暖通空调的恒温恒湿设计

张亮

【摘 要】空调性能的重要评判标准之一是恒温恒湿，而恒温恒湿的节能系统是当前暖通空调研究领域的重点之一。恒温恒湿空调主要用于控制室内温度、湿度在一定范围内。随着生产技术的不断发展，恒温恒湿空调的作用也越来越大。本文就暖通空调的恒温恒湿设计进行探讨，介绍恒温恒湿空调系统的特点，分析高精度恒温恒湿空调系统的空气处理方案与控制方案。

【关键词】暖通空调；恒温恒湿；节能

0 前言

恒温恒湿空调是一种工艺性空调，在工业领域有着广泛应用，主要功能是将室内的温、湿度控制在一定精度范围内，以满足工业、科研等特殊场合的要求。随着社会经济的不断发展，科技、生产也要求越来越严格，特别是要求保持恒定的室内温、湿度，所以整个社会对高精度的恒温恒湿空调的需求越来越大。

恒温恒湿空调系统的设计，需考虑室内热、湿负荷和室外气温条件的变化，系统怎样控制才能实现全年节能。为了达到这个目的，需要依靠自动控制系统来实现。空调自控系统是建立在制冷暖通原理与自动控制理论相结合的基础上的，实现空调自动控制的前提条件是要遵循制冷暖通原理。

但空调机组往往连续运行，能耗高。对于许多恒温恒湿场合来说， 恒温恒湿机组是高耗能部分。能源形势日益严峻，恒温恒湿空调系统如何减少能源消耗，是暖通工程技术人员必须面对的难题。

1 现有恒温恒湿试验室设计方法及分析

1.1 恒温恒湿空调系统的基本构成

恒温恒湿空调系统主要由三大部件组成：加热器、加湿器和表冷器。加热器通常是电加热器，主要作用是对冷空气的预热以及再热。加湿器通常是电极式加湿器，主要用于对空气作加湿处理。表冷器主要作用是对空气进行降温除湿。

1.2 目前常见的恒温恒湿空调系统的设计方法

恒温恒湿空调有风冷和水冷两种，配备了多级电加热器和电极加湿罐和微电脑控制器。在冷却除湿工作条件，蒸发器盘管使空气温度低于露点温度达到除湿目的，通过加热器的再加热来控制室温。该类机组由于冷量输出调节仅2-3档，机组出口空气的露点不稳定，对室内湿度的控制能力较低，一般用于室内相对湿度控制精度在5%，是目前最常用的定型产品。选择空调冷冻水箱作为冷却介质，配有过滤器、表冷或喷淋、加热、加湿等功能段。在冷却除湿工况条件下， 由室内相对湿度信号控制送风的露点温度，通过室内干球温度信号控制加热器的再热量，保持室内温度和湿度，相对湿度可达2%的精度。但这种系统必须另配单独的冷、热源设备和自动控制系统，硬件投资大。

1.3 造成能耗损失的原因分析

常规的空气的温度和湿度通常设计为抵消冷热过程的存在。以某柜式空调机组为例，简要介绍了机房空调系统中潜在的能量损失。原则上分析，控制属于固定露点温度控制。一般经过处理后的空气露点温度总必然会落在区间（6.7℃≤Tdp≤12.8℃）。此类型的恒温恒湿机组通常应用于室温精度±1℃、相对湿度40-60%的场合。但即使采用计算机提高控制精度，有一点不会改变：露点温度控制机理和需要再热问题仍然存在。这是因为在投入冷量对空气冷却除湿的同时启用了加热器对空气进行再热，这势必造成冷热量的相互抵消。也就是恒温恒湿空调能耗大的主因。

