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解析高精度恒溫恒濕潔凈室的空調設計

 

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,以滿足工業生產、科學研究等特殊場合對室內環境的要求。隨著社會經濟的發展,各行各業科技與生產要求越來越嚴格,?特別是要求保持恒定的室內溫度和濕度,以滿足工藝條件下,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境,如計量測試實驗室,數據中心,電力控制中心,UPS室,檔案室,潔凈室,測試和實驗室,電子組件生產線[1]。

 

為了同時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,換氣次數的送風要求和送風溫差[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,同時恒定的溫度和濕度的空調系統節能優化設計,是廣大工程技術人員所面臨的問題。

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高精度恒溫恒濕系統的設計要求和方案

本項目來源于某研究院辦公實驗大樓的集中空調設計改造工程。此辦公樓的實驗室用于存放、使用測試計量用基準物件,對實驗室內溫濕度條件、出風速度、溫度場均勻性等參數均有高精度要求??照{總面積1?000m2,實驗室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,溫度波動要求在±0.2~±2e不等;房間濕度:50%±10%;房間噪聲:<50dB;個別房間風速有特殊要求。

1.1?空氣處理方案

采用全空氣一次回風系統,根據地理位置的不同和控制精度的差異分3個區控制。

 

將室內回風(N)排出部分后與新風(W)混合(C),通過空氣處理機表冷盤管將空氣冷卻至露點溫度以下(L)降溫除濕,通過電加熱再熱和加濕將空氣控制到總送風狀態點(O),房間出風末端設置電加熱對各個房間送風溫度進一步調節。

 

冬季無須供冷,將表冷盤管通入采暖熱水作為主加熱使用,原電加熱為輔助加熱。室內回風與新風混合后(C),通過表冷器熱水加熱后(C點至1點),經電加熱再熱和加濕將空氣控制到總送風狀態點(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式恒溫水箱(以下簡稱: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系統,三個主要的冷卻水泵和冷卻水泵一個一一對應與冷卻器,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個冷卻塔和球迷的啟動和停止控制,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,側面或結束時的冷源,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,在任何的天氣條件下。

 

風系統分為三個區集中送風,送風溫差為2度。由于這個項目的特殊要求,在盡頭的房間是不能改變原來的插座,和一些房間需要低速風機。出風的設計,不同的形式和風速的要求,使用不同類型的實驗室速度場,溫度場的CFD模擬。根據仿真結果,鼓風機和鼓風機系統的溫度差的量進行適當調整。

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系統的控制

基于DDC的系統控制邏輯,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。

 

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

 

系統送風至各個房間,由于各房間遠近不一,負荷不同,需要對末端溫度進一步調節,連續可調的小型電加熱配合高精度靈敏的維薩拉QFA系列和西門子HMT系列溫濕度傳感器,適應了房間負荷的波動,精確控制房間溫、濕度。

 

綜上所述,精確控制空氣處理過程的每一個環節均是設計高精度恒溫恒濕系統的關鍵,其中最重要的是空氣處理機表冷盤管換熱量的穩定可調。

 

工程中的電動二通閥的調節一般是考慮到表中的水冷卻盤管的熱交換的控制,以達到目的。由于水的量改變與熱傳遞的變化不是線性關系,會導致供給空氣溫度和濕度波動,也導致在供給空氣參數波動。同時冷水機組的加卸載和啟停有一定的滯后性,也會引起送風參數的波動。該設計使用了該熱交換的合流的三通閥和水箱中的水,以控制冷卻線圈表兩個突出問題。設計采用合流三通閥和水箱來控制表冷盤管的換熱量。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的頻繁啟動和停止裝卸的冷卻器,而且也避免了溫度波動的瞬時水的溫度波動風。冷凍水系統進入AHU冷盤管處采用合流電動三通,冷凍水與部分表冷器回水混合后進入表冷器,根據實際需要的冷量不斷調整進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,從而保證盤管換熱量隨溫度線性變化。

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系統的節能運行策略與優化設計

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,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,利用溫度經濟循環控制,調節回風閥、排風閥和新風閥,以保證溫度的設定值。在潛熱負荷較大時,采用焓值經濟循環控制代替溫度經濟循環控制,將判斷室外氣溫改為判斷焓值。在無人工作期間,冷卻方式采用全新風冷卻。采用動態露點溫度控制,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式水箱減少冷機的頻繁啟停加卸載帶來的能源消耗,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,冷卻塔風機可開??刂?有效跟蹤冷機出力,降低水泵和風機能耗。

 

表冷器采用四管制,冬季是優先使用接入的院內采暖熱水作為熱源,節約電加熱的能耗,熱水管由電動兩通閥調節。

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系統的運行效果

調試結束后按照GB50243)20025通風與空調工程施工質量驗收規范6中潔凈室測試方法對上班期間各辦公室主要指標進行實際測試。測試結果完全符合設計要求,給出了條件最苛刻的2#房間溫度實際測試數據曲線。


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

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結束語

系統通過多級溫濕度調節和高精度自控系統的使用,實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,降低了系統運行能耗。目前此系統已運行近一年時間。從用戶反映情況來看,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。

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