溫濕度高精度控制的潔凈空調方式研究

李振洪

廣州澳企實驗室技術股份有限公司 廣東 廣州 510000

現階段，醫療行業、醫藥行業以及食品行業的生產環境都離不開對溫度和濕度的控制，在潔凈空調方面需求日益增多。傳統潔凈空調由于能耗高、操作復雜等不足日益明顯。現階段，溫度控制模型存在一定滯后性問題，控制系統借助對控制系統中電加熱電阻或是蒸汽調節閥實現加熱控制，特別在實踐方面，一個項目中的系統較多，無法針對所有系統進行單獨建模，需要調整潔凈空調的溫濕度空調控制方法[1]。

1 理論指導

1.1 新風深度除濕技術

該技術主要是將低溫冷源設置到新風機組中，一般選擇直接蒸發方法達到深度除濕冷卻目的，即對新風機組進行雙冷源設置，可以進行兩級冷卻處理。第一級冷源是機組自帶冷源，即冷卻水盤。第二級冷源是機組中新增變頻室外機與蒸發器。在機組內部安裝蒸發器，處于冷水盤管道下風側部位。

在潔凈空調設計中，可以選擇雙冷源機組，主要優點就是，在高濕時段中，新風機組可以充分開展室內濕負荷以及一些冷負荷處理工作，確保循環機組始終保持在干工況情況下工作，防止冷凝水造成細菌滋生現象。另外，雙冷源冷卻能夠分別借助變頻室外機與電動調節閥展開調節，充分提升機組冷卻除濕范圍與能力，保證室內溫度與濕度處于設計要求范圍內[2]。

1.2 冷凝再熱技術

該技術主要指借助空調冷源進行冷凝熱，對現有電加熱方式進行優化或是取代，能夠充分實現節能目標，還可以促進潔凈空調能效。

（1）基于雙冷源的冷凝再熱技術。若是選擇雙冷源機組，冷凝再熱主要指基于原有冷源進行冷凝器設置，同時在機組內部進行安裝，位于電加熱上風側部位，同時借助外機和制冷劑管道實現連接。

（2）基于直接蒸發方法的冷凝再熱技術。對于選擇直接蒸發方法的機組，冷凝再熱技術主要指將冷凝器設置到風冷機組中，同時在機組內部進行安裝，安裝部位選擇電加熱上風側位置，同時借助風冷機組外機和制冷劑管道進行連接。對于南方地區，若是選擇基于直接蒸發方法的機組，應該在設計配置過程中，對雨季、“回南天”以及其他高濕時段在新風除濕方面要求加以考慮，以保證此類時段除濕要求得到充分滿足[3]。

1.3 溫濕度獨立控制技術

該技術主要是，通過新風機組完成所有濕負荷控制工作，借助新風機組絕對控制濕度，循環機組主要負責部分冷負荷，進而有效控制送風溫度。

控制系統的控制效果有效性、準確性以及及時性，不僅受到控制邏輯影響，同樣受到調節閥、傳感器的精度與安裝部位影響。在新風機組中，應該設置濕度傳感器與溫度傳感器，以對送風溫度濕度以及機器露點的溫度進行控制，同時設置調節閥，按照監測結果對機組再熱量、冷卻除濕量進行合理調整。設置調節閥，按照監測數據對循環機組制冷量進行實時調節。

2 方案簡介

某高精度試驗項目，建筑面積為150㎡，實驗核心區為54㎡。核心區要求濕度保持在45%—65%范圍內，要求溫度保持在19.9℃—20.1℃范圍內，潔凈級別采用FS-209EM5.5標準，核心區的熱源功率均值是3kW，熱源瞬間的峰值功率是5kW。

按照工藝技術要求，設計精度溫濕度高精度控制的潔凈空調，熱（冷）源選擇風冷熱冷水機組，對于空調末端選擇組合式空氣機組，夏季送冷風、冬季送熱風，保證核心區域濕度要求與溫度要求得到有效控制

3 方案設計

3.1 送風量設計

對于核心區域送風量，主要按照室內溫度精度、熱濕負荷與潔凈度等級進行確定。

首先，基于空氣潔凈度要求進行送風量設計，根據FS-209EM5.5標準要求，室內換氣頻率需要保持在15—25次/h左右。核心區高度是4m，是54㎡，按照25次/h的頻率，則送風量確定為5400㎡/h。

其次，基于溫度精度與熱濕負荷設計送風量。按照GB50736-2012等規范標準，在溫度變化處于±0.1℃—±0.2℃范圍時，送風溫差需要保持在2℃—3℃范圍內，對于±0.1℃，應該取1℃。核心區室內的總冷負荷是3270W，進行計算最終將送風量確定為9800m3/h。見下式：L=Qs/（0.28C△t）。

