張亮

【摘 要】空調(diào)性能的重要評判標(biāo)準(zhǔn)之一是恒溫恒濕，而恒溫恒濕的節(jié)能系統(tǒng)是當(dāng)前暖通空調(diào)研究領(lǐng)域的重點之一。恒溫恒濕空調(diào)主要用于控制室內(nèi)溫度、濕度在一定范圍內(nèi)。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，恒溫恒濕空調(diào)的作用也越來越大。本文就暖通空調(diào)的恒溫恒濕設(shè)計進(jìn)行探討，介紹恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的特點，分析高精度恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理方案與控制方案。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào)；恒溫恒濕；節(jié)能

0 前言

恒溫恒濕空調(diào)是一種工藝性空調(diào)，在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，主要功能是將室內(nèi)的溫、濕度控制在一定精度范圍內(nèi)，以滿足工業(yè)、科研等特殊場合的要求。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技、生產(chǎn)也要求越來越嚴(yán)格，特別是要求保持恒定的室內(nèi)溫、濕度，所以整個社會對高精度的恒溫恒濕空調(diào)的需求越來越大。

恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計，需考慮室內(nèi)熱、濕負(fù)荷和室外氣溫條件的變化，系統(tǒng)怎樣控制才能實現(xiàn)全年節(jié)能。為了達(dá)到這個目的，需要依靠自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)?？照{(diào)自控系統(tǒng)是建立在制冷暖通原理與自動控制理論相結(jié)合的基礎(chǔ)上的，實現(xiàn)空調(diào)自動控制的前提條件是要遵循制冷暖通原理。

但空調(diào)機組往往連續(xù)運行，能耗高。對于許多恒溫恒濕場合來說， 恒溫恒濕機組是高耗能部分。能源形勢日益嚴(yán)峻，恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)如何減少能源消耗，是暖通工程技術(shù)人員必須面對的難題。

1 現(xiàn)有恒溫恒濕試驗室設(shè)計方法及分析

1.1 恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)主要由三大部件組成：加熱器、加濕器和表冷器。加熱器通常是電加熱器，主要作用是對冷空氣的預(yù)熱以及再熱。加濕器通常是電極式加濕器，主要用于對空氣作加濕處理。表冷器主要作用是對空氣進(jìn)行降溫除濕。

1.2 目前常見的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方法

恒溫恒濕空調(diào)有風(fēng)冷和水冷兩種，配備了多級電加熱器和電極加濕罐和微電腦控制器。在冷卻除濕工作條件，蒸發(fā)器盤管使空氣溫度低于露點溫度達(dá)到除濕目的，通過加熱器的再加熱來控制室溫。該類機組由于冷量輸出調(diào)節(jié)僅2-3檔，機組出口空氣的露點不穩(wěn)定，對室內(nèi)濕度的控制能力較低，一般用于室內(nèi)相對濕度控制精度在5%，是目前最常用的定型產(chǎn)品。選擇空調(diào)冷凍水箱作為冷卻介質(zhì)，配有過濾器、表冷或噴淋、加熱、加濕等功能段。在冷卻除濕工況條件下， 由室內(nèi)相對濕度信號控制送風(fēng)的露點溫度，通過室內(nèi)干球溫度信號控制加熱器的再熱量，保持室內(nèi)溫度和濕度，相對濕度可達(dá)2%的精度。但這種系統(tǒng)必須另配單獨的冷、熱源設(shè)備和自動控制系統(tǒng)，硬件投資大。

1.3 造成能耗損失的原因分析

常規(guī)的空氣的溫度和濕度通常設(shè)計為抵消冷熱過程的存在。以某柜式空調(diào)機組為例，簡要介紹了機房空調(diào)系統(tǒng)中潛在的能量損失。原則上分析，控制屬于固定露點溫度控制。一般經(jīng)過處理后的空氣露點溫度總必然會落在區(qū)間（6.7℃≤Tdp≤12.8℃）。此類型的恒溫恒濕機組通常應(yīng)用于室溫精度±1℃、相對濕度40-60%的場合。但即使采用計算機提高控制精度，有一點不會改變：露點溫度控制機理和需要再熱問題仍然存在。這是因為在投入冷量對空氣冷卻除濕的同時啟用了加熱器對空氣進(jìn)行再熱，這勢必造成冷熱量的相互抵消。也就是恒溫恒濕空調(diào)能耗大的主因。

2 系統(tǒng)的節(jié)能運行策略與優(yōu)化設(shè)計

在保證控制精度的同時，在設(shè)計調(diào)試中綜合使用了多種節(jié)能技術(shù)。根據(jù)季節(jié)的不同和室外溫濕度、焓值的變化，設(shè)置夏季、冬季、春秋季、過渡季4種運行模式，合理分配冷機、鍋爐熱水、新風(fēng)、加濕器、電加熱等冷（熱）源的供給量，在控制溫、濕度的同時，盡量減少不必要的負(fù)荷浪費，達(dá)到節(jié)能效果。最大限度地利用新鮮空氣，來降低負(fù)載涼爽。如果室外溫度足夠低的室外空氣可以用作冷源，使用經(jīng)濟(jì)循環(huán)的溫度控制，調(diào)節(jié)止回閥，排氣閥和新閥門，以確保溫度設(shè)定值。在較大的潛熱負(fù)荷，用焓代替經(jīng)濟(jì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)周期控制的溫度控制下，判定以確定室外空氣溫度的焓。在無人工作期間，冷卻方式采用全新風(fēng)冷卻。露點溫度的動態(tài)控制，冷卻器的熱傳遞的連續(xù)調(diào)整室外溫度的變化，最小化冷負(fù)荷，同時避免不必要的再加熱和加濕。冷卻水系統(tǒng)還采用一種開放水箱具有半封閉隔室以減少頻繁起停裝卸冷卻器帶來的能耗，增加使用三通閥供給的水的溫度的合流，減少了不必要的冷卻和除濕，節(jié)約冷卻能力。冷卻水系統(tǒng)采用變頻技術(shù)，冷卻塔風(fēng)機可以啟動和停止控制，有效地促進(jìn)跟蹤冷卻器，泵和風(fēng)機降低能源消耗。散熱器采用四管制，冬季供暖和熱水優(yōu)先獲得醫(yī)院作為熱源，節(jié)能電加熱，熱水管由電動兩通閥調(diào)節(jié)。

