暖通空調(diào)的恒溫恒濕設(shè)計(jì)

張亮

【摘 要】空調(diào)性能的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之一是恒溫恒濕，而恒溫恒濕的節(jié)能系統(tǒng)是當(dāng)前暖通空調(diào)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)之一。恒溫恒濕空調(diào)主要用于控制室內(nèi)溫度、濕度在一定范圍內(nèi)。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，恒溫恒濕空調(diào)的作用也越來(lái)越大。本文就暖通空調(diào)的恒溫恒濕設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，介紹恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析高精度恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理方案與控制方案。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)；恒溫恒濕；節(jié)能

0 前言

恒溫恒濕空調(diào)是一種工藝性空調(diào)，在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，主要功能是將室內(nèi)的溫、濕度控制在一定精度范圍內(nèi)，以滿(mǎn)足工業(yè)、科研等特殊場(chǎng)合的要求。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技、生產(chǎn)也要求越來(lái)越嚴(yán)格，特別是要求保持恒定的室內(nèi)溫、濕度，所以整個(gè)社會(huì)對(duì)高精度的恒溫恒濕空調(diào)的需求越來(lái)越大。

恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需考慮室內(nèi)熱、濕負(fù)荷和室外氣溫條件的變化，系統(tǒng)怎樣控制才能實(shí)現(xiàn)全年節(jié)能。為了達(dá)到這個(gè)目的，需要依靠自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？照{(diào)自控系統(tǒng)是建立在制冷暖通原理與自動(dòng)控制理論相結(jié)合的基礎(chǔ)上的，實(shí)現(xiàn)空調(diào)自動(dòng)控制的前提條件是要遵循制冷暖通原理。

但空調(diào)機(jī)組往往連續(xù)運(yùn)行，能耗高。對(duì)于許多恒溫恒濕場(chǎng)合來(lái)說(shuō)， 恒溫恒濕機(jī)組是高耗能部分。能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻，恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)如何減少能源消耗，是暖通工程技術(shù)人員必須面對(duì)的難題。

1 現(xiàn)有恒溫恒濕試驗(yàn)室設(shè)計(jì)方法及分析

1.1 恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)主要由三大部件組成：加熱器、加濕器和表冷器。加熱器通常是電加熱器，主要作用是對(duì)冷空氣的預(yù)熱以及再熱。加濕器通常是電極式加濕器，主要用于對(duì)空氣作加濕處理。表冷器主要作用是對(duì)空氣進(jìn)行降溫除濕。

1.2 目前常見(jiàn)的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

恒溫恒濕空調(diào)有風(fēng)冷和水冷兩種，配備了多級(jí)電加熱器和電極加濕罐和微電腦控制器。在冷卻除濕工作條件，蒸發(fā)器盤(pán)管使空氣溫度低于露點(diǎn)溫度達(dá)到除濕目的，通過(guò)加熱器的再加熱來(lái)控制室溫。該類(lèi)機(jī)組由于冷量輸出調(diào)節(jié)僅2-3檔，機(jī)組出口空氣的露點(diǎn)不穩(wěn)定，對(duì)室內(nèi)濕度的控制能力較低，一般用于室內(nèi)相對(duì)濕度控制精度在5%，是目前最常用的定型產(chǎn)品。選擇空調(diào)冷凍水箱作為冷卻介質(zhì)，配有過(guò)濾器、表冷或噴淋、加熱、加濕等功能段。在冷卻除濕工況條件下， 由室內(nèi)相對(duì)濕度信號(hào)控制送風(fēng)的露點(diǎn)溫度，通過(guò)室內(nèi)干球溫度信號(hào)控制加熱器的再熱量，保持室內(nèi)溫度和濕度，相對(duì)濕度可達(dá)2%的精度。但這種系統(tǒng)必須另配單獨(dú)的冷、熱源設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)，硬件投資大。

