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某實驗樓恒溫恒濕空調改造工程設計、安裝及調試 [2007-01-17]
來源：正島電器技術應用開發部
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???? 本文介紹了某實驗樓，恒溫恒濕空調改造工程的設計、安裝及調試。空調設備采用風冷恒溫恒濕空調機組，共分八個獨立的空調系統。總結了該工程從設計、安裝到調試，全過程的一些具體做法和體會。
關鍵詞：恒溫恒濕空調 全空氣系統 電極加濕器 自動控制
關鍵詞：恒溫恒濕空調 全空氣系統 電極加濕器 自動控制
1 概述
該工程為實驗樓恒溫恒濕空調改造項目，共三層，空調面積約1340m2。原設空調系統，部分采用集中空調的方式,部分采用水冷柜式空調機的空調方式。系統經過多年運行，設備老化,系統陳舊,分區不合理，已不能適應當前工作的需要,為此有必要對現有系統進行技術改造,為計量實驗提供必需的恒溫恒濕工作環境。
2 空調設計參數、條件及空調冷負荷
2.1 設計參數
夏季室外計算干球溫度33.2℃，濕球溫度26.4℃
冬季室外計算干球溫度-12℃，相對濕度45％
室內溫度、濕度的要求見表1
根據現場觀測和對原系統的分析，根據業主提出的工作需要,將實驗樓改造為八個恒溫恒濕空調系統，其條件、參數如表1：
|
系統
編號 |
房間名稱及房號 |
面積
(m2) |
溫度
（℃） |
濕度
（%RH） |
工作人數 |
儀器發熱
功率（kW） |
|
系統1 |
工程技術部106 |
30.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
3 |
|
工程技術部107 |
50.00 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
3 | |
|
交流電壓室108 |
54.00 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
3 | |
|
磁通量室109 |
49.00 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
3 | |
|
直流儀器室110（內） |
52.47 |
20±0.5 |
50±10 |
4 |
5 | |
|
系統2 |
電容室203（內） |
24.40 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 |
|
直流儀器室206(內) |
23.77 |
20±0.5 |
50±10 |
3 |
3 | |
|
數字儀表室210 |
56.63 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
2 | |
|
交流阻抗室211(東) |
54.76 |
20±1.0 |
50±10 |
5 |
3 | |
|
數字儀表室211(西) |
56.63 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 | |
|
交流阻抗室212 |
25.65 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 | |
|
系統3 |
長度基線室103 |
160.50 |
20±0.5 |
50±10 |
6 |
5 |
|
系統4 |
磁通基準室303 |
44.70 |
20±1.0 |
50±10 |
1 |
1 |
|
電感室304 |
40.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
2 | |
|
交流電量室308 |
22.21 |
20±1.0 |
50±10 |
1 |
2 | |
|
交流電量室309 |
41.53 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
2 | |
|
工程技術部310 |
36.38 |
20±2.0 |
50±10 |
2 |
1.5 | |
|
電磁測量室312 |
27.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
1 | |
|
工程技術部318 |
56.63 |
20±2.0 |
50±10 |
3 |
2 | |
|
交流電量室319 |
55.78 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
2 | |
|
系統5 |
輔助室1 |
7.00 |
20±1.0 |
50±10 |
? | |
|
輔助室2 |
7.00 |
20±1.0 |
50±10 |
? |
? | |
|
控制室 |
10.00 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
0.5 | |
|
電阻測量室 |
32.76 |
20±0.5 |
50±10 |
3 |
5 | |
|
電壓測量室 |
