温湿度高精度控制的洁净空调方式研究

李振洪

广州澳企实验室技术股份有限公司 广东 广州 510000

现阶段，医疗行业、医药行业以及食品行业的生产环境都离不开对温度和湿度的控制，在洁净空调方面需求日益增多。传统洁净空调由于能耗高、操作复杂等不足日益明显。现阶段，温度控制模型存在一定滞后性问题，控制系统借助对控制系统中电加热电阻或是蒸汽调节阀实现加热控制，特别在实践方面，一个项目中的系统较多，无法针对所有系统进行单独建模，需要调整洁净空调的温湿度空调控制方法[1]。

1 理论指导

1.1 新风深度除湿技术

该技术主要是将低温冷源设置到新风机组中，一般选择直接蒸发方法达到深度除湿冷却目的，即对新风机组进行双冷源设置，可以进行两级冷却处理。第一级冷源是机组自带冷源，即冷却水盘。第二级冷源是机组中新增变频室外机与蒸发器。在机组内部安装蒸发器，处于冷水盘管道下风侧部位。

在洁净空调设计中，可以选择双冷源机组，主要优点就是，在高湿时段中，新风机组可以充分开展室内湿负荷以及一些冷负荷处理工作，确保循环机组始终保持在干工况情况下工作，防止冷凝水造成细菌滋生现象。另外，双冷源冷却能够分别借助变频室外机与电动调节阀展开调节，充分提升机组冷却除湿范围与能力，保证室内温度与湿度处于设计要求范围内[2]。

1.2 冷凝再热技术

该技术主要指借助空调冷源进行冷凝热，对现有电加热方式进行优化或是取代，能够充分实现节能目标，还可以促进洁净空调能效。

（1）基于双冷源的冷凝再热技术。若是选择双冷源机组，冷凝再热主要指基于原有冷源进行冷凝器设置，同时在机组内部进行安装，位于电加热上风侧部位，同时借助外机和制冷剂管道实现连接。

（2）基于直接蒸发方法的冷凝再热技术。对于选择直接蒸发方法的机组，冷凝再热技术主要指将冷凝器设置到风冷机组中，同时在机组内部进行安装，安装部位选择电加热上风侧位置，同时借助风冷机组外机和制冷剂管道进行连接。对于南方地区，若是选择基于直接蒸发方法的机组，应该在设计配置过程中，对雨季、“回南天”以及其他高湿时段在新风除湿方面要求加以考虑，以保证此类时段除湿要求得到充分满足[3]。

1.3 温湿度独立控制技术

该技术主要是，通过新风机组完成所有湿负荷控制工作，借助新风机组绝对控制湿度，循环机组主要负责部分冷负荷，进而有效控制送风温度。

控制系统的控制效果有效性、准确性以及及时性，不仅受到控制逻辑影响，同样受到调节阀、传感器的精度与安装部位影响。在新风机组中，应该设置湿度传感器与温度传感器，以对送风温度湿度以及机器露点的温度进行控制，同时设置调节阀，按照监测结果对机组再热量、冷却除湿量进行合理调整。设置调节阀，按照监测数据对循环机组制冷量进行实时调节。

2 方案简介

某高精度试验项目，建筑面积为150㎡，实验核心区为54㎡。核心区要求湿度保持在45%—65%范围内，要求温度保持在19.9℃—20.1℃范围内，洁净级别采用FS-209EM5.5标准，核心区的热源功率均值是3kW，热源瞬间的峰值功率是5kW。

按照工艺技术要求，设计精度温湿度高精度控制的洁净空调，热（冷）源选择风冷热冷水机组，对于空调末端选择组合式空气机组，夏季送冷风、冬季送热风，保证核心区域湿度要求与温度要求得到有效控制

3 方案设计

3.1 送风量设计

对于核心区域送风量，主要按照室内温度精度、热湿负荷与洁净度等级进行确定。

首先，基于空气洁净度要求进行送风量设计，根据FS-209EM5.5标准要求，室内换气频率需要保持在15—25次/h左右。核心区高度是4m，是54㎡，按照25次/h的频率，则送风量确定为5400㎡/h。

其次，基于温度精度与热湿负荷设计送风量。按照GB50736-2012等规范标准，在温度变化处于±0.1℃—±0.2℃范围时，送风温差需要保持在2℃—3℃范围内，对于±0.1℃，应该取1℃。核心区室内的总冷负荷是3270W，进行计算最终将送风量确定为9800m3/h。见下式：L=Qs/（0.28C△t）。

