恒温恒湿空调系统设计

段之真

天津辰力工程设计有限公司天津300400

摘要：近年来，洁净厂房恒温恒湿空调系统设计得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对恒温恒湿空调系统相关内容做了概述，分析了系统控制要求，并结合相关实践经验，从多方面就洁净厂房恒温恒湿空调系统设计措施展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关设计工作的实践。

关键词：洁净厂房；恒温恒湿；空调系统；设计

一、前言

作为洁净厂房实践中的重要工作之一，其恒温恒湿空调系统的设计占据着极为关键的地位。该项课题的研究，将会更好地提升对其设计的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化洁净厂房恒温恒湿空调系统的最终整体效果。

二、恒温恒湿空调系统概述

恒温恒湿空调作为专用空调机，对环境的温度、湿度和洁净度都有严格的要求，具有高效节能、低噪音、和环境保护等功能。恒温恒湿空调在一些对空气的温度、湿度、洁度要求都比较高的厂房或者实验室中，通过集中空调系统，对空气进行降温、祛湿或加热后，在经过大回风量进行房间的高等级净化和正压控制，从而满足空间环境的各项需求。因此，恒温恒湿空调在电子、光学设备、医疗卫生、生物制药、检测及实验室等专业领域应用比较广泛。

1.恒温恒湿空调系统的概念

空调系统都有一定的调节房间的湿度和温度的性能，但对一般的工艺性空调或舒适性空调，调节湿度、温度变化的偏差以及区域之间的偏差要求并不严格。我们通常所说的恒温恒湿空调是工艺性空调的一种，它对区域偏差以及室内湿度、温度的波动和控制要求比较严格。

2.恒温恒湿空调的系统结构

恒温恒湿空调系统为四管制，具备用蒸汽加湿的一次回风空调系统和新风预热器。其中，加湿器用于对混合风在处理冬季空气过程中进行夏季工况下的加湿处理和加湿处理。加热器用于对混合风在夏季工况下进行再热处理和在冬季模式下进行加热处理；表冷器用于对混合风在夏季工况下的除湿降温处理；加热器用于对新风空气在处理冬季空气过程中的预加热。

三、系统控制要求

1.温度控制

通过设置在风管里的温湿度一体传感器检测回风温度，并将所测得的温度信号送到PLC的模拟输入端。PLC将测得的温度和温度设定值比较并进行PID计算，将结果输出到相应模拟量输出，如冷冻、热水的电动调节阀，通过控制其开度达到温度控制的目的。

2.湿度控制

通过设置在风管里的温湿度一体传感器检测回风湿度，并将所测得的温度信号传送到PLC的模拟输入端。PLC将测得的湿度和湿度设定值比较并进行PID计算，将结果输出到相应模拟量输出。在冬季模式里通过对加湿器电动调节阀的开度调节达到湿度控制的目的。而在夏季模式里，湿度的控制并非通过对加湿器开度的单一控制，而是对水阀调节器和加热器的综合PID控制实现的。

3.风道压力控制

按照工艺要求，风道内压力需保持一定值，以满足洁净厂房的环境要求。系统通过变频器驱动送风机，事先将满足工艺要求时的变频器频率值作为设定值，将设置在管道内的回风压力检测传感器测得的压力值作为反馈值，通过PID计算控制变频器的输出频率，以达到风压控制要求。

4.人机界面

在控制柜上安装了人机界面TD400C，通过TD400C也可设定温度湿度启停机组。出于调试系统的目的，在TD400C上设有强制模式，及人工设定回风温湿度，屏蔽报警信号。

5.安全要求

该系统中故障信号有3种，分别是送风机故障信号，缺风保护故障信号，中效压差信号。这3种信号都是为了保障风道内的空气流通。报警要有声光显示，提醒工作人员采取措施。

四、洁净厂房恒温恒湿空调系统设计措施

由于恒温恒湿空调所在的空间对一般对空气温度、湿度和洁度的要求非常高，因此在空调系统的设计上，系统的完善性即显得尤为重要。本文根据国内外相关设计标准和规范，针对恒温恒湿空调的应用特点，讨论了恒温恒湿类空调系统在空气处理和自动控制方式的设计上应注意的几个问题。

1.系统对环境监测的高精度

恒温恒湿空调所在的环境对温度和湿度的要求十分严格，尤其是在实验室、医院等高精密环境中。与此同时，由于这类环境中热源、水源等分布十分复杂，导致环境中的温湿分布并不均衡。因此就需要空调自动控制系统对环境的温湿变化具有较高的敏感度，能够迅速的感知环境中的温湿变化，并极快的做出有效反映，保证环境中的温度和湿度。现在的恒温恒湿空调要求一般在温度精度达±2℃，湿度精度±5%，高精度空调可以温度精度达到±0.5℃，湿度精度达到±2%。

2.温湿控制中高效能比

在传统的恒温恒湿空调系统设计中，在温度和湿度的控制上，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。在冷却祛湿工况条件下，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，机组出口空气的露点温度不易稳定，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。简单来说就是冷却、加温、除湿的过程。虽然效果比较明显，但是很显然这个过程的当中的空调能耗会比较大，尤其在湿度比较高的环境下，既要保证除湿的效果，又要保证预设的温度，此时的耗能量将远远大于一般机房空调的耗能量。为了避免这种情况，再设计上可以将室外空气处理到机器露点再同室内回风混合，进入主空调箱干冷却送风，把送风温差控制在相应的规范范围内；直到环境内冷负荷减小至一定数值，再用冷却盘管的冷冻水流量或进水温度的改变来调节冷量，进一步减小送风温差。在这类空调工程设计中，应该对其能耗和节能问题给予特别重视，提倡弃用二次加热，以降低能耗。

3.自动控制中的备用程序设计

恒温恒湿空调广泛适用于各种高精密环境，这样的环境对空气的温度、湿度、洁净度、气流分布等各项指标有很高的要求，必须由每年365天、每天24小时安全可靠运行的专用机房精密空调设备来保障。因此在空调的设计中，对各种突发事件的应急程序也必不可少。这就需要机房空调可靠的零部件和优秀的控制系统。一般多是N+1备份，一台空调出了问题，其他空调就可以马上接管整个系统。例如佳力图的co-work系统，海洛斯的i-com系统都是做的比较好的。

4.高显热比和大风量

显热比是显冷量与总冷量的比值，空调的总冷量是显冷量和潜冷量之和，潜冷量是用来除湿的制冷数值，而显冷量则是用于环境降温的制冷数值。恒温恒湿空调所处的环境主要是显热，因此恒温恒湿空调的显热量比较高，一般在0.9以上。由于环境如果短时间内温度变化太快，将会造成系统服务器运算混乱，因此在设计中采用大风量，使出风温度不至于太低，并加大换气次数，这对空调和系统稳定都比较有利。

五、结束语

综上所述，加强对洁净厂房恒温恒湿空调系统设计的研究分析，对于其良好设计效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的实践中，应该加强对恒温恒湿空调系统设计关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体设计实施方案的科学性。

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