2 系统的节能运行策略与优化设计

在保证控制精度的同时，在设计调试中综合使用了多种节能技术。根据季节的不同和室外温湿度、焓值的变化，设置夏季、冬季、春秋季、过渡季4种运行模式，合理分配冷机、锅炉热水、新风、加湿器、电加热等冷（热）源的供给量，在控制温、湿度的同时，尽量减少不必要的负荷浪费，达到节能效果。最大限度地利用新鲜空气，来降低负载凉爽。如果室外温度足够低的室外空气可以用作冷源，使用经济循环的温度控制，调节止回阀，排气阀和新阀门，以确保温度设定值。在较大的潜热负荷，用焓代替经济循环经济周期控制的温度控制下，判定以确定室外空气温度的焓。在无人工作期间，冷却方式采用全新风冷却。露点温度的动态控制，冷却器的热传递的连续调整室外温度的变化，最小化冷负荷，同时避免不必要的再加热和加湿。冷却水系统还采用一种开放水箱具有半封闭隔室以减少频繁起停装卸冷却器带来的能耗，增加使用三通阀供给的水的温度的合流，减少了不必要的冷却和除湿，节约冷却能力。冷却水系统采用变频技术，冷却塔风机可以启动和停止控制，有效地促进跟踪冷却器，泵和风机降低能源消耗。散热器采用四管制，冬季供暖和热水优先获得医院作为热源，节能电加热，热水管由电动两通阀调节。

3 改造方案及调试

3.1 空气处理方案

空调系统的空气处理过程，按季节可分为夏季模式、冬季模式、过渡模式。

夏季模式：室内回风与新风混合，然后经过表冷盘管冷却至露点温度以下进行降温除湿，然后经过电加热再热和加湿，将空气调节至送风状态。

冬季模式：冬天不需要制冷，直接在表冷盘管中送入供暖热水作为主加热，而电加热则作为辅助加热装置，室内回风与新风混合后，通过表冷器热水加热后，经过电加热再热和加湿，将空气调节至送风状态。

过渡模式：当工况为夏季工况时，按夏季模式运行，当工况为冬季工况时，按冬季模式运行。中间自动控制切换。

3.2 系统的控制

多级调节控制，每级既可以单独控制，又可以互相补充，使房间温、湿度快速稳定在目标值。室内回风与新风混合，混合空气的温、湿度由风阀进行控制。排风阀与新风阀连锁控制，使系统维持一个较恒定的正压差。由调节阀调节表冷器的换热量，使表冷器出来的空气温、湿度达到目标值。关键在于此目标值会随着混合空气的露点温度变化而改变，进而合理的调节换热量，合理的分配显热、潜热比。送风温、湿度经过多级可调电加热和变频加湿水泵实现精确控制，送风温、湿度控制精度分别在0.1℃和3%以内。

4 变冷媒流量空调技术在恒温恒湿空调系统中的应用

变冷媒流量空调（比如数码涡旋中央空调）具备节省空间、高效节能的优点，但应用于恒温恒湿领域则需解决控温精度的问题。一是，这些技术都是直接输送冷媒到室内，室内冷媒温度与设计温度温差大，会导致室温波动大；二是，这种空调的制冷能力不强，不适合大匹数的需求。所以此类空调在恒温恒湿空调领域没有得到广泛应用。系统分区是节能优化的关键技术，好的分区，既利于节能，又利于控制。将恒温恒湿和变制冷剂流量空调系统相组合，从空调分区方面进行优化设计。将建筑物分为内区、外区，内区采用全空气系统，外区采用变制冷剂流量与空气系统相结合。这样，既能取得稳定的室内温、湿度，又能降低冷、热源成本。

5 结语

恒温恒湿空调系统的节能，首先要采用合理的空气处理方式，减少冷热抵消可实现节能效果。同时，为了降低冷源成本，可以考虑结合采用变制冷剂流量空调技术，从广义上将建筑物分为内、外两个区，内区采用全空气系统，外区采用空气系统和变冷媒流量技术相结合。

采用多级温湿度调节和高精度自控系统，实现了室内温、湿度的稳定精确控制，降低了系统运行能耗。

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