27.39 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
5 | |
|
輔助室 |
13.00 |
20±1.0 |
50±10 |
? |
? | |
|
系統6 |
電壓基準室 |
20.50 |
20±0.2 |
50±10 |
2 |
5 |
|
電阻基準室 |
20.50 |
20±0.2 |
50±10 |
2 |
5 | |
|
系統7 |
電能基準室121 |
60.09 |
20±0.5 |
50±10 |
5 |
8 |
|
高壓室122 |
50.00 |
20±1.0 |
50±10 |
4 |
5 | |
|
系統8
（50萬級） |
光頻控制室 |
10.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
1 |
|
試驗室1 |
16.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
2 | |
|
試驗室2 |
16.00 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 | |
|
試驗室3 |
18.00 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 | |
|
試驗室4 |
10.00 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 | |
|
試驗室5 |
60.00 |
20±0.5 |
50±10 |
3 |
8 |
2.2 空調系統設計冷負荷見表２
|
空調系統 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
冷負荷
（kW） |
41.98 |
45.91 |
38.42 |
48.81 |
25.9 |
26.33 |
46.42 |
37.72 |
注：新風量按每人35m3/h計算。
2.3 空調系統設計送風量見表３
|
空調系統 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
送風量
（m3/h） |
11491 |
10279 |
8600 |
11512 |
5600 |
5600 |
10100 |
8600 |
注：送風溫差的確定：室溫允許波動范圍±0.2℃，送風溫差取3℃；室溫允許波動范圍±0.5℃，送風溫差取5℃；室溫允許波動范圍±1～2℃，送風溫差取6～7℃。
3 空調系統的設計
3.1 空調機組的選擇
原機房內空調機組全部取消,新設計采用R22制冷劑,直接蒸發式制冷系統。系統1～7選用七臺廣東省吉榮空調設備公司生產的風冷恒溫恒濕空調機組； 系統8選用一臺廣東省吉榮牌風冷潔凈恒溫恒濕空調機組。機組性能參數詳見表４
|
空調系統 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
機組型號 |
HF49N |
HF49N |
HF39N |
HF49N |
HF25N |
HF25N |
HF49N |
HJF39N |
|
名義制冷量（kW） |
49.6 |
49.6 |
39.4 |
49.6 |
25.0 |
25.0 |
49.6 |
39.4 |
|
名義制熱量（kW） |
24.0 |
24.0 |
18.0 |
24.0 |
12.0 |
12.0 |
24.0 |
18.0 |
|
風量
（m3/h） |
11500 |
11500 |
8600 |
11500 |
5600 |
5600 |
11500 |
8600 |
|
機外余壓
（Pa） |
600 |
650 |
420 |
650 |
350 |
350 |
500 |
450 |
|
加濕量
（kg/h） |
8 |
8 |
8 |
8 |
4 |
4 |
8 |
8 |
|
溫控范圍及靈敏度（℃） |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
|
濕控范圍及靈敏度（％RH） |
50～70
±5 |
50～70
±5 |
50～70±5 |
50～70±5 |
50～70
±5 |
50～70±5 |
50～70±5 |
50～70±5 |
3.2 空調系統的設計
風冷恒溫恒濕空調機組室內機設在機房內，室外機設在機房外綠化帶內。空調采用全空氣系統，設送風道、送風口和回風道、回風口。經空調機組處理后的空氣，通過送風道、送風口送至室內，經回風口、回風道回至機房。
3.2.1 系統1、系統2、系統4采用明裝風管，側上送上回的送風方式。送風口為鋁合金雙層百葉風口,回風口為鋁合金單層百葉風口。
3.2.2 系統3走廊吊頂內新設主送回風管道，原室內孔板送回風系統不變。
3.2.3 系統5、系統8原空調系統室內部分送風道送風口,回風道回風口不變，送回風主管道重新設置。
3.2.4 系統6新設送、回風主管道，原室內孔板送回風系統不變。
3.2.5 系統7電能基準室，原空調系統室內部分送風道送風口,回風道回風口不變，送回風主管道重新設置；高壓室新設風管，明裝側上送上回的送風方式。
