某汽車排放實驗室空調溫濕度偏差與不穩定原因分析及改造

陳新興

（廈門正亞工程設備安裝有限公司， 福建 廈門 361000）

1 工程概況

本工程為廈門市某一機動車污染控制中心工程，暖通空調設計由德國一家專業汽車檢測實驗設備供應商設計，空調設計采用歐洲標準。施工完成后測試調整，空調溫、濕度無法達到設計要求，多次聯系境外設計公司未能圓滿答復，應建設單位要求對本空調系統進行技術分析與改造。

2 實驗室原空調系統介紹

1）原實驗室空調系統見下頁圖1 改造后的空調系統示意圖（除新風機組外）。

2）實驗室環境設計要求：溫度25℃±2℃、相對濕度45%±10%、溫度在20～30℃內可調。

3）實驗室概況與原用于該空調系統的組合式空調機組參數。

實驗室面積163 m2，吊頂高度3.5 m，高溫排氣風量3 000 m3/h，維持實驗室壓差風量2 000 m3/h。

組合式空調機組參數：制冷量500 kW，電加熱55 kW，加濕量30 kg/h，系統總風量為65 000 m3/h，新風量為5 000 m3/h，室內總散熱量為196.4 kW。系統采用PLC 露點溫度（12.3 ℃）控制。

4）經現場實測的散熱量與原設計的散熱量相差較大，即使在空調機組電加熱滿負荷運行的情況下，實驗室溫度僅達到20.3 ℃。

從原設計參數來看，即便是溫度能達到要求也是極其耗能，這點可從組合式空調機組采用先除濕到露點溫度后再電加熱的空氣處理方式焓濕圖上看出[1-2]。

3 空調溫、濕度偏差與不穩定原因分析及改造方案

1）原設計方案室內的溫、濕度偏差與不穩定原因是一臺組合式空調機組表冷單元要承擔兩個功能即降溫與除濕（除濕優先）。具體地說，為了保證室內露點溫度，組合式空調機組先要將65 000 m3/h的系統循環、混合風量處理到露點溫度（送風溫度為12.3℃、濕度為95%）的狀態，再通過電加熱及室內的熱負荷將室內溫度升到設計溫度25℃±2℃范圍內。根據露點送風的原理，此時的室內相對濕度必在45%±10%范圍內。但原設計估算的室內熱負荷估算（196.4 kW）大大超過了實際熱負荷（50 kW 不到），即使電加熱全負荷啟動，室內溫度無法達到25℃±2℃，相對濕度也相應無法達到45%±10%。而且這種空氣處理方式既不節能也不經濟。

2）針對上述分析原因，擬增設一臺新風機組，根據新風量選取原則選取該新風機風量為5 000 m3/h。新風機入口參數：干球溫度33.4 ℃，濕球溫度27.6℃。新風機出口參數：干球溫度12.3℃，相對濕度95%（即露點工況出風）。制冷量105 kW，選型計算見新風機組制冷量計算。這樣保證了新風機出口的露點溫度達到設計露點，符合露點控制的原理。新風機組風量可以保證室內外正壓要求，同時也達到設計對溫、濕度要求。

3）改造后的系統說明：通過新風機組將室外空氣直接降溫除濕到露點溫度后送入組合式空調機組回風管中，原有的組合式空調機組表冷段僅承擔實驗室內空調熱負荷，其內部的輔助電加熱器協助調整送風溫度以控制溫度精度，電加濕器負責夏季濕度微調及冬季空氣加濕；控制系統采用PLC，露點傳感器對室內露點進行檢測并控制新風機冷凍水比例式積分閥的開度，直到達到設計露點溫度；冬季亦采用室內空氣露點控制原組合式空調機組電加濕器啟閉；室內熱負荷仍由原組合式空調機組承擔。

4）改造后的空調系統示意圖詳見圖1。

圖1 改造后的空調系統示意圖

4 新風機組制冷量計算及組合式空調機組各功能段能力校核

4.1 新風機組制冷量Qt 計算（以夏季計算）

式中：Qt為新風機組制冷量，kcal/h；Cp為空氣比熱0.24 kcal/（kg·℃）；γ 為空氣密度1.25 kg/m3；L 為新風量，m3/h；H1、H2分別為新風機組進、出風式況下的焓值kJ/kg。代入數字計算得Qt=94.8 kW。

制冷富裕系統取1.1，則新風機組的制冷量為84.8×1.1=105 kW。

4.2 組合式空調機組各功能段能力校核計算

4.2.1 室內電加熱能力校核（以冬季最大值計算）

式中：Qs為電加熱熱量，kcal/h；T1、T2分別為室內、外空氣干球溫度，℃；其余字母含義同上。代入數字計算得Qs=33.2 kW＜55 kW。原有電加熱可滿足要求。

4.2.2 電加濕能力校核

冬季新風絕對含濕量為4.265 g/kg，室內設計工況下的絕對含濕量為8.981 8 g/kg。

因此加濕量=1.25×5000×（8.9818-4.265）=29480 g/h＜30kg/h，可見原有的電加濕量可滿足要求。

4.2.3 實驗室實際總熱負荷

實驗室實際總熱負荷為55 kW＜500 kW，可見原組合式空調機組制冷量可以滿足要求。

5 改造后空調系統測試結果

用四個毛發溫度計對實驗室四個標志點的溫濕度進行空、靜態下的調試，從打印出來的溫濕度圖線上看，溫濕度偏差均在空調溫濕度的控制精度范圍內。該測試的偏差值與實驗設備自帶的溫濕度儀器測試一致，符合實驗設備對環境的要求。動態下測試，調整PLC 程序的各參數的PID 值，溫、濕度控制隨實驗過程中負荷變化，靈活快捷響應，均有效控制在所需的空調精度范圍內[3-4]。

6 結語

本案例是空氣調節中溫濕度露點控制的基礎理論用于實際工程的實例。后經了解本工程實驗室測試設備采購時，實驗室設備供應商提供境外設計公司施工圖紙，該圖紙套用了其他實驗室設計，而末對有關參數進行計算復核修正。建設單位考慮到節約成本, 國內設計單位對汽車尾氣排放實驗室設計參數等無明確規定, 對實驗設備不了解等情況直接采用境外圖紙施工，調試結果無法滿足實驗室的環境要求。改造后，本工程達到了實驗環境要求，同時也節能，經過一年多的不間斷運行,系統穩定，效果良好。