恒温恒湿空调计算.docx

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恒温恒湿空调计算

恒温恒湿空调负荷计算

空气工况处理过程如下:

一、条件

   1、工程地点：

上海宝山区

   2、夏季室外工况：

设计温度35℃,设计相对湿度75%。

。

   3、冬季室外工况：

设计温度-0℃,相对湿度25%

   4、工程概况：

喷漆涂装车间 

   5、温湿度控制要求：

    夏季供风：

送风工况：

27±2℃,相对湿度65%±5%。

。

    冬季供风：

送风工况：

23±2℃,相对湿度55%±5%。

   6、机组形式要求：

洁净式全新风恒温恒湿组合风柜。

二、全新风机组工况处理过程分析

   1、夏季工况空气处理过程图见下〔详细焓湿图附后——夏季工况图〕

    室外点P参数：

t=35℃，￠＝75%，h=104.6KJ/kg，d=27.0g/kg

    送风点O参数：

t=27℃，￠=65%，h=64kJ/kg，d=14.6g/kg

    冷水盘管后工况点Q参数：

t=19.87℃，d=14.6g/kg,h=57kJ/kg

   2、冬季工况空气处理过程图见下〔详细焓湿图附后—冬季工况图〕

    室外点W参数：

tw=-0℃，￠＝25%，hw=2.3KJ/kg，dw=0.94g/kg

    送风点N参数：

tn=23℃，￠=55%，hn=47.8kJ/kg，dn=9.7g/kg

    热盘管后工况点L参数：

tl=16.95℃，dl=1.21g/kg

三、机组参数确定：

控温控湿供风机组：

此供风机组30000m3/h风量

1、机组制冷量确定：

机组冷量要求：

Q=1.2*30000*（Hp-Ho）/3600=1.2*30000*（119-70）/3600=490KW;

2、冬季机组的加热量：

热盘管段加热量：

Q热=L×ρ×Cp〔Hn－Hw〕/3600=30000*1.05*1.2*〔0-22〕/3600=231KW;

3. 冬季机组的加湿量：

加湿量D=1.1*1.2*30000*（10.8-1.5）/1000=368Kg/h.

控温控湿供风机组：

此供风机组45000m3/h风量

1、机组制冷量确定：

机组冷量要求：

Q=1.2*30000*（Hp-Ho）/3600=1.2*45000*（119-70）/3600=735KW;

2、冬季机组的加热量：

热盘管段加热量：

Q热=L×ρ×Cp〔Hn－Hw〕/3600=45000*1.05*1.2*〔0-22〕/3600=347KW;

3. 冬季机组的加湿量：

加湿量D=1.1*1.2*45000*（10.8-1.5）/1000=552Kg/h.

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。

计算结果说明，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厂家中，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局部。

对恒温恒湿空调系统进行节能考虑和设计，是目前广阔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到达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本钱亦可得到降低，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;为保证到达控制精度和区域内温湿度均匀，必须符合标准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到达±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，从而到达设定的温度和湿度，系统抗干扰能力较强，可以到达相对湿度±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，可以到达相对湿度±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。

如今国内外各家公司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良了很多，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。

为了防止这种情况，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，到达送风状态S点，保证送风温差△t小于相应的标准要求;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符合情理的，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确实保，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，此时应取最小新风量。

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，在保证最小新风量的前提下，应根据室内热湿负荷、设定的温湿度及室外空气状况选择适宜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拟

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，使送风到达一定高的温度，比方点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）             

（1）

取新风混合比为x%，那么

Q0=（1-x）G（i1-i4）+xG（i2-i4）

 =xG（i2-i1）+G（i1-i4）

 =xG（i2-i1）+G（i1-i6）+G（i6-i4）     

（2）

QT=G（i6-i4）                       （3）

式中，Qo为耗冷量;QT为再热量;G为总送风量;G1、G2分别为回风量和新风量;x为新风混合比，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。

比拟式

（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，数码涡旋空调那么制暖效果更好、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精确控温的问题。

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），在外区那么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，又能实现冷热源本钱的降低。

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，为了降低冷源本钱，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。