3.2.6 系統風速的確定：本設計為低速風道系統，主風道風速8m/s，支風道風速4.5m/s；雙層百葉送風口風速2.35m/s，單層百葉回風口風速1.88m/s；孔板送風：孔口流速2.5m/s，工作區流速0.15m/s；消聲靜壓箱流速1.0m/s。
3.3 消聲減振
3.3.1 每臺恒溫恒濕機組送風口處、回風口處設消聲靜壓箱，送、回風主管道上設微穿孔板消聲器，機組與風道采用帆布軟連接。
3.3.2 機房內恒溫恒濕機組設減振基礎。
4 空調系統的自動控制
本設計為獨立的空調系統，機組控制程序為送風溫度控制，每個空調系統送風總管道上設一個總電加熱器，每個系統各房間支風管設末端微調電加熱器，根據房間溫度不同要求，分別選用調功器無級控制。8個空調系統36個受控房間，設8個總風管電加熱器和若干個末端微調電加熱器，采用一個CPU315-2DP控制。
為了節省投資，濕度按系統控制，每臺空調機組回風口處設濕度傳感器，控制整個系統的濕度。
為了保證系統的防火安全，每個空調系統送風管道上設壓差控制器，無風壓差，電加熱器則不能啟動。
5 本設計方案的特點
5.1 空調冷熱源采用廣東吉榮牌風冷恒溫恒濕空調機組,壓縮機采用進口全封閉壓縮機，加濕器采用電極式加濕器,機組設計緊湊,占地面積小,采用數字式微處理器,控制精度高,可根據設定的溫濕度自動開停機，全自動控制，無需專人操作。
5.2 空調系統為獨立的系統，恒溫恒濕精度高，使用靈活、方便，具有顯著的節能效果。
6 對其他專業的要求
本工程為改造項目，各個實驗室對室內溫度、濕度要求較高，故空調設備、送回風系統、自控系統應按設計規范和現場實際進行設計。
為了減少外界氣候條件的干擾，恒溫恒濕室在建筑處理方面，必須做一些特殊的處理，這不僅有利于保證恒溫恒濕的精度，而且對空調設備的投資運行費用方面，也有著重要的意義。
6.1 維護結構的熱惰性及隔汽防潮。
6.2 高精度（20±0.2℃、20±0.5℃）的房間外圍最好有低精度的恒溫室作套間。
6.3 盡可能將恒溫恒濕室布置在建筑物的底層和北面，不宜有朝東、西、南的外墻及門窗，以減少太陽輻射熱。高精度的恒溫室不宜有外墻。
6.4 高精度的恒溫室不宜開窗，門應做成密閉保溫門，設門斗。
6.5 室內保證正壓及室內溫度場的均勻。
6.6 如工藝允許盡可能將局部熱源設在室外或套間內。
7 空調系統的安裝及調試
7.1 空調系統的安裝
7.1.1 恒溫恒濕機組室內外機的安裝，機組的基礎要找平，水平允許偏差為0.2/100。
7.1.2 空調風管的制作及安裝，風管的保溫，應按設計圖紙和國家有關施工驗收規范施工，由于該工程為改造項目，部分房間室內管道、風口不變，所以施工時要考慮新設系統與老系統管道的合理連接。
7.1.3 機組室內外機制冷劑管道的安裝：壓縮機排氣管的水平管段應有不小于1/100的坡度坡向冷凝器，嚴禁U型彎。管道的焊接、試壓、試漏、排污、試真空、保溫、加注制冷劑，應嚴格按施工規范及機器說明書要求進行。
7.1.4 空調風管采用30mm厚鋁箔超細玻璃棉板保溫，具有保溫、防火效果好的優點。
7.2 空調系統的調試
7.2.1 空調系統風量的調整，風量的調整按系統進行，從系統最末端的支干管開始，調節每個支干管上的對開多葉調節閥，使每個房間的風量達到設計的要求，調整房間送回風口葉片的角度，使房間的氣流組織均勻。
7.2.2 機組的調試設定參數見表5
表5
|
系統
編號 |
房間名稱及房號 |
送風量
（m3/h） |
設定溫度（℃） |
設定濕度（%RH） |
蒸發器出口溫度（℃） |
送風口
溫度（℃） |
|
系統1 |
工程技術部106 |
1465 |
20±1.0 |
50±10 |
9.9 |
15 |
|
工程技術部107 |
2440 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
交流電壓室108 |
2635 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
磁通量室109 |
2391 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
直流儀器室110（內） |
2560 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
系統2 |
電容室203內 |
1160 |
20±0.5 |
50±10 |
9.8 |
15 |
|
直流儀器室206(內) |
1130 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
數字儀表室210 |
2693 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
交流阻抗室211(東) |
2603 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
數字儀表室211(西) |
2693 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
交流阻抗室212 |
1220 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
系統3 |
長度基線室103 |
8600 |
20±0.5 |
50±10 |
9.7 |
13 |
|
