简介： 本文介绍了某实验楼，恒温恒湿空调改造工程的设计、安装及调试。空调设备采用风冷恒温恒湿空调机组，共分八个独立的空调系统。总结了该工程从设计、安装到调试，全过程的一些具体做法和体会。
关键字：恒温恒湿空调 全空气系统 电极器 自动控制
1 概述
该工程为实验楼恒温恒湿空调改造项目，共三层，空调面积约1340m2。原设空调系统，部分采用集中空调的方式,部分采用水冷柜式空调机的空调方式。系统经过多年运行，设备老化,系统陈旧,分区不合理，已不能适应当前工作的需要,为此有必要对现有系统进行技术改造,为计量实验提供必需的恒温恒湿工作环境。
2 空调设计参数、条件及空调冷负荷
2.1 设计参数
夏季室外计算干球温度33.2℃，湿球温度26.4℃
冬季室外计算干球温度-12℃，相对湿度45％
室内温度、湿度的要求见表1
根据现场观测和对原系统的分析，根据业主提出的工作需要,将实验楼改造为八个恒温恒湿空调系统，其条件、参数如表1：
|
系统 编号 |
房间名称及房号 |
面积 (m2) |
温度 （℃） |
湿度 （%RH） |
工作人数 |
仪器发热 功率（kW） |
|
系统1 |
工程技术部106 |
30.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
3 |
|
工程技术部107 |
50.00 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
3 |
|
|
交流电压室108 |
54.00 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
3 |
|
|
磁通量室109 |
49.00 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
3 |
|
|
直流仪器室110（内） |
52.47 |
20±0.5 |
50±10 |
4 |
5 |
|
|
系统2 |
电容室203（内） |
24.40 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 |
|
直流仪器室206(内) |
23.77 |
20±0.5 |
50±10 |
3 |
3 |
|
|
数字仪表室210 |
56.63 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
2 |
|
|
交流阻抗室211(东) |
54.76 |
20±1.0 |
50±10 |
5 |
3 |
|
|
数字仪表室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 |
|
|
系统3 |
长度基线室103 |
160.50 |
20±0.5 |
50±10 |
6 |
5 |
|
系统4 |
磁通基准室303 |
44.70 |
20±1.0 |
50±10 |
1 |
1 |
|
电感室304 |
40.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
2 |
|
|
交流电量室308 |
22.21 |
20±1.0 |
50±10 |
1 |
2 |
|
|
交流电量室309 |
41.53 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
2 |
|
|
工程技术部310 |
36.38 |
20±2.0 |
50±10 |
2 |
1.5 |
|
|
电磁测量室312 |
27.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
1 |
|
|
工程技术部318 |
56.63 |
20±2.0 |
50±10 |
3 |
2 |
|
|
交流电量室319 |
55.78 |
20±1.0 |
50±10 |
3 |
2 |
|
|
系统5 |
辅助室1 |
7.00 |
20±1.0 |
50±10 |
||
|
辅助室2 |
7.00 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
控制室 |
10.00 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
0.5 |
|
|
电阻测量室 |
32.76 |
20±0.5 |
50±10 |
3 |
5 |
|
|
电压测量室 |
27.39 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
5 |
|
|
辅助室 |
13.00 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
系统6 |
电压基准室 |
20.50 |
20±0.2 |
50±10 |
2 |
5 |
|
电阻基准室 |
20.50 |
20±0.2 |
50±10 |
2 |
5 |
|