其中，△t代表送風溫差，單位為℃。C代表空氣容重，取值1.2kg/m3。Qs代表總冷負荷，單位為W。L代表送風量，單位為m3/h。

對于核心區域的送風量，采用兩種計算結果最大值，即9800m3/h。

3.2 確定氣流的組織形式

空調房間氣流組織一般采用條縫形式、噴口形式、散流器形式、孔板形式、側送形式等。其中孔板形式的射流混合、擴散效果較為突出，射流可以快速混合，風速與溫差快速衰減，所以工作區域濕度、溫度等因素可以均勻分布。所以，若是空調房間對于室溫波動范圍要求嚴格、單位面積內的風量大以及風速要求高，可以選擇孔板方式。需要采用上送下回方式進行氣流組織，風流需要通過高效過濾器，之后向吊頂上部靜壓箱傳送，經過孔板向室內進行輸送，下部選擇地板格柵進行灰縫處理。進行計算發現，孔板孔徑是5mm，開孔面積達到1.39㎡。為了保證氣流入口位置能夠有效擴散，需要將穩壓層高度設計在0.2m以上。

開展設計工作時還需要注意，在送熱風與冷風過程中，應該在穩壓層頂部與側面設置相應保溫措施。同時，保證穩壓層氣密性良好，要想保證氣流組織充分滿足實驗室要求，孔板模式回風口應該在房間下部進行設置[4]。

3.3 基準間的濕度與溫度干擾因素管控措施設計

（1）維護結構優化設計。因為核心區域的基準間在精度與濕度等方面具有較高要求，所以需要高精度控制該區域附近的濕度與溫度。針對基準間，在其附近設計溫度調控區（15℃—25℃），因為該區域地面采用架空地板，所以不會產生干擾，另外在吊頂部位進行送回風系統設計，可以有效控制該部位溫度，始終低于25℃，充分保證附近環境因素不會干擾核心區域溫度。

（2）照明、設備與人員進出影響。上述因素會在一定程度上影響室內濕度與溫度，針對甲方的運行管理制定一些要求。因為核心區中的設備儀器熱源的瞬間峰值功率可以達到5kW，所以進行精密配件加工制造前，應該將空調設備啟動，在設備達到穩定狀態之后，即熱源功率保持在3kW之后進行生產任務，開展試驗活動前，工作人員需要進入試驗區域，禁止試驗過程中現場人員隨意進出。開展試驗活動前，應該讓照明設備保持穩定狀態，在照明設備可以保持穩定之后，才允許進行實驗活動。

（3）新風影響。按照房間新風量、人員、正壓度等方面要求，該房間核心區域的新風量控制380m3/h左右，雖然新風量較小，然而對于室內的干擾卻較為嚴重。對于本項目，要求工作人員預處理新風，即獨立設計新風組，提供給調控區、核心區空調機組，將新風中多余濕量全部去除，進而對濕度進行高精度控制。

因為新風機組運行以及正常輸入新風量過程中，可以有效建立室內正壓度，充分控制室內濕度與溫度，有效促進室內潔凈度水平。

3.4 核心區域的溫濕度控制

（1）夏季濕度與溫度優化設計。基準間空調選擇KJ1-1型號，附近二次調控區選擇KJ1-2型號，KJ1-1與KJ1-2系統共用新風機組。在基準間溫度增加過程中，將KJ1-1中表冷器ML2（電動兩通閥）打開。在溫度處于波動狀態下，對機組中DRI（電加熱器）進行調節，保證溫度始終保持20℃左右。在新風的出風溫度增加情況下，將機組內ML1（電動兩通閥）打開，保證出風口新風和室內保持相同含濕量，出風溫度保持在11℃左右。

（2）冬季濕度與溫度優化設計。因為核心區域位于建筑中心，同時設備運行過程中散發熱量，因此在冬季，調控區、核心區均需要借助制冷對溫度進行有效控制。對KJ1-1中表冷器的ML2開度進行調節，保證回風溫度保持在20℃左右。對KJ1-1中的MS（加濕兩通閥）開度進行調節，進而對回風濕度進行高精度控制。對新風機組中DRI進行調節，保證新風溫度處于10℃左右。對調控區中DRI進行微調，對核心區域的DRI進行調節，進而對送風濕度、溫度進行高精度控制。

