恒溫恒濕空調(diào)是一種工藝性空調(diào),主要用于將室內(nèi)的溫度、濕度、潔凈度及空氣流速控制在高精度范圍內(nèi),以滿足工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等特殊場合對(duì)室內(nèi)環(huán)境的要求。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,各行各業(yè)科技與生產(chǎn)要求越來越嚴(yán)格, 特別是要求保持恒定的室內(nèi)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(diào)需求增加的。

CRAC廣泛應(yīng)用于嚴(yán)格的控制要求的環(huán)境，如計(jì)量測試實(shí)驗(yàn)室，數(shù)據(jù)中心，電力控制中心，UPS室，檔案室，潔凈室，測試和實(shí)驗(yàn)室，電子組件生產(chǎn)線[1]。

為了同時(shí)控制的溫度和濕度的空調(diào)系統(tǒng)必須具有加熱，加濕，冷卻，除濕功能和自動(dòng)控制系統(tǒng)。要保證達(dá)到的控制精度和區(qū)域內(nèi)的溫度和濕度均勻，比普通中央空調(diào)，換氣次數(shù)的送風(fēng)要求和送風(fēng)溫差[2]。恒溫，恒濕系統(tǒng)常常是連續(xù)運(yùn)行，能耗高。如何系統(tǒng)的溫度，濕度，控制精度高，同時(shí)恒定的溫度和濕度的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，是廣大工程技術(shù)人員所面臨的問題。

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高精度恒溫恒濕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和方案

本項(xiàng)目來源于某研究院辦公實(shí)驗(yàn)大樓的集中空調(diào)設(shè)計(jì)改造工程。此辦公樓的實(shí)驗(yàn)室用于存放、使用測試計(jì)量用基準(zhǔn)物件,對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫濕度條件、出風(fēng)速度、溫度場均勻性等參數(shù)均有高精度要求?？照{(diào)總面積1 000m2,實(shí)驗(yàn)室20間,全年需保持恒溫恒濕。項(xiàng)目要求房間基準(zhǔn)溫度20e,根據(jù)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:<50dB;個(gè)別房間風(fēng)速有特殊要求。

1.1 空氣處理方案

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

將室內(nèi)回風(fēng)(N)排出部分后與新風(fēng)(W)混合(C),通過空氣處理機(jī)表冷盤管將空氣冷卻至露點(diǎn)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(fēng)狀態(tài)點(diǎn)(O),房間出風(fēng)末端設(shè)置電加熱對(duì)各個(gè)房間送風(fēng)溫度進(jìn)一步調(diào)節(jié)。

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(nèi)回風(fēng)與新風(fēng)混合后(C),通過表冷器熱水加熱后(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(shè)備

空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為270kW,冬季熱負(fù)荷130kW。采用多臺(tái)冷水機(jī)組連接開式恒溫水箱(以下簡稱:水箱),保證負(fù)荷增減的靈活性和水溫的穩(wěn)定。二次泵系統(tǒng)的水系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)采用恒定的流動(dòng)系統(tǒng)，三個(gè)主要的冷卻水泵和冷卻水泵一個(gè)一一對(duì)應(yīng)與冷卻器，冷卻水泵變頻控制，并根據(jù)溫度變化而改變冷卻水流量調(diào)節(jié)，另外，單位的相應(yīng)數(shù)量的3個(gè)冷卻塔和球迷的啟動(dòng)和停止控制，以達(dá)到節(jié)能和降低噪音的目的。系統(tǒng)設(shè)置水箱，水箱中的水的溫度可以被穩(wěn)定在設(shè)定溫度。突變時(shí)，側(cè)面或結(jié)束時(shí)的冷源，水箱中的水的冷源仍然是相對(duì)穩(wěn)定的，從而，以確保穩(wěn)定的溫度在房間的結(jié)束，而該系統(tǒng)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)室的使用及水箱內(nèi)的水的溫度設(shè)定時(shí)，在任何的天氣條件下。

風(fēng)系統(tǒng)分為三個(gè)區(qū)集中送風(fēng)，送風(fēng)溫差為2度。由于這個(gè)項(xiàng)目的特殊要求，在盡頭的房間是不能改變?cè)瓉淼牟遄?，和一些房間需要低速風(fēng)機(jī)。出風(fēng)的設(shè)計(jì)，不同的形式和風(fēng)速的要求，使用不同類型的實(shí)驗(yàn)室速度場，溫度場的CFD模擬。根據(jù)仿真結(jié)果，鼓風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的溫度差的量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