系統4 |
磁通基準室303 |
1587 |
20±1.0 |
50±10 |
9.7 |
14 |
|
電感室304 |
1420 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
交流電量室308 |
789 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
交流電量室309 |
1475 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
工程技術部310 |
1292 |
20±2.0 |
50±10 | |||
|
電磁測量室312 |
959 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
工程技術部318 |
2010 |
20±2.0 |
50±10 | |||
|
交流電量室319 |
1980 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
系統5 |
輔助室1 |
404 |
20±1.0 |
50±10 |
9.9 |
13 |
|
輔助室2 |
404 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
控制室 |
576 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
電阻測量室 |
1888 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
電壓測量室 |
1579 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
輔助室 |
749 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
系統6 |
電壓基準室 |
2800 |
20±0.2 |
50±10 |
9.7 |
17 |
|
電阻基準室 |
2800 |
20±0.2 |
50±10 | |||
|
系統7 |
電能基準室121 |
5600 |
20±0.5 |
50±10 |
9.7 |
15 |
|
高壓室122 |
4500 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
系統8 |
光頻控制室 |
662 |
20±1.0 |
50±10 |
9.7 |
15 |
|
試驗室1 |
1058 |
20±1.0 |
50±10 | |||
|
試驗室2 |
1058 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
試驗室3 |
1191 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
試驗室4 |
662 |
20±0.5 |
50±10 | |||
|
試驗室5 |
3969 |
20±0.5 |
50±10 |
7.3 系統調試中出現的問題及解決方法
7.3.1 系統5（20±0.5℃）電壓實驗室溫度高于設計值。
7.3.2 系統6（20±0.2℃）北室溫度不均勻，達不到設計要求。
7.3.3 系統7、系統8送風量較大，送風口風速較高，噪聲較大。
7.3.4 經檢查分析以上系統出現問題的原因及解決方法：
系統5電壓實驗室回風管道風閥未全開，回風口部分被設備擋住，回風不暢。將閥門全部打開，設備移開。室內溫度很快達到設計值。
系統6電壓基準室、電阻基準室（20±0.2℃）二個房間內為原空調系統未變，房間內孔板送風，下部設三個回風口。北室室內有一臺恒溫油槽，油槽是一個不穩定的發熱源，時開時停，故室內溫度不均勻。另外回風口布置的不均勻，僅在室內一面墻的下部50%的長度處設3個回風口，并回風口部分被設備擋住，也是造成室內溫度不均勻的因素之一。如果要達到設計要求的精度（20±0.2℃），就必須將局部熱源移至室外，回風口均勻設置，回風暢通。
由于是改造項目，室內風管仍利用原系統風管，與新系統機組送風管連接，由于新系統設計風量比原系統大，故系統7、系統8送風道、送口風速較高，噪聲較大。在二個系統中增設二臺變頻器，根據系統實際調出最佳工況。
7.4 系統檢測結果
7.4.1 檢測依據：GB50243－2002《通風與空調工程施工及驗收規范》、設計施工圖。
7.4.2 檢測儀器：智能型溫度自記儀，測量范圍－40～85℃，準確度±0.3℃；HM34型數字式溫濕度儀，測量范圍0～90％RH，準確度±2％RH；便攜式數據采集儀， 0～40℃，準確度±0.1℃。
7.4.3 檢測條件：各實驗室內設備均投入運行，空調系統連續運行24h以上，然后進行溫濕度測量；依據國家標準GB50243－2002的規定，20±0.5℃的房間在工作區布5個測點，連續采集8h以上的數據。20±0.2℃的房間在工作區布9個測點，連續采集24h以上的數據。
7.4.4 檢測結果：對20±0.5℃的房間，每隔10min采集各測點的數據，取平均值，連續采集8h；對20±0.2℃的房間，每隔10min采集各測點的數據，取平均值，連續采集24h，其檢測結果見表6.