|
系统7 |
电能基准室121 |
60.09 |
20±0.5 |
50±10 |
5 |
8 |
|
高压室122 |
50.00 |
20±1.0 |
50±10 |
4 |
5 |
|
|
系统8 （50万级） |
光频控制室 |
10.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
1 |
|
试验室1 |
16.00 |
20±1.0 |
50±10 |
2 |
2 |
|
|
试验室2 |
16.00 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 |
|
|
试验室3 |
18.00 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 |
|
|
试验室4 |
10.00 |
20±0.5 |
50±10 |
2 |
2 |
|
|
试验室5 |
60.00 |
20±0.5 |
50±10 |
3 |
8 |
2.2 空调系统设计冷负荷见表２
|
空调系统 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
冷负荷 （kW） |
41.98 |
45.91 |
38.42 |
48.81 |
25.9 |
26.33 |
46.42 |
37.72 |
注：新风量按每人35m3/h计算。
2.3 空调系统设计送风量见表３
|
空调系统 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
送风量 （m3/h） |
11491 |
10279 |
8600 |
11512 |
5600 |
5600 |
10100 |
8600 |
注：送风温差的确定：室温允许波动范围±0.2℃，送风温差取3℃；室温允许波动范围±0.5℃，送风温差取5℃；室温允许波动范围±1～2℃，送风温差取6～7℃。
3 空调系统的设计
3.1 空调机组的选择
原机房内空调机组全部取消,新设计采用R22制冷剂,直接蒸发式制冷系统。系统1～7选用七台广东省吉荣空调设备公司生产的风冷恒温恒湿空调机组； 系统8选用一台广东省吉荣牌风冷洁净恒温恒湿空调机组。机组性能参数详见表４
|
空调系统 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
机组型号 |
HF49N
|
HF49N |
HF39N |
HF49N |
HF25N |
HF25N |
HF49N |
HJF39N |
|
名义制冷量（kW） |
49.6 |
49.6 |
39.4 |
49.6 |
25.0 |
25.0 |
49.6 |
39.4 |
|
名义制热量（kW） |
24.0 |
24.0 |
18.0 |
24.0 |
12.0 |
12.0 |
24.0 |
18.0 |
|
风量 （m3/h） |
11500 |
11500 |
8600 |
11500 |
5600 |
5600 |
11500 |
8600 |
|
机外余压 （Pa） |
600 |
650 |
420 |
650 |
350 |
350 |
500 |
450 |
|
量 （kg/h） |
8 |
8 |
8 |
8 |
4 |
4 |
8 |
8 |
|
温控范围及灵敏度（℃） |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
18～21℃±1℃ |
|
湿控范围及灵敏度（％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 空调系统的设计
风冷恒温恒湿空调机组室内机设在机房内，室外机设在机房外绿化带内。空调采用全空气系统，设送风道、送风口和回风道、回风口。经空调机组处理后的空气，通过送风道、送风口送至室内，经回风口、回风道回至机房。
3.2.1 系统1、系统2、系统4采用明装风管，侧上送上回的送风方式。送风口为铝合金双层百叶风口,回风口为铝合金单层百叶风口。
3.2.2 系统3走廊吊顶内新设主送回风管道，原室内孔板送回风系统不变。
3.2.3 系统5、系统8原空调系统室内部分送风道送风口,回风道回风口不变，送回风主管道重新设置。
3.2.4 系统6新设送、回风主管道，原室内孔板送回风系统不变。
3.2.5 系统7电能基准室，原空调系统室内部分送风道送风口,回风道回风口不变，送回风主管道重新设置；高压室新设风管，明装侧上送上回的送风方式。
3.2.6 系统风速的确定：本设计为低速风道系统，主风道风速8m/s，支风道风速4.5m/s；双层百叶送风口风速2.35m/s，单层百叶回风口风速1.88m/s；孔板送风：孔口流速2.5m/s，工作区流速0.15m/s；消声静压箱流速1.0m/s。
3.3 消声减振
3.3.1 每台恒温恒湿机组送风口处、回风口处设消声静压箱，送、回风主管道上设微穿孔板消声器，机组与风道采用帆布软连接。
3.3.2 机房内恒温恒湿机组设减振基础。
