某煙草實驗室恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的設計要點分析

高孟軍 劉 霄 丁驍捷

（云南省設計院集團有限公司 昆明 650228）

0 項目背景

本建筑為一類高層，地上二十層，地下兩層，功能屬性為辦公樓。現(xiàn)把一層辦公室改造為恒溫恒濕實驗室，一層原始改造面積452m2，原始層高為5.1m，現(xiàn)擬建設成331.5m2的煙葉樣品觀摩室和31.1m2煙葉樣品制備室，中央控制室、空調(diào)機房。

煙草實驗室對室內(nèi)溫度和濕度的要求高，且室內(nèi)環(huán)境溫濕度對煙草實驗室檢測設備及煙葉評析檢測結(jié)果的科學性會產(chǎn)生一定的影響，卷煙的吸阻、硬度、通風率、以及主流煙氣等項目進行檢測時須在溫濕度滿足測試試驗的大氣條件下進行，故確保恒溫恒濕實驗室的溫、濕度要求及精度和溫、濕度的波動要求對試驗的準確性有很大的影響。其中在溫和地區(qū)滿足工藝要求的前提下，如何運行節(jié)能、控制投資、合理化配置等方面進行綜合分析。

1 實驗室的控制參數(shù)及氣候條件

（1）室內(nèi)溫濕度及精度

在《煙草實驗室大氣環(huán)境檢定規(guī)程》JJG（煙草）21-2010中對煙草恒溫恒濕實驗室有溫濕度及精度規(guī)定，結(jié)合規(guī)范要求和本實驗室的要求確定本項目的設計參數(shù)如表1所示。

表1 煙草恒溫恒濕實驗室設計參數(shù)Table 1 Tobacco constant temperature and humidity laboratory design parameters

（2）室外計算氣象參數(shù)

工程所在位置：云南昆明，海拔：1892.4米。緯度：北緯25°01′，經(jīng)度：東經(jīng)102°41′。

表2 室內(nèi)氣象參數(shù)Table 2 Indoor meteorological parameters

（3）樣品觀摩室和樣品制備室送風量及負荷的確定

①樣品觀摩室

表3 K-1空調(diào)系統(tǒng)風量及冷、熱量Table 3 K-1 air-conditioning system air volume and cold and heat

圖1 冬季處理過程Fig.1 Winter treatment process

圖2 夏季處理過程Fig.2 Summer treatment process

②樣品制備室

表4 K-2空調(diào)系統(tǒng)風量及冷、熱量Table 4 K-2 air-conditioning system air volume and cold and heat

圖3 冬季處理過程Fig.3 Winter treatment process

2 空調(diào)系統(tǒng)設計要點及設備選型

2.1 空調(diào)冷熱源要點分析

目前恒溫恒濕空調(diào)主機有風冷模塊恒溫恒濕空調(diào)機組、直膨式恒溫恒濕空調(diào)機組，對兩種空調(diào)系統(tǒng)比較如表5所示。

圖4 夏季處理過程Fig.4 Summer treatment process

表5 風冷模塊恒溫恒濕空調(diào)機組、直膨式恒溫恒濕空調(diào)機組空調(diào)系統(tǒng)比較Table 5 Comparison of air-conditioning systems of air-cooled module constant temperature and humidity air conditioning units and direct expansion constant temperature and humidity air conditioning units

（1）鑒于四管制機組投資高于兩管制機組，根據(jù)昆明的氣候特點和實驗室濕度控制范圍（相對溫度：50.0～80.0%）為高濕環(huán)境，除濕再熱量小，最終確定為兩管制風冷式冷熱水機組。（2）由于煙葉樣品制備室面積小（僅為31.1m2），樣品觀摩室面積大（331.5m2）；且兩房間的使用頻率不同，房間負荷差距大，如果共用一套系統(tǒng)會造成使用不合理，故樣品制備室采用一套直膨式恒溫恒濕空調(diào)機組。