其中，△t代表送风温差，单位为℃。C代表空气容重，取值1.2kg/m3。Qs代表总冷负荷，单位为W。L代表送风量，单位为m3/h。

对于核心区域的送风量，采用两种计算结果最大值，即9800m3/h。

3.2 确定气流的组织形式

空调房间气流组织一般采用条缝形式、喷口形式、散流器形式、孔板形式、侧送形式等。其中孔板形式的射流混合、扩散效果较为突出，射流可以快速混合，风速与温差快速衰减，所以工作区域湿度、温度等因素可以均匀分布。所以，若是空调房间对于室温波动范围要求严格、单位面积内的风量大以及风速要求高，可以选择孔板方式。需要采用上送下回方式进行气流组织，风流需要通过高效过滤器，之后向吊顶上部静压箱传送，经过孔板向室内进行输送，下部选择地板格栅进行灰缝处理。进行计算发现，孔板孔径是5mm，开孔面积达到1.39㎡。为了保证气流入口位置能够有效扩散，需要将稳压层高度设计在0.2m以上。

开展设计工作时还需要注意，在送热风与冷风过程中，应该在稳压层顶部与侧面设置相应保温措施。同时，保证稳压层气密性良好，要想保证气流组织充分满足实验室要求，孔板模式回风口应该在房间下部进行设置[4]。

3.3 基准间的湿度与温度干扰因素管控措施设计

（1）维护结构优化设计。因为核心区域的基准间在精度与湿度等方面具有较高要求，所以需要高精度控制该区域附近的湿度与温度。针对基准间，在其附近设计温度调控区（15℃—25℃），因为该区域地面采用架空地板，所以不会产生干扰，另外在吊顶部位进行送回风系统设计，可以有效控制该部位温度，始终低于25℃，充分保证附近环境因素不会干扰核心区域温度。

（2）照明、设备与人员进出影响。上述因素会在一定程度上影响室内湿度与温度，针对甲方的运行管理制定一些要求。因为核心区中的设备仪器热源的瞬间峰值功率可以达到5kW，所以进行精密配件加工制造前，应该将空调设备启动，在设备达到稳定状态之后，即热源功率保持在3kW之后进行生产任务，开展试验活动前，工作人员需要进入试验区域，禁止试验过程中现场人员随意进出。开展试验活动前，应该让照明设备保持稳定状态，在照明设备可以保持稳定之后，才允许进行实验活动。

（3）新风影响。按照房间新风量、人员、正压度等方面要求，该房间核心区域的新风量控制380m3/h左右，虽然新风量较小，然而对于室内的干扰却较为严重。对于本项目，要求工作人员预处理新风，即独立设计新风组，提供给调控区、核心区空调机组，将新风中多余湿量全部去除，进而对湿度进行高精度控制。

因为新风机组运行以及正常输入新风量过程中，可以有效建立室内正压度，充分控制室内湿度与温度，有效促进室内洁净度水平。

3.4 核心区域的温湿度控制

（1）夏季湿度与温度优化设计。基准间空调选择KJ1-1型号，附近二次调控区选择KJ1-2型号，KJ1-1与KJ1-2系统共用新风机组。在基准间温度增加过程中，将KJ1-1中表冷器ML2（电动两通阀）打开。在温度处于波动状态下，对机组中DRI（电加热器）进行调节，保证温度始终保持20℃左右。在新风的出风温度增加情况下，将机组内ML1（电动两通阀）打开，保证出风口新风和室内保持相同含湿量，出风温度保持在11℃左右。

（2）冬季湿度与温度优化设计。因为核心区域位于建筑中心，同时设备运行过程中散发热量，因此在冬季，调控区、核心区均需要借助制冷对温度进行有效控制。对KJ1-1中表冷器的ML2开度进行调节，保证回风温度保持在20℃左右。对KJ1-1中的MS（加湿两通阀）开度进行调节，进而对回风湿度进行高精度控制。对新风机组中DRI进行调节，保证新风温度处于10℃左右。对调控区中DRI进行微调，对核心区域的DRI进行调节，进而对送风湿度、温度进行高精度控制。

