某汽车排放实验室空调温湿度偏差与不稳定原因分析及改造

陈新兴

（厦门正亚工程设备安装有限公司， 福建 厦门 361000）

1 工程概况

本工程为厦门市某一机动车污染控制中心工程，暖通空调设计由德国一家专业汽车检测实验设备供应商设计，空调设计采用欧洲标准。施工完成后测试调整，空调温、湿度无法达到设计要求，多次联系境外设计公司未能圆满答复，应建设单位要求对本空调系统进行技术分析与改造。

2 实验室原空调系统介绍

1）原实验室空调系统见下页图1 改造后的空调系统示意图（除新风机组外）。

2）实验室环境设计要求：温度25℃±2℃、相对湿度45%±10%、温度在20～30℃内可调。

3）实验室概况与原用于该空调系统的组合式空调机组参数。

实验室面积163 m2，吊顶高度3.5 m，高温排气风量3 000 m3/h，维持实验室压差风量2 000 m3/h。

组合式空调机组参数：制冷量500 kW，电加热55 kW，加湿量30 kg/h，系统总风量为65 000 m3/h，新风量为5 000 m3/h，室内总散热量为196.4 kW。系统采用PLC 露点温度（12.3 ℃）控制。

4）经现场实测的散热量与原设计的散热量相差较大，即使在空调机组电加热满负荷运行的情况下，实验室温度仅达到20.3 ℃。

从原设计参数来看，即便是温度能达到要求也是极其耗能，这点可从组合式空调机组采用先除湿到露点温度后再电加热的空气处理方式焓湿图上看出[1-2]。

3 空调温、湿度偏差与不稳定原因分析及改造方案

1）原设计方案室内的温、湿度偏差与不稳定原因是一台组合式空调机组表冷单元要承担两个功能即降温与除湿（除湿优先）。具体地说，为了保证室内露点温度，组合式空调机组先要将65 000 m3/h的系统循环、混合风量处理到露点温度（送风温度为12.3℃、湿度为95%）的状态，再通过电加热及室内的热负荷将室内温度升到设计温度25℃±2℃范围内。根据露点送风的原理，此时的室内相对湿度必在45%±10%范围内。但原设计估算的室内热负荷估算（196.4 kW）大大超过了实际热负荷（50 kW 不到），即使电加热全负荷启动，室内温度无法达到25℃±2℃，相对湿度也相应无法达到45%±10%。而且这种空气处理方式既不节能也不经济。

2）针对上述分析原因，拟增设一台新风机组，根据新风量选取原则选取该新风机风量为5 000 m3/h。新风机入口参数：干球温度33.4 ℃，湿球温度27.6℃。新风机出口参数：干球温度12.3℃，相对湿度95%（即露点工况出风）。制冷量105 kW，选型计算见新风机组制冷量计算。这样保证了新风机出口的露点温度达到设计露点，符合露点控制的原理。新风机组风量可以保证室内外正压要求，同时也达到设计对温、湿度要求。

3）改造后的系统说明：通过新风机组将室外空气直接降温除湿到露点温度后送入组合式空调机组回风管中，原有的组合式空调机组表冷段仅承担实验室内空调热负荷，其内部的辅助电加热器协助调整送风温度以控制温度精度，电加湿器负责夏季湿度微调及冬季空气加湿；控制系统采用PLC，露点传感器对室内露点进行检测并控制新风机冷冻水比例式积分阀的开度，直到达到设计露点温度；冬季亦采用室内空气露点控制原组合式空调机组电加湿器启闭；室内热负荷仍由原组合式空调机组承担。

4）改造后的空调系统示意图详见图1。

图1 改造后的空调系统示意图

4 新风机组制冷量计算及组合式空调机组各功能段能力校核

4.1 新风机组制冷量Qt 计算（以夏季计算）

式中：Qt为新风机组制冷量，kcal/h；Cp为空气比热0.24 kcal/（kg·℃）；γ 为空气密度1.25 kg/m3；L 为新风量，m3/h；H1、H2分别为新风机组进、出风式况下的焓值kJ/kg。代入数字计算得Qt=94.8 kW。

制冷富裕系统取1.1，则新风机组的制冷量为84.8×1.1=105 kW。

4.2 组合式空调机组各功能段能力校核计算

4.2.1 室内电加热能力校核（以冬季最大值计算）

式中：Qs为电加热热量，kcal/h；T1、T2分别为室内、外空气干球温度，℃；其余字母含义同上。代入数字计算得Qs=33.2 kW＜55 kW。原有电加热可满足要求。

4.2.2 电加湿能力校核

冬季新风绝对含湿量为4.265 g/kg，室内设计工况下的绝对含湿量为8.981 8 g/kg。

因此加湿量=1.25×5000×（8.9818-4.265）=29480 g/h＜30kg/h，可见原有的电加湿量可满足要求。

4.2.3 实验室实际总热负荷

实验室实际总热负荷为55 kW＜500 kW，可见原组合式空调机组制冷量可以满足要求。

5 改造后空调系统测试结果

用四个毛发温度计对实验室四个标志点的温湿度进行空、静态下的调试，从打印出来的温湿度图线上看，温湿度偏差均在空调温湿度的控制精度范围内。该测试的偏差值与实验设备自带的温湿度仪器测试一致，符合实验设备对环境的要求。动态下测试，调整PLC 程序的各参数的PID 值，温、湿度控制随实验过程中负荷变化，灵活快捷响应，均有效控制在所需的空调精度范围内[3-4]。

6 结语

本案例是空气调节中温湿度露点控制的基础理论用于实际工程的实例。后经了解本工程实验室测试设备采购时，实验室设备供应商提供境外设计公司施工图纸，该图纸套用了其他实验室设计，而末对有关参数进行计算复核修正。建设单位考虑到节约成本, 国内设计单位对汽车尾气排放实验室设计参数等无明确规定, 对实验设备不了解等情况直接采用境外图纸施工，调试结果无法满足实验室的环境要求。改造后，本工程达到了实验环境要求，同时也节能，经过一年多的不间断运行,系统稳定，效果良好。