2.2 組合式空調(diào)機組加濕方式要點分析

恒溫恒濕組合式空調(diào)機組段體有進風混合段，制冷段（制熱段）、再熱段、加濕段、風機段。常用加濕方式有電極式，干蒸汽，高壓噴霧，濕膜氣化。根據(jù)項目特點，人員密度大，換氣次數(shù)較高，由于新風量大故加濕量較大，而且加濕的精度在±5.0%且波動范圍≤2.5%，選擇一個合適的加濕方式對方案設計有較大影響。對幾種加濕方式比較如表6所示。

表6 幾種加濕方式比較Table 6 Comparison of several humidification methods

鑒于本實驗室的加濕精度要求較高，考慮到本項目沒有蒸汽源，綜合考慮后使用電極加濕（配套軟化水裝置）可滿足加濕精度的要求，且控制簡單方便。

2.3 氣流組織的要點分析

考慮到該實驗室為改造項目，為保證氣流組織的均勻性，送風形式為上送風，下側(cè)回風的形式。其中上送風的方式有散流器送風和孔板送風。對兩種送風形式比較如表7所示。

表7 散流器送風和孔板送風比較Table 7 Comparison of diffuser air supply and orifice plate air supply

鑒于本項目為改造項目，二層下來的排水管及其他管線較多，吊頂空間圍合形成送風靜壓箱后，大量裸露的金屬件需要保溫，施工安裝困難且投資較高。同時送風孔板需要直接設置在人員工作區(qū)正上方，與吊頂上部的燈具布置有一定的沖突；綜上所述使用傳統(tǒng)的散流器送風方式。

2.4 圍護結(jié)構(gòu)的要點分析

根據(jù)《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》GB 50019-2015的要求，工藝性空氣調(diào)節(jié)區(qū)圍護結(jié)構(gòu)最大傳熱系數(shù)K[W/（m2·℃）]限值需滿足表8要求。

表8 工藝性空氣調(diào)節(jié)區(qū)圍護結(jié)構(gòu)最大傳熱系數(shù)Table 8 The maximum heat transfer coefficient of the envelope structure of the process air conditioning zone

墻體材料為200mm厚蒸壓加氣混凝土砌塊墻+75mm厚巖棉保溫，熱工計算如圖5所示。傳熱系數(shù)K=0.371（W/m2·K），熱惰性D=4.812。

圖5 熱工計算圖Fig.5 Thermal calculation diagram

頂棚材料為40mm酚醛保溫板，熱工計算如圖6所示。傳熱系數(shù)K=0.712（W/m2·K）；熱惰性D=2.252。

圖6 熱工計算圖Fig.6 Thermal calculation diagram

通過對墻體和頂棚增加保溫材料后，使圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)滿足規(guī)范要求，在后期使用中對溫度的調(diào)控增加了保障。

2.5 消聲減震的要點分析

該實驗室的空調(diào)主機、組合式空調(diào)機組（落地安裝）、水泵等會產(chǎn)生震動的設備均增加混泥土基礎(chǔ)和減震器，吊頂?shù)目照{(diào)機組增加彈簧減震器，風機采用噪音小的電機。空調(diào)機房墻壁敷設吸音棉，防止噪音傳入室內(nèi)。風管出機房位置增加消聲器（減少5～8分貝噪音）。

2.6日常維護與管理的要點分析

該恒溫恒濕實驗室使用頻率成周期性波動，新風入口處安裝電控調(diào)節(jié)閥，避免冬季機組未使用時冷空氣進入機組凍壞設備。吊頂式空調(diào)機組預留空調(diào)檢修口，方便平時維護檢修。吊頂式空調(diào)機組制冷盤管段下方設置不銹鋼集水盤，避免設備漏水對實驗室設備造成破壞。

3 結(jié)束語

綜上所述，在恒溫恒濕實驗室設計時，首先需明確室內(nèi)溫濕度要求及波動范圍，其次選擇合適的空調(diào)主機、空氣加濕方式和氣流組織方式，還需考慮實驗室圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)及設備和風管的消聲減震處理方式，以后日常維護檢修的空間。在設計時綜合考慮各個方面的因素，選擇一個合理經(jīng)濟的方案，使設計結(jié)果更加合理全面。