4 空调系统的自动控制
本设计为独立的空调系统，机组控制程序为送风温度控制，每个空调系统送风总管道上设一个总电加热器，每个系统各房间支风管设末端微调电加热器，根据房间温度不同要求，分别选用调功器无级控制。8个空调系统36个受控房间，设8个总风管电加热器和若干个末端微调电加热器，采用一个CPU315-2DP控制。
为了节省投资，湿度按系统控制，每台空调机组回风口处设湿度传感器，控制整个系统的湿度。
为了保证系统的防火安全，每个空调系统送风管道上设压差控制器，无风压差，电加热器则不能启动。
5 本设计方案的特点
5.1 空调冷热源采用广东吉荣牌风冷恒温恒湿空调机组,压缩机采用进口全封闭压缩机，器采用电极式器,机组设计紧凑,占地面积小,采用数字式微处理器,控制精度高,可根据设定的温湿度自动开停机，全自动控制，无需专人操作。
5.2 空调系统为独立的系统，恒温恒湿精度高，使用灵活、方便，具有显著的节能效果。
6 对其他专业的要求
本工程为改造项目，各个实验室对室内温度、湿度要求较高，故空调设备、送回风系统、自控系统应按设计规范和现场实际进行设计。
为了减少外界气候条件的干扰，恒温恒湿室在建筑处理方面，必须做一些特殊的处理，这不仅有利于保证恒温恒湿的精度，而且对空调设备的投资运行费用方面，也有着重要的意义。
6.1 维护结构的热惰性及隔汽防潮。
6.2 高精度（20±0.2℃、20±0.5℃）的房间外围最好有低精度的恒温室作套间。
6.3 尽可能将恒温恒湿室布置在建筑物的底层和北面，不宜有朝东、西、南的外墙及门窗，以减少太阳辐射热。高精度的恒温室不宜有外墙。
6.4 高精度的恒温室不宜开窗，门应做成密闭保温门，设门斗。
6.5 室内保证正压及室内温度场的均匀。
6.6 如工艺允许尽可能将局部热源设在室外或套间内。
7 空调系统的安装及调试
7.1 空调系统的安装
7.1.1 恒温恒湿机组室内外机的安装，机组的基础要找平，水平允许偏差为0.2/100。
7.1.2 空调风管的制作及安装，风管的保温，应按设计图纸和国家有关施工验收规范施工，由于该工程为改造项目，部分房间室内管道、风口不变，所以施工时要考虑新设系统与老系统管道的合理连接。
7.1.3 机组室内外机制冷剂管道的安装：压缩机排气管的水平管段应有不小于1/100的坡度坡向冷凝器，严禁U型弯。管道的焊接、试压、试漏、排污、试真空、保温、加注制冷剂，应严格按施工规范及机器说明书要求进行。
7.1.4 空调风管采用30mm厚铝箔超细玻璃棉板保温，具有保温、防火效果好的优点。
7.2 空调系统的调试
7.2.1 空调系统风量的调整，风量的调整按系统进行，从系统最末端的支干管开始，调节每个支干管上的对开多叶调节阀，使每个房间的风量达到设计的要求，调整房间送回风口叶片的角度，使房间的气流组织均匀。
7.2.2 机组的调试设定参数见表5
表5
|
系统 编号 |
房间名称及房号 |
送风量 （m3/h） |
设定温度（℃） |
设定湿度（%RH） |
出口温度（℃） |
送风口 温度（℃） |
|
系统1 |
工程技术部106 |
1465 |
20±1.0 |
50±10 |
9.9 |
15 |
|
工程技术部107 |
2440 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
交流电压室108 |
2635 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
磁通量室109 |
2391 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
直流仪器室110（内） |
2560 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
系统2 |
电容室203内 |
1160 |
20±0.5 |
50±10 |
9.8 |
15 |
|
直流仪器室206(内) |
1130 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
数字仪表室210 |
2693 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
交流阻抗室211(东) |
2603 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
数字仪表室211(西) |
2693 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
交流阻抗室212 |
1220 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
系统3 |
长度基线室103 |
8600 |
20±0.5 |
50±10 |
9.7 |
13 |
|
系统4 |
磁通基准室303 |
1587 |
20±1.0 |
50±10 |
9.7 |
14 |
|
电感室304 |