3.5 除濕再熱優化設計

對于新風機，可能除濕能力不足，無法滿足設計要求，并且基于雨季以及其他特殊條件影響，可以對新風機組進行獨立除濕再熱優化設計，選擇冷凝再熱與深度冷卻除濕方法，同時與專業設備生產商進行定制。所有新風機組均單獨進行除濕再熱設計，涵蓋輔助部件、冷凝器、蒸發器、外機以及制冷劑管道等構件。冷凝器安裝于新風機組的內部，與過濾器風側部位貼近，對新風展開冷凝再熱處理，若是熱量不足，則可以通過電加熱輔助調整。蒸發器位于機組內部冷水盤管的下風側部位，可以對新風展開深度除濕處理。外機安裝于機組外部周邊通風良好部位[5]。

新風機組能夠充分承擔空調系統所有濕負荷以及一些冷負荷。新風機組把新風除濕冷卻至L1點，之后再次加熱到L’1點（L’1點數值大于L1點數值），新風經過處理之后相對濕度在75%以內，之后室內回風和新風混合到C點（C點數值大于L’1點數值），在通過機組冷卻到O點（O點數值處于L’1點數值與C點數值）之間，最后向室內輸送。在室內的熱濕負荷與室外溫濕度變化過程中，隨著空氣處理時，如果O點和C點出現重合，那么機組不需要對混合風進行處理，向室內直接輸送即可。若是C點比O點低，那么機組對混合風進行加熱處理，之后向室內輸送。

3.6 冷凍水的出水溫度優化設計

為了充分控制組合式空氣機組出風溫度，還需要對冷水機組實際出水溫度進行有效控制，核心區域的室內空氣露點溫度是11℃，所以需要盤管中氟利昂溫度始終保持在4—6℃范圍內。所以挑選設備過程中，工作人員可以將出水參數遞交到主機廠家手中，保證熱水機組實際出水溫度保持在11.5℃—5.5℃范圍內。要想充分提升出水精度，將常壓密閉水箱設置在冷水機組總供水管中，有效提高空調系統燒水容量，進而有效控制出水溫度，使其保持穩定狀態。

借助上述技術手段，能夠對核心區濕度、溫度進行高精度控制，有效促進試驗活動順利開展。

4 效果分析

4.1 風量測試

對核心區域新風機組進行3次重復測試，實際風量分別為381m3/h、379m3/h、382m3/h，和設計風量之間偏差分別為0.26%、-0.26%、0.53%。雖然將冷凝器與蒸發器安裝到新風機組中，導致新風機組阻力增加，然而借助對新風機組過濾器進行清洗、對風機皮帶進行更換，均可以保證新風量滿足設計要求。

4.2 空氣溫度檢測

主要測試潔凈空調的送風、機器露點與進風三種因素的溫度。由于溫度傳感器布置部位存在差異，所以實際測試結果略有差異，然而基本上可以保持一致。在對進風溫度進行測試過程中，發現溫度數值呈現出先升后降趨勢，可以保持在10℃—12℃范圍內。第一次測試，機器露點溫度處于11.8℃—13.3℃范圍內，送風溫度保持在10.6℃—11.8℃范圍內。第二次測試結果，機器露點的溫度保持在10.5℃—11.3℃范圍內，送風溫度在10.7℃11.9℃范圍內。第三次測試，機器露點的溫度處于10.9℃11.7℃范圍內，送風溫度處于10.4℃—11.3℃范圍內。通過對空調機組送風溫度與露點溫度進行充分測試與對比，能夠發現數值處于溫度狀態，同時符合設計規范標準，進而充分保證機組送風的相對濕度處于75%以內，除濕效果較為突出，可以為機組過濾器提供良好保護，并且可以創造良好干燥運行環境，充分滿足潔凈度要求[6]。

4.3 室內溫濕度檢測

在關閉潔凈空調時，室溫處于19.99℃—20.09℃范圍內，基本上滿足本項目要求，然而室內相對濕度較高，處于79%—86%范圍內，并不符合設計要求。將潔凈空調打開后，室內溫度處于19.9℃—20.1℃范圍內，相對濕度處于55%—60%范圍內，均符合標準要求與設計要求。所以，能夠表明本文設計可以實現對潔凈空調溫濕度的高精度控制。

5 結語

綜上所述，現階段在實驗室等領域中，對于空氣環境具有嚴格要求，雖然引入潔凈空調，然而在具體設計以及運轉過程還是存在一定不足，所以，需要采用合理方式對潔凈空調進行有效優化，可以充分促進相關領域穩定發展。具體可以通過送風量設計、確定氣流的組織形式、基準間的濕度與溫度干擾因素管控措施設計、核心區域的溫濕度控制、除濕再熱優化設計等方式實現濕度與溫度高精度控制目標。通過測試發現該方法可以讓新風機組實際風量和設計風量之間偏差保持在-0.26%—0.53%范圍內，保證送風的相對濕度處于75%以內，保證室內溫度處于19.9℃—20.1℃范圍內，相對濕度處于55%—60%范圍內。