1.3 造成能耗損失的原因分析

常規(guī)的空氣的溫度和濕度通常設(shè)計(jì)為抵消冷熱過(guò)程的存在。以某柜式空調(diào)機(jī)組為例，簡(jiǎn)要介紹了機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中潛在的能量損失。原則上分析，控制屬于固定露點(diǎn)溫度控制。一般經(jīng)過(guò)處理后的空氣露點(diǎn)溫度總必然會(huì)落在區(qū)間（6.7℃≤Tdp≤12.8℃）。此類(lèi)型的恒溫恒濕機(jī)組通常應(yīng)用于室溫精度±1℃、相對(duì)濕度40-60%的場(chǎng)合。但即使采用計(jì)算機(jī)提高控制精度，有一點(diǎn)不會(huì)改變：露點(diǎn)溫度控制機(jī)理和需要再熱問(wèn)題仍然存在。這是因?yàn)樵谕度肜淞繉?duì)空氣冷卻除濕的同時(shí)啟用了加熱器對(duì)空氣進(jìn)行再熱，這勢(shì)必造成冷熱量的相互抵消。也就是恒溫恒濕空調(diào)能耗大的主因。

2 系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行策略與優(yōu)化設(shè)計(jì)

在保證控制精度的同時(shí)，在設(shè)計(jì)調(diào)試中綜合使用了多種節(jié)能技術(shù)。根據(jù)季節(jié)的不同和室外溫濕度、焓值的變化，設(shè)置夏季、冬季、春秋季、過(guò)渡季4種運(yùn)行模式，合理分配冷機(jī)、鍋爐熱水、新風(fēng)、加濕器、電加熱等冷（熱）源的供給量，在控制溫、濕度的同時(shí)，盡量減少不必要的負(fù)荷浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能效果。最大限度地利用新鮮空氣，來(lái)降低負(fù)載涼爽。如果室外溫度足夠低的室外空氣可以用作冷源，使用經(jīng)濟(jì)循環(huán)的溫度控制，調(diào)節(jié)止回閥，排氣閥和新閥門(mén)，以確保溫度設(shè)定值。在較大的潛熱負(fù)荷，用焓代替經(jīng)濟(jì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)周期控制的溫度控制下，判定以確定室外空氣溫度的焓。在無(wú)人工作期間，冷卻方式采用全新風(fēng)冷卻。露點(diǎn)溫度的動(dòng)態(tài)控制，冷卻器的熱傳遞的連續(xù)調(diào)整室外溫度的變化，最小化冷負(fù)荷，同時(shí)避免不必要的再加熱和加濕。冷卻水系統(tǒng)還采用一種開(kāi)放水箱具有半封閉隔室以減少頻繁起停裝卸冷卻器帶來(lái)的能耗，增加使用三通閥供給的水的溫度的合流，減少了不必要的冷卻和除濕，節(jié)約冷卻能力。冷卻水系統(tǒng)采用變頻技術(shù)，冷卻塔風(fēng)機(jī)可以啟動(dòng)和停止控制，有效地促進(jìn)跟蹤冷卻器，泵和風(fēng)機(jī)降低能源消耗。散熱器采用四管制，冬季供暖和熱水優(yōu)先獲得醫(yī)院作為熱源，節(jié)能電加熱，熱水管由電動(dòng)兩通閥調(diào)節(jié)。

3 改造方案及調(diào)試

3.1 空氣處理方案

空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理過(guò)程，按季節(jié)可分為夏季模式、冬季模式、過(guò)渡模式。

夏季模式：室內(nèi)回風(fēng)與新風(fēng)混合，然后經(jīng)過(guò)表冷盤(pán)管冷卻至露點(diǎn)溫度以下進(jìn)行降溫除濕，然后經(jīng)過(guò)電加熱再熱和加濕，將空氣調(diào)節(jié)至送風(fēng)狀態(tài)。

冬季模式：冬天不需要制冷，直接在表冷盤(pán)管中送入供暖熱水作為主加熱，而電加熱則作為輔助加熱裝置，室內(nèi)回風(fēng)與新風(fēng)混合后，通過(guò)表冷器熱水加熱后，經(jīng)過(guò)電加熱再熱和加濕，將空氣調(diào)節(jié)至送風(fēng)狀態(tài)。

