恒温恒湿室精密空调的应用

    恒温恒湿室是指在室内要维持某一基准温湿度，而又允许温湿度有一定波动范围的空气环境，例如计量室、光栅刻线室、精密仪器制造和装配车间等。前两者都为小房间，空调精度(这里主要指温度)要求高；后两者为较大的生产车间，精度要求较低。 

恒温恒湿室除了对温度提出较为严格的要求外，一般对空气的湿度、洁净度、设备的消声防振等也有一定程度的要求。    

   1．室内温湿度条件 

室内温湿度条件是指温湿度基数和相应的温湿度精度。空调基数和精度主要由工艺生产要求确定。下表所示为几种恒温恒湿室要求的参数。 

     在确定室内参数时，针对不同工艺要求，还应考虑如下因素： 

    1)在精密机械加工和计量等场合，为了防止因热膨胀而引起的误差，必须使工件保持一定的温度。工件温度的允许波动幅度应根据加工精度决定。例如，在恒温室里对一根长500mm的标准尺刻线，工艺允许线间公差为2um，其中lum为尺温变化所引起的形变误差，另1um为加工与量测误差。1um折合尺温变化量 ＝0.20C[a为尺线膨胀系数，取10／um／(m·K)；l为尺长，m]，故工件温度变化需在： 以内。但由于工件测量仪器等都有一定的热惰性，空气温度的波动传人工件后，就要衰减。在设计恒温系统时，一般总是以恒定环境空气温度为依据，故相应的环境温度精度可比工件允许的温度精度低一些。因此，在确定恒温室参数和选择自动控制时，必须考虑工件、围护结构、空气处理设备和自控系统之间的动态特性。 

    2)由于工件或测试设备都有热容量，且其热容量大小不一，有热容量小的物体，也有象机械设备等热容量特别大的物体。它们与室温变化速度并不相同，下图示出一测长仪的表面温度与内部温度随室温变化的滞后情况。如果测试精度要求较高，为了减少因仪器变形而产生的误差，就需要全年保持室温恒定，而不能采取间歇空调的办法。 

   3)一般机械加工时，对湿度的要求不严格，但为 了防止生锈、腐蚀、不发生结露等， 相对湿度不应过高。纺织工业对相对湿度要求较高，因为纤维保持恰当的湿度可减少断头，避免产生静电，提高加工质量。 

    2．恒温恒湿室的建筑处理 

    为了尽量减少外界气候条件的干扰，恒温恒湿室 在建筑处理方面必须做一些特殊考虑。这不仅有利于保证一定的恒温精度，而且对空调设备投资和运行费用方面也有着重要的经济意义。 

    1)围护结构在满足一定的传热系数X的前提下，在选用材料时要考虑一定的热惰性，以抵抗外界不稳定热流的影响。恒温精度要求高时，应采用热情性较大的重型围护结构。此外，围护结构的防潮隔汽措施也极为重要，否则由于内外水蒸气分压差产生的水汽渗 透难以控制。 

    2)在高精度恒温恒湿室的外围，最好有低精度的恒温室作为其外室或套间。这样，就能使高精度恒温恒湿室不受外界气候变化的影响，减少室内温湿度波动范围，因而使控制系统的工作比较稳定，易于保证精度要求。此外也可做成如图所示的回风夹层，利用恒温恒湿室本身回风包围恒温恒湿室，以减少外界不稳定热源的影响。 

    3)恒温恒湿室不论有无套间，应尽可能布置在建筑物的北面和底层，不宜有朝东或朝西的外墙及门窗，以减少太阳辐射热的影响。恒温精度为土(0.1—0.2) 0C时，不宜有外墙。     此外，为了减少室外气象条件剧烈变化的影响，有时将高精度恒温恒湿室布置在地下室中，这样还可以减少负荷，节省空调投资和运行费用，而且对于提高  温恒湿室的热稳定性也是有利的。但是，这种布置会增加土建费用，特别是在地下水位较高的地区，由于防水困难，往往不采用这种方案。 

    4)高精度恒温恒湿室最好不开窗。如果因采光、卫生或建筑处理上的需要而不得不开窗时，则外窗应该开在太阳辐射热最弱的北墙，而且应用双层密封窗。 恒温精度为土(0．1—0．2)℃时，不应有外窗。高精度恒温恒湿室的门，必须做成内填保温材料的密封门，而且在外门处应设门斗。恒温精度为士(0．1～0．2) 0C时，严禁有外门。为了防止室外空气通过门、窗渗入室内，室内空气需要保持正压。      3．换气次数和控制精度 