3 改造方案及調(diào)試

3.1 空氣處理方案

空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理過程，按季節(jié)可分為夏季模式、冬季模式、過渡模式。

夏季模式：室內(nèi)回風(fēng)與新風(fēng)混合，然后經(jīng)過表冷盤管冷卻至露點溫度以下進(jìn)行降溫除濕，然后經(jīng)過電加熱再熱和加濕，將空氣調(diào)節(jié)至送風(fēng)狀態(tài)。

冬季模式：冬天不需要制冷，直接在表冷盤管中送入供暖熱水作為主加熱，而電加熱則作為輔助加熱裝置，室內(nèi)回風(fēng)與新風(fēng)混合后，通過表冷器熱水加熱后，經(jīng)過電加熱再熱和加濕，將空氣調(diào)節(jié)至送風(fēng)狀態(tài)。

過渡模式：當(dāng)工況為夏季工況時，按夏季模式運行，當(dāng)工況為冬季工況時，按冬季模式運行。中間自動控制切換。

3.2 系統(tǒng)的控制

多級調(diào)節(jié)控制，每級既可以單獨控制，又可以互相補充，使房間溫、濕度快速穩(wěn)定在目標(biāo)值。室內(nèi)回風(fēng)與新風(fēng)混合，混合空氣的溫、濕度由風(fēng)閥進(jìn)行控制。排風(fēng)閥與新風(fēng)閥連鎖控制，使系統(tǒng)維持一個較恒定的正壓差。由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)表冷器的換熱量，使表冷器出來的空氣溫、濕度達(dá)到目標(biāo)值。關(guān)鍵在于此目標(biāo)值會隨著混合空氣的露點溫度變化而改變，進(jìn)而合理的調(diào)節(jié)換熱量，合理的分配顯熱、潛熱比。送風(fēng)溫、濕度經(jīng)過多級可調(diào)電加熱和變頻加濕水泵實現(xiàn)精確控制，送風(fēng)溫、濕度控制精度分別在0.1℃和3%以內(nèi)。

4 變冷媒流量空調(diào)技術(shù)在恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

變冷媒流量空調(diào)（比如數(shù)碼渦旋中央空調(diào)）具備節(jié)省空間、高效節(jié)能的優(yōu)點，但應(yīng)用于恒溫恒濕領(lǐng)域則需解決控溫精度的問題。一是，這些技術(shù)都是直接輸送冷媒到室內(nèi)，室內(nèi)冷媒溫度與設(shè)計溫度溫差大，會導(dǎo)致室溫波動大；二是，這種空調(diào)的制冷能力不強，不適合大匹數(shù)的需求。所以此類空調(diào)在恒溫恒濕空調(diào)領(lǐng)域沒有得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)分區(qū)是節(jié)能優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)，好的分區(qū)，既利于節(jié)能，又利于控制。將恒溫恒濕和變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)相組合，從空調(diào)分區(qū)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。將建筑物分為內(nèi)區(qū)、外區(qū)，內(nèi)區(qū)采用全空氣系統(tǒng)，外區(qū)采用變制冷劑流量與空氣系統(tǒng)相結(jié)合。這樣，既能取得穩(wěn)定的室內(nèi)溫、濕度，又能降低冷、熱源成本。

5 結(jié)語

恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，首先要采用合理的空氣處理方式，減少冷熱抵消可實現(xiàn)節(jié)能效果。同時，為了降低冷源成本，可以考慮結(jié)合采用變制冷劑流量空調(diào)技術(shù)，從廣義上將建筑物分為內(nèi)、外兩個區(qū)，內(nèi)區(qū)采用全空氣系統(tǒng)，外區(qū)采用空氣系統(tǒng)和變冷媒流量技術(shù)相結(jié)合。

采用多級溫濕度調(diào)節(jié)和高精度自控系統(tǒng)，實現(xiàn)了室內(nèi)溫、濕度的穩(wěn)定精確控制，降低了系統(tǒng)運行能耗。

【參考文獻(xiàn)】

[1]薛志峰，江億.變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中的系統(tǒng)分區(qū)問題[J].暖通空調(diào)，2013，33（1）：87-8.

[2]滕亮，婁邵榮.某高精度恒溫恒濕試驗室的空調(diào)設(shè)計[J].暖通空調(diào)，2014，32（3）： 55-56.

[3]陳鐵，杜愷.恒溫恒濕空調(diào)節(jié)能分析[C].第四屆全國制冷空調(diào)新技術(shù)研討會論文集，2006，1：476-479.