過(guò)渡模式：當(dāng)工況為夏季工況時(shí)，按夏季模式運(yùn)行，當(dāng)工況為冬季工況時(shí)，按冬季模式運(yùn)行。中間自動(dòng)控制切換。

3.2 系統(tǒng)的控制

多級(jí)調(diào)節(jié)控制，每級(jí)既可以單獨(dú)控制，又可以互相補(bǔ)充，使房間溫、濕度快速穩(wěn)定在目標(biāo)值。室內(nèi)回風(fēng)與新風(fēng)混合，混合空氣的溫、濕度由風(fēng)閥進(jìn)行控制。排風(fēng)閥與新風(fēng)閥連鎖控制，使系統(tǒng)維持一個(gè)較恒定的正壓差。由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)表冷器的換熱量，使表冷器出來(lái)的空氣溫、濕度達(dá)到目標(biāo)值。關(guān)鍵在于此目標(biāo)值會(huì)隨著混合空氣的露點(diǎn)溫度變化而改變，進(jìn)而合理的調(diào)節(jié)換熱量，合理的分配顯熱、潛熱比。送風(fēng)溫、濕度經(jīng)過(guò)多級(jí)可調(diào)電加熱和變頻加濕水泵實(shí)現(xiàn)精確控制，送風(fēng)溫、濕度控制精度分別在0.1℃和3%以?xún)?nèi)。

4 變冷媒流量空調(diào)技術(shù)在恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

變冷媒流量空調(diào)（比如數(shù)碼渦旋中央空調(diào)）具備節(jié)省空間、高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用于恒溫恒濕領(lǐng)域則需解決控溫精度的問(wèn)題。一是，這些技術(shù)都是直接輸送冷媒到室內(nèi)，室內(nèi)冷媒溫度與設(shè)計(jì)溫度溫差大，會(huì)導(dǎo)致室溫波動(dòng)大；二是，這種空調(diào)的制冷能力不強(qiáng)，不適合大匹數(shù)的需求。所以此類(lèi)空調(diào)在恒溫恒濕空調(diào)領(lǐng)域沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)分區(qū)是節(jié)能優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)，好的分區(qū)，既利于節(jié)能，又利于控制。將恒溫恒濕和變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)相組合，從空調(diào)分區(qū)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。將建筑物分為內(nèi)區(qū)、外區(qū)，內(nèi)區(qū)采用全空氣系統(tǒng)，外區(qū)采用變制冷劑流量與空氣系統(tǒng)相結(jié)合。這樣，既能取得穩(wěn)定的室內(nèi)溫、濕度，又能降低冷、熱源成本。

5 結(jié)語(yǔ)

恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，首先要采用合理的空氣處理方式，減少冷熱抵消可實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。同時(shí)，為了降低冷源成本，可以考慮結(jié)合采用變制冷劑流量空調(diào)技術(shù)，從廣義上將建筑物分為內(nèi)、外兩個(gè)區(qū)，內(nèi)區(qū)采用全空氣系統(tǒng)，外區(qū)采用空氣系統(tǒng)和變冷媒流量技術(shù)相結(jié)合。

采用多級(jí)溫濕度調(diào)節(jié)和高精度自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)溫、濕度的穩(wěn)定精確控制，降低了系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

【參考文獻(xiàn)】

[1]薛志峰，江億.變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)分區(qū)問(wèn)題[J].暖通空調(diào)，2013，33（1）：87-8.

[2]滕亮，婁邵榮.某高精度恒溫恒濕試驗(yàn)室的空調(diào)設(shè)計(jì)[J].暖通空調(diào)，2014，32（3）： 55-56.

[3]陳鐵，杜愷.恒溫恒濕空調(diào)節(jié)能分析[C].第四屆全國(guó)制冷空調(diào)新技術(shù)研討會(huì)論文集，2006，1：476-479.