1420 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
交流电量室308 |
789 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
交流电量室309 |
1475 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
工程技术部310 |
1292 |
20±2.0 |
50±10 |
|||
|
电磁测量室312 |
959 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
工程技术部318 |
2010 |
20±2.0 |
50±10 |
|||
|
交流电量室319 |
1980 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
系统5 |
辅助室1 |
404 |
20±1.0 |
50±10 |
9.9 |
13 |
|
辅助室2 |
404 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
控制室 |
576 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
电阻测量室 |
1888 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
电压测量室 |
1579 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
辅助室 |
749 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
系统6 |
电压基准室 |
2800 |
20±0.2 |
50±10 |
9.7 |
17 |
|
电阻基准室 |
2800 |
20±0.2 |
50±10 |
|||
|
系统7 |
电能基准室121 |
5600 |
20±0.5 |
50±10 |
9.7 |
15 |
|
高压室122 |
4500 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
系统8 |
光频控制室 |
662 |
20±1.0 |
50±10 |
9.7 |
15 |
|
试验室1 |
1058 |
20±1.0 |
50±10 |
|||
|
试验室2 |
1058 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
试验室3 |
1191 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
试验室4 |
662 |
20±0.5 |
50±10 |
|||
|
试验室5 |
3969 |
20±0.5 |
50±10 |
7.3 系统调试中出现的问题及解决方法
7.3.1 系统5（20±0.5℃）电压实验室温度高于设计值。
7.3.2 系统6（20±0.2℃）北室温度不均匀，达不到设计要求。
7.3.3 系统7、系统8送风量较大，送风口风速较高，噪声较大。
7.3.4 经检查分析以上系统出现问题的原因及解决方法：
系统5电压实验室回风管道未全开，回风口部分被设备挡住，回风不畅。将阀门全部打开，设备移开。室内温度很快达到设计值。
系统6电压基准室、电阻基准室（20±0.2℃）二个房间内为原空调系统未变，房间内孔板送风，下部设三个回风口。北室室内有一台恒温油槽，油槽是一个不稳定的发热源，时开时停，故室内温度不均匀。另外回风口布置的不均匀，仅在室内一面墙的下部50%的长度处设3个回风口，并回风口部分被设备挡住，也是造成室内温度不均匀的因素之一。如果要达到设计要求的精度（20±0.2℃），就必须将局部热源移至室外，回风口均匀设置，回风畅通。
由于是改造项目，室内风管仍利用原系统风管，与新系统机组送风管连接，由于新系统设计风量比原系统大，故系统7、系统8送风道、送口风速较高，噪声较大。在二个系统中增设二台变频器，根据系统实际调出最佳工况。
7.4 系统检测结果
7.4.1 检测依据：GB50243－2002《通风与空调工程施工及验收规范》、设计施工图。
7.4.2 检测仪器：智能型温度自记仪，测量范围－40～85℃，准确度±0.3℃；HM34型数字式温湿度仪，测量范围0～90％RH，准确度±2％RH；便携式数据采集仪， 0～40℃，准确度±0.1℃。
7.4.3 检测条件：各实验室内设备均投入运行，空调系统连续运行24h以上，然后进行温湿度测量；依据国家标准GB50243－2002的规定，20±0.5℃的房间在工作区布5个测点，连续采集8h以上的数据。20±0.2℃的房间在工作区布9个测点，连续采集24h以上的数据。
7.4.4 检测结果：对20±0.5℃的房间，每隔10min采集各测点的数据，取平均值，连续采集8h；对20±0.2℃的房间，每隔10min采集各测点的数据，取平均值，连续采集24h，其检测结果见表6.
