洁净室空调工程为获得良好的气流组织或一定的洁净度而不得不加大换气次数所必然会 带来的后果。 4 变制冷剂流量空调技术在恒温恒湿空调系统中的应用 变制冷剂流量空调技术可分为 VAV 空调和数码涡旋中央空调，它们均具备节省建筑空间、 布置灵活、高效节能等优点。变频多联体空调更适合负荷变化范围大的场合，数码涡旋空调 则制暖效果更好、防电磁干扰能力强。但是，变频多联集中式空调和数码涡旋集中式空调应 用于恒温恒湿空调均将面对怎样控温的问题。因为这些技术均直接输送制冷剂至室内， 室内制冷剂温度与室内设计温度温差大，将导致室内实际温度波动大;其次是这类空调的制 冷量不是很大， 不能适用于需求量大的领域。 因此它们在恒温恒湿空调领域还未被广泛使用。 系统分区是空调节能优化控制的关键技术之一， 好的分区， 不仅有利于节能， 也有利于控制。 笔者结合恒温恒湿和变制冷剂流量空调系统的特点， 从空调分区方面进行优化设计。 如果建 筑物可分为内区、外区(见图 6)，那么，笔者认为，在内区还是采用全空气系统(AHU)，在 外区则采用变制冷剂流量和空气系统(VRF+AHU)结合的形式。显然，这样既有利于室内温 湿度的稳定，又能实现冷热源成本的降低。 5 结束语 空调节能离不开恒温恒湿类空调的节能， 而恒温恒湿空调系统的节能， 首先要采用合理的空 气处理方式，杜绝冷热抵消后的节能效果是巨大的。按照笔者设计的空调处理方式，可节省 再热系统所产生的能耗。 同时，为了降低冷源成本，可以考虑结合采用变制冷剂流量空调技术，从广义上将建筑物分 为内外两个区，内区仍然采用全空气系统，外区采用空气和变制冷剂流量技术相结合，既可 以实现节能，又可便于温湿度控制。
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