恒温恒湿空调系统设计方案

一、恒温恒湿组合空调的概论

恒温恒湿空调应可满足室内温度土2℃和相对湿度土5％，比拟精确的参数控制要求。

大多数电子工业、精仪表工业、精密机械加工工业；医药工业、印刷工业、食品工业、化装品工业等洁净室生产厂房的空调系统根本上都属于此类型。

二、恒温恒湿组合空调构成

   恒温恒湿型组合空调的一般结构包括新回风混合段，初效表冷段，检修空段，加热段，加湿段，二次回风段，送风机段，均流段，中效段，送风段等。

三、自控设计

3.1 监控参数

1、新风温湿度参数

2、房间温湿度参数

3、前表冷后露点温度参数

4、送风压力参数

5、变频器频率参数

6、各设备运行状态

7、故障和报警状态

3.2 房间温、湿度控制

以其中一间房子为基准，采集房间内温湿度实际值后，把信号送至PLC控制器与设定值相比拟，根据PID计算结果，控制器输出相应信号自动控制冷水电动比例调节阀、转轮除湿机蒸汽阀，来调节冷量、及蒸汽量，使房间的温、湿度到达设定范围；新风经过前表冷的冷却与除湿后再经过转轮除湿机调节湿度，最后通过后表冷调节温度，使房间温湿度到达设定范围。

3.3 过滤器差压报警控制

装于初、中、高效过滤网两侧的压差开关，当检测到初、中、高效压差的实际值高于设定值，压差开关输出一个开关量控制信号，报警输出，告诉用户，你所用的初、中、高效过滤器需要清洗或者更换。

3.4缺风保护报警控制

当风机有故障或者是停止时，装于风机段的压差开关，输出一个开关量控制信号，控制PLC控制器停止所有工作，即所有输出为0；同时有报警输出。

3.5送风压力控制

送风管设置风压传感器，采集送风口实际压力值并将信号送至PLC控制器，控制器根据送风压力要求值与实际值比拟后，自动输出信号控制变频器频率〔电机转速〕，使送风压力到达用户要求。