表6
|
空调系统编号 |
房间名称 |
面积 （㎡） |
温度 （℃） |
相对湿度 （％RH） |
噪声 dB(A) |
|
系统1 |
直流仪器室 |
52.47 |
19.80～20.50 |
45.3～58.6 |
42 |
|
系统2 |
电容室 |
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 |
|
|
数字仪表 |
56.63 |
19.79～19.90 |
47.8～51.5 |
48.5 |
|
|
系统3 |
长度基线室 |
160.50 |
19.90～20.10 |
57.4～60.0 |
43 |
|
系统5 |
电压测量室 |
32.76 |
19.8～20.40 |
46.6～48.9 |
58.5 |
|
电阻测量室 |
27.39 |
19.80～20.08 |
40.5～48.0 |
56 |
|
|
系统6 |
电阻基准室 |
20.50 |
19.8～20.10 |
46.4～48.7 |
56 |
|
电压基准室 |
20.50 |
19.70～20.00 |
46.6～50.0 |
48 |
|
|
系统7 |
电能基准室 |
160.09 |
19.95～20.20 |
49.1～59.8 |
54.5 |
|
系统8 |
试验室3 |
18.00 |
19.55～20.25 |
51.5～54.0 |
50 |
|
试验室4 |
10.00 |
19.58～19.98 |
50.4～52.3 |
43 |
|
|
试验室5 |
60.00 |
20.02～20.20 |
48.9～52.3 |
51 |
|
|
试验室1 |
16.00 |
19.95～20.15 |
49.9～54.4 |
53 |
|
|
试验室2 |
16.00 |
19.40～20.00 |
47.6～53.6 |
39 |
注：
1、表6仅列出房间温度为20±0.5℃及20±0.2℃的房间检测结果，其他房间温湿度经检测均高于设计要求值，故未列出。
2、以上为二次检测的结果，第一次除系统6（20±0.2℃）及系统5电阻测量室（20±0.5℃）未达到标准，其他均达到恒温恒湿精度的要求。经查找原因重新调试，第二次对系统6（20±0.2℃）及系统5电阻测量室（20±0.5℃）重新进行检测合格。
8 结束语
恒温恒湿实验室，采用直接蒸发式独立的恒温恒湿空调系统，具有系统简单、便于调节、操作管理方便、节能等优点。在改造工程中，要根据实验室的温湿度精度要求合理划分系统，尽可能将同精度要求的设在同一个系统。精度要求较高的房间，如20±0.2℃的房间和20±0.5℃的房间，应设独立的空调系统。
为了满足室内恒温恒湿精度的要求，恒温恒湿空调房间的换气次数，要比普通空调换气次数大，根据经验，±2℃的恒温室，换气次数约10次/h; ±1℃的恒温室，换气次数10～15次/h; ±0.5℃的恒温室，换气次数＞15次/h；±0.2℃的恒温室，换气次数＞30次/h。
气流组织设计也是影响恒温室精度的主要因素之一，在高精度的恒温恒湿室内设计气流组织，应考虑以下原则：合理的气流组织流程，充分发挥送风气流的冷却或加热作用；建立一个稳定均匀的温度场，以保证在气流到达工作区时，其平均温度与工作区的温度差不超过允许的温度波动值；气流到达工作区时，其流动速度在0.25m/s左右。±0.2℃及±0.5℃高精度的恒温恒湿室，采用全孔板和局部孔板送风，下部均匀回风，效果较好。
对±0.2℃及±0.5℃高精度的恒温恒湿室，以及同一个空调系统几个房间要求不同的温度，采用恒温恒湿空调机组时。系统设计需在风管末端设微调电加热器，根据房间温度不同要求，分别选用调功器无级控制。
该恒温恒湿实验室经过一年多的实际运行，效果良好，达到了设计要求。
☆张和平，男，1954年5月生，大学，高级工程师，中国制冷学会高级会员，广东省吉荣空调工程有限公司副总工程师。
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