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系統(tǒng)的控制

基于DDC的系統(tǒng)控制邏輯，系統(tǒng)多級(jí)調(diào)節(jié),每級(jí)獨(dú)立控制,又可互補(bǔ),使房間溫度和濕度快速穩(wěn)定在目標(biāo)設(shè)定值。

系統(tǒng)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(tǒng)恒定的正壓差。由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)表冷器的換熱量,使得表冷器后送風(fēng)溫、濕度達(dá)到目標(biāo)值,此目標(biāo)值隨混合空氣露點(diǎn)溫度動(dòng)態(tài)變化,合理調(diào)節(jié)換熱量和分配系統(tǒng)顯熱和潛熱的調(diào)節(jié)比例。送風(fēng)降溫除濕后經(jīng)過主電加熱段和濕膜加濕段后送出?？偹惋L(fēng)溫、濕度通過連續(xù)可調(diào)電加熱和變頻加濕水泵精確調(diào)節(jié),這時(shí)總送風(fēng)溫、濕度波動(dòng)分別在0.1e和3%以內(nèi)。

系統(tǒng)送風(fēng)至各個(gè)房間,由于各房間遠(yuǎn)近不一,負(fù)荷不同,需要對(duì)末端溫度進(jìn)一步調(diào)節(jié),連續(xù)可調(diào)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(yīng)了房間負(fù)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程的每一個(gè)環(huán)節(jié)均是設(shè)計(jì)高精度恒溫恒濕系統(tǒng)的關(guān)鍵,其中最重要的是空氣處理機(jī)表冷盤管換熱量的穩(wěn)定可調(diào)。 

工程中的電動(dòng)二通閥的調(diào)節(jié)一般是考慮到表中的水冷卻盤管的熱交換的控制，以達(dá)到目的。由于水的量改變與熱傳遞的變化不是線性關(guān)系，會(huì)導(dǎo)致供給空氣溫度和濕度波動(dòng)，也導(dǎo)致在供給空氣參數(shù)波動(dòng)。同時(shí)冷水機(jī)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(shù)的波動(dòng)。該設(shè)計(jì)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(gè)突出問題。設(shè)計(jì)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(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(tǒng)進(jìn)入AHU冷盤管處采用合流電動(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(jù)實(shí)際需要的冷量不斷調(diào)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(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行策略與優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)不同的季節(jié)和室外的溫度和濕度，焓變，設(shè)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(yīng)，同時(shí)控制溫度，濕度，最大限度地減少不必要的污染負(fù)荷，節(jié)約能源。最大限度地利用新風(fēng)，以降低冷卻器上的負(fù)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(jì)循環(huán)控制,調(diào)節(jié)回風(fēng)閥、排風(fēng)閥和新風(fēng)閥,以保證溫度的設(shè)定值。在潛熱負(fù)荷較大時(shí),采用焓值經(jīng)濟(jì)循環(huán)控制代替溫度經(jīng)濟(jì)循環(huán)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(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(diào)整表冷器的換熱量,盡可能降低冷機(jī)負(fù)荷,同時(shí)避免不必要的再熱與加濕。冷水系統(tǒng)中還采用了帶有半封閉隔腔的開式水箱減少冷機(jī)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(jié)約了冷量。冷卻水系統(tǒng)采用變頻技術(shù),冷卻塔風(fēng)機(jī)可開?？刂?有效跟蹤冷機(jī)出力,降低水泵和風(fēng)機(jī)能耗。  

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

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系統(tǒng)的運(yùn)行效果

調(diào)試結(jié)束后按照GB50243)20025通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范6中潔凈室測試方法對(duì)上班期間各辦公室主要指標(biāo)進(jìn)行實(shí)際測試。測試結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)要求,給出了條件最苛刻的2#房間溫度實(shí)際測試數(shù)據(jù)曲線。

從測試數(shù)據(jù)表和趨勢(shì)曲線得出,2#房間溫度精確平穩(wěn),房間各測試點(diǎn)溫度控制在18.8~20.1e之間,優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

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系統(tǒng)通過多級(jí)溫濕度調(diào)節(jié)和高精度自控系統(tǒng)的使用,實(shí)現(xiàn)了房間溫濕度的快速穩(wěn)定精確調(diào)節(jié)。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和調(diào)試及使用中綜合利用多種節(jié)能策略與技術(shù),降低了系統(tǒng)運(yùn)行能耗。目前此系統(tǒng)已運(yùn)行近一年時(shí)間。從用戶反映情況來看,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,運(yùn)行節(jié)能,功能全面,操作方便快捷。房間溫濕度控制精度高、穩(wěn)定性好,系統(tǒng)噪聲低,完全符合設(shè)計(jì)要求。

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