    为了满足室内温湿度精度的要求，恒温恒湿室的换气次数要比一般空调房间大得多。因为增加送风温差，减少换气次数，将使室温波动较大，温湿度分布不均匀，故在高精度恒温恒湿室，常使用再热，以减少送 风温差，增加换气次数。但如果换气次数过大，势必导致设备容量和运行费用的增加。根据工程经验：土20C的恒温室，换气次数约10次／h；土100C时10～15次／h；土0.50C时>15次／h为宜。当由室内负荷计算出的风量小于上述换气次数时，则可以增加循环风量，即采用两次回风方式。   

    4．气流组织 

    为了使室内气流能均匀分布，在高精度恒温恒湿   室内设计气流组织，应考虑以下几个原则： 

 1)合理地组织气流流程，充分发挥送风气流的冷却或加热作用。 

     2)建立一个稳定均匀的温度场，以保证在气流到达工作区时，其平均温度与工作区的温度差不超过允许的温度波动值。 

     3)根据室内工作人员的卫生要求，在气流到达工作区时，其流动速度在0．25m／s左右。 

    对于热源分布很不均匀，或房间比较高大时，如果采用一个统一的空气参数，同时又均匀地分配风量，就会在室内产生相差悬殊的温度场，将影响恒温精度。这时，如工艺允许，应尽量将发热量较大的设备部件，移至恒温恒湿室外面或套间里；或者采用分区空调，对不同区域根据其负荷情况或工艺要求，采取不同的送风参数和送风量。   

    5．空气处理系统与控制 

    (1)一般空调方式．下表列出了常用的恒温恒湿空气处理方式，可以采用直接膨胀式恒温恒湿机组、淋水式空气处理和表面冷却器无露点温度控制等方式。大多采用固定露点和再热控制系统。 

    (2)新风冷却除湿后混合方式  由于恒温恒湿房间以显热负荷为主，可由新风负担系统的全部湿负荷，再与回风混合，可取消再热过程，对于换气次数较大的恒温车间经济性特别显著。   

    6．实例 

    (1)设计条件  某工程房间尺寸为14mXl4mX2．6m，位于建筑物的中间层(西南向)，顶

搔、壁面及地面均有保温隔热措施。室内温湿度条件为：室温(23土0．5) 0C，相对湿度50％土2％。内部发热负荷有试验机器发热量10kW，3人，照度为8001x(相当于25W／m2)，室内无局部排气设备。 

    (2)总体规划  由于所处位置对高精度恒温恒湿要求不利，故在布置上设备套间方式，主室的周围为套间(缓冲空间)兼作空调机房，并保持(23土2) 0C的空调要求。此外，为了防止进出时门的开闭对主室的干扰，进主室先通过前室。前室要求达到温度(23土1)℃，相对湿度50％士5％的水平。 

    (3)空调风量确定  按室内负荷(夏)为21．5kW(其中围护结构负荷占26．2％)，热湿比约+ ，送风温差<100C，换气次数取15次／h(对应于恒温精度为土0.50C)，确定风量为7680m2／h，相应的送风温差为8.50C，故出风温度为14.50C。冬季围护负荷较小，且为负值。若采用夏季风量，经计算送风温差为3.00C，即送风温度为260C。新风量按30m3／(h·人)计，或按维持室内正压要求(取相当于1.0次／h的换气量)取新风为510m3／h。   

(4)空调系统设计 

    1)系统方式(如图)。采用新风单独处理的定露点方式，在主空调机内经处理到室内空气露点状态的空气，与室内回风相混合，并经冷却后送人室内，在新风空调箱和主空调箱内均设有冷却器、加热器和加湿器，供调温调湿用。 

    2)系统布置如图所示。分别设置AC一1(新风AHU)、AC一2(主AHU)及AC一3(前室用AHU)三个空调处理箱。 

    对于系统控制则分别根据控制精度来配置，如对室温土(2～3) 0C及相对湿度土(10～15)％者用双位控制；对土(1—2) 0C、土(5～10)％者采用比例控制(电气式比例动作)；对于土0．50C及土(2～5)％的系统，则采用比例+积分+微分控制(电子式PID动作)。对于AC一1系统是以湿度控制为主体，以保证送风含湿量一定；对AC一2系统则以温度为主体，除了在系统起动时有一定的热湿调节负荷外，正常运行时是比较稳定的。 

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