表6
|
空調系統編號 |
房間名稱 |
面積
（㎡） |
溫度
（℃） |
相對濕度
（％RH） |
噪聲
dB(A) |
|
系統1 |
直流儀器室 |
52.47 |
19.80～20.50 |
45.3～58.6 |
42 |
|
系統2 |
電容室 |
24.40 |
19.50～19.70 |
47.9～53.0 |
48 |
|
交流阻抗室 |
23.77 |
19.78～19.98 |
44.6～50.9 |
43.5 | |
|
數字儀表 |
56.63 |
19.79～19.90 |
47.8～51.5 |
48.5 | |
|
系統3 |
長度基線室 |
160.50 |
19.90～20.10 |
57.4～60.0 |
43 |
|
系統5 |
電壓測量室 |
32.76 |
19.8～20.40 |
46.6～48.9 |
58.5 |
|
電阻測量室 |
27.39 |
19.80～20.08 |
40.5～48.0 |
56 | |
|
系統6 |
電阻基準室 |
20.50 |
19.8～20.10 |
46.4～48.7 |
56 |
|
電壓基準室 |
20.50 |
19.70～20.00 |
46.6～50.0 |
48 | |
|
系統7 |
電能基準室 |
160.09 |
19.95～20.20 |
49.1～59.8 |
54.5 |
|
系統8 |
試驗室3 |
18.00 |
19.55～20.25 |
51.5～54.0 |
50 |
|
試驗室4 |
10.00 |
19.58～19.98 |
50.4～52.3 |
43 | |
|
試驗室5 |
60.00 |
20.02～20.20 |
48.9～52.3 |
51 | |
|
試驗室1 |
16.00 |
19.95～20.15 |
49.9～54.4 |
53 | |
|
試驗室2 |
16.00 |
19.40～20.00 |
47.6～53.6 |
39 |
注：
1、表6僅列出房間溫度為20±0.5℃及20±0.2℃的房間檢測結果，其他房間溫濕度經檢測均高于設計要求值，故未列出。
2、以上為二次檢測的結果，第一次除系統6（20±0.2℃）及系統5電阻測量室（20±0.5℃）未達到標準，其他均達到恒溫恒濕精度的要求。經查找原因重新調試，第二次對系統6（20±0.2℃）及系統5電阻測量室（20±0.5℃）重新進行檢測合格。
8 結束語
恒溫恒濕實驗室，采用直接蒸發式獨立的恒溫恒濕空調系統，具有系統簡單、便于調節、操作管理方便、節能等優點。在改造工程中，要根據實驗室的溫濕度精度要求合理劃分系統，盡可能將同精度要求的設在同一個系統。精度要求較高的房間，如20±0.2℃的房間和20±0.5℃的房間，應設獨立的空調系統。
為了滿足室內恒溫恒濕精度的要求，恒溫恒濕空調房間的換氣次數，要比普通空調換氣次數大，根據經驗，±2℃的恒溫室，換氣次數約10次/h; ±1℃的恒溫室，換氣次數10～15次/h; ±0.5℃的恒溫室，換氣次數＞15次/h；±0.2℃的恒溫室，換氣次數＞30次/h。
氣流組織設計也是影響恒溫室精度的主要因素之一，在高精度的恒溫恒濕室內設計氣流組織，應考慮以下原則：合理的氣流組織流程，充分發揮送風氣流的冷卻或加熱作用；建立一個穩定均勻的溫度場，以保證在氣流到達工作區時，其平均溫度與工作區的溫度差不超過允許的溫度波動值；氣流到達工作區時，其流動速度在0.25m/s左右。±0.2℃及±0.5℃高精度的恒溫恒濕室，采用全孔板和局部孔板送風，下部均勻回風，效果較好。
對±0.2℃及±0.5℃高精度的恒溫恒濕室，以及同一個空調系統幾個房間要求不同的溫度，采用恒溫恒濕空調機組時。系統設計需在風管末端設微調電加熱器，根據房間溫度不同要求，分別選用調功器無級控制。
該恒溫恒濕實驗室經過一年多的實際運行，效果良好，達到了設計要求。
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