3.6本地远程控制

可以选择本地或远程控制。

中选择本地控制时，操作由控制面板上的文本显示器来控制，远程失效；中选择远程控制时，可实现远程开关设备。

四、自控产品简介

1、SIEMENS可编程控制器S7-200：

　　SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

　　S7-200系列出色表现在以下几个方面：

　　极高的可靠性

　　极丰富的指令集                                              

　　易于掌握                                                           

　　便捷的操作

　　丰富的内置集成功能

　　实时特性

　　强劲的通讯能力

　　丰富的扩展模块

S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。

使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。

应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

如：

冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

2、风道温湿度传感器

•输入电源AC24V或DC24V

•输出信号DC0～10V

3、室内温湿度传感器

•输入电源AC24V或DC24V

•输出信号DC0～10V

4、电动执行器

Ÿ额定推力     500/1000N

Ÿ额定冲程     20mm

Ÿ工作电压     AC24/220V

Ÿ控制信号     DC0-10V或4~20ma   

Ÿ工作功率     5.5/7.5VA

5、冷水阀

Ÿ额定冲程     20mm

Ÿ阀口泄漏量   0…0.05%Kvs

Ÿ阀门特性      线性或等比

Ÿ介质温度     -10-150℃

Ÿ阀体          铸铁

阀杆、阀芯     铬镍钢

额定压力       PN10                                                           

6、压差开关：

触点容量：

AC250V

测量范围：

20-500pa                      

7、变频器：

ACS510 是ABB又一款杰出的低压交流传动产品。

应用领域

　　ABB传动应用于工业领域，ACS510特别适合风机水泵传动，典型的应用包括恒压供水，冷却风机，地铁和隧道通风机等等。

亮点

完美匹配风机水泵应用

高级控制盘

恒温恒湿精密空调概述

用于降低谐波的专利技术；变感式电抗器

循环软起

多点U/F曲线超越模式

内置RFI滤波器作为标准配置，适用于第一和第二环境

CE认证　　　　

      电子计算机的出现引发了信息技术的革命，带人们进入了IT时代。

然而电子计算机以及各种信息

处理、交换设备对环境的要求也越来越苛刻。

恒温恒湿精密空调机所创造的恒温恒湿、洁净的环境是这

些电子设备的平安保障。

同时，恒温恒湿精密空调机也广泛应用在制药厂、医院、印刷厂、博物馆、精

密实验室等所有对环境有严格要求的场合。

    恒温恒湿精密空调除了调节空气温度以外，还具有湿度调节、除尘等功能。

与普通空调相比，恒温

恒湿精密空调要求能常年不停机地运行，因而其可靠性非常高。

    恒温恒湿精密空调机的送风系统有多种选择。

常见的有下送上回、上送下回、上送侧回等。

    标准型的恒温恒湿精密空调机采用中效过滤装置来清洁室内空气。

根据客户需要，可以选择亚高效

的空气过滤器。

〔例如用于手术室等高洁净环境。

〕

主要部件

    本系列的恒温恒湿精密空调机结合国内外的同类产品的技术特点，经过长期的研发设计而成，拥有

多项先进的技术。

加湿器：

采用诺德曼高精度电极式加湿器，具有洁净、快速、平安、结构紧凑、可靠等特点；

控制系统：

采用UAC微电脑控制系统，精确地、高效地控制机组的运行，提供36项报警，可以通过通讯

接口实现联网监控。

压缩机：

采用美国COPELAND生产的涡旋式压缩机，具有节能、高效、可靠、平安的特点。

内部有电机自

保护短路装置。

恒温恒湿组合空调说明

1、恒温恒湿组合空调：

恒温恒湿组合柜可满足室内温度±1℃和相对湿度±5%,比拟精确的参数控制要求。

大多数电子工业、精密工业、医药、印刷等洁净生产车间根本上属于此类。

   　空调系统的最简化结构，如果地处于严寒地区，即使新风阀全关或者正常运行时新回风混合后的空气温度低于零度，标冷器内可能受到冰冻危害，所以前面需要加设预加热器，此外，由于新风空气始终是室内湿度和洁净度最大，最直接，作用最为迅速的干扰因素。

搜有，全年采用固定不变的新风。

   系统中标冷器的运行伴生降温和去湿双重效益，所以其工作应同时接受2个控制器的控制，至于他再某一时刻接收那个信号控制，那么需要视哪一个参数要求来获满足而定。

   　控制方式对于室内有散湿负荷，特别视濕負荷变化大的对象房间，无疑是十分适宜的，因为它不是*控制固定固定露点温度来保持室内相对湿度的。

虽然，有点人被称它为无露点控制方式，但这个并不意味着经表冷器处理的空气不必处理到相应的必要的露点温度。

从原理上说，要去湿，便必须把空气处理到相应的露点温度。

所以，这样的控制方式也许把它称为不定露点温度控制比拟恰当些。

这样全部经此处理的冷气进入房间后，除非室内有大量显热负荷，再大多数情况下，必然导致室内过冷，相对湿度显得过高，所以，改系统再实际运行过程中选择器选择的控制信号多半来自湿度控制器的信号，于是，其实际的结果并不能很大程度上减少再热，防止冷热抵消。

2、空气处理系统设计

   　恒温恒湿组合风柜有出风段，中效段，风机段，冷/热水盘管段，蒸汽加湿段，回风段，初效段。

新风段可能需要加设预加热器或者预表冷器。

3、自控设计

3.1 房间温、湿度控制

   　房间温湿度传感器分别采集房间温，湿度实际值后，把信号送到多功能控制器RWX62.7034与设定值比拟，根据计算结果，控制器输出相应信号自动控制冷水电动比例调节，电加热器，电极加湿器，来调节冷量，再热量，蒸汽量，使房间温、湿度到达设定范围。

当湿度高于设定值时，不管温度是什么状态下，这时冷水阀翻开，制冷除湿；假设这时温度低于设定值时，电加热分级翻开，到达恒温恒湿的效果。

控制精度：

温度为±1℃，湿度为±5%

 3.2 风机连锁控制

  　装于风机侧的压差开关测量风机是否启停，当风机停止时，此时压差开关闭合，传一个信号给RWX62.7034，停止工作。

目的在于节能及平安包含，起着连锁作用。

3.3 过滤网堵塞报警

  　分别装于初效，中效的压差开关检测二侧压差，所检测压差大于用户设定值时，此时压差开关输出一个信号，告诉用户过滤网堵塞或者需要更换。

4、系统调试

4.1盘管的调节

  　空气的温湿度参数时密切相关的，温度精度小于±1℃与湿度精度控制再±1%相比，湿度控制难度更大，因此±1％湿度所对应的温度精度小于±1％。

这一点再空气H-D图上可以得到证明。

换言之，控制了湿度精度就等于控制了温度精度，因此再自控程序的设置以及系统调试中，始终贯穿了湿度控制优先的原那么。

为保证标冷器的去湿能力，所以设定冷水阀的最小开度要特别注意。

4.2自控程序的调试

  　自控程序调试的实质时对各控制环节的 PID参数进行设置，其中考虑到温、湿度参数的相关性及冷水阀开度对被控参数的影响，对各种温湿度情况加以分类，进行选择性控制，然后确定PID的各个设定值；同时对变频器做相应的参数设定。

5.除湿种类介绍

〔1〕冷却除湿

将空气冷却至露点以下，再除去冷凝后的水分。

在露点为以上的场合有效。

〔2〕压缩除湿

对潮湿空气进行压缩、冷却，别离其水分。

在风量小的场合有效，但不适宜于大风量。

〔3〕固体吸附式除湿

采用毛细管作