3.5 除湿再热优化设计

对于新风机，可能除湿能力不足，无法满足设计要求，并且基于雨季以及其他特殊条件影响，可以对新风机组进行独立除湿再热优化设计，选择冷凝再热与深度冷却除湿方法，同时与专业设备生产商进行定制。所有新风机组均单独进行除湿再热设计，涵盖辅助部件、冷凝器、蒸发器、外机以及制冷剂管道等构件。冷凝器安装于新风机组的内部，与过滤器风侧部位贴近，对新风展开冷凝再热处理，若是热量不足，则可以通过电加热辅助调整。蒸发器位于机组内部冷水盘管的下风侧部位，可以对新风展开深度除湿处理。外机安装于机组外部周边通风良好部位[5]。

新风机组能够充分承担空调系统所有湿负荷以及一些冷负荷。新风机组把新风除湿冷却至L1点，之后再次加热到L’1点（L’1点数值大于L1点数值），新风经过处理之后相对湿度在75%以内，之后室内回风和新风混合到C点（C点数值大于L’1点数值），在通过机组冷却到O点（O点数值处于L’1点数值与C点数值）之间，最后向室内输送。在室内的热湿负荷与室外温湿度变化过程中，随着空气处理时，如果O点和C点出现重合，那么机组不需要对混合风进行处理，向室内直接输送即可。若是C点比O点低，那么机组对混合风进行加热处理，之后向室内输送。

3.6 冷冻水的出水温度优化设计

为了充分控制组合式空气机组出风温度，还需要对冷水机组实际出水温度进行有效控制，核心区域的室内空气露点温度是11℃，所以需要盘管中氟利昂温度始终保持在4—6℃范围内。所以挑选设备过程中，工作人员可以将出水参数递交到主机厂家手中，保证热水机组实际出水温度保持在11.5℃—5.5℃范围内。要想充分提升出水精度，将常压密闭水箱设置在冷水机组总供水管中，有效提高空调系统烧水容量，进而有效控制出水温度，使其保持稳定状态。

借助上述技术手段，能够对核心区湿度、温度进行高精度控制，有效促进试验活动顺利开展。

4 效果分析

4.1 风量测试

对核心区域新风机组进行3次重复测试，实际风量分别为381m3/h、379m3/h、382m3/h，和设计风量之间偏差分别为0.26%、-0.26%、0.53%。虽然将冷凝器与蒸发器安装到新风机组中，导致新风机组阻力增加，然而借助对新风机组过滤器进行清洗、对风机皮带进行更换，均可以保证新风量满足设计要求。

4.2 空气温度检测

主要测试洁净空调的送风、机器露点与进风三种因素的温度。由于温度传感器布置部位存在差异，所以实际测试结果略有差异，然而基本上可以保持一致。在对进风温度进行测试过程中，发现温度数值呈现出先升后降趋势，可以保持在10℃—12℃范围内。第一次测试，机器露点温度处于11.8℃—13.3℃范围内，送风温度保持在10.6℃—11.8℃范围内。第二次测试结果，机器露点的温度保持在10.5℃—11.3℃范围内，送风温度在10.7℃11.9℃范围内。第三次测试，机器露点的温度处于10.9℃11.7℃范围内，送风温度处于10.4℃—11.3℃范围内。通过对空调机组送风温度与露点温度进行充分测试与对比，能够发现数值处于温度状态，同时符合设计规范标准，进而充分保证机组送风的相对湿度处于75%以内，除湿效果较为突出，可以为机组过滤器提供良好保护，并且可以创造良好干燥运行环境，充分满足洁净度要求[6]。

4.3 室内温湿度检测

在关闭洁净空调时，室温处于19.99℃—20.09℃范围内，基本上满足本项目要求，然而室内相对湿度较高，处于79%—86%范围内，并不符合设计要求。将洁净空调打开后，室内温度处于19.9℃—20.1℃范围内，相对湿度处于55%—60%范围内，均符合标准要求与设计要求。所以，能够表明本文设计可以实现对洁净空调温湿度的高精度控制。

5 结语

综上所述，现阶段在实验室等领域中，对于空气环境具有严格要求，虽然引入洁净空调，然而在具体设计以及运转过程还是存在一定不足，所以，需要采用合理方式对洁净空调进行有效优化，可以充分促进相关领域稳定发展。具体可以通过送风量设计、确定气流的组织形式、基准间的湿度与温度干扰因素管控措施设计、核心区域的温湿度控制、除湿再热优化设计等方式实现湿度与温度高精度控制目标。通过测试发现该方法可以让新风机组实际风量和设计风量之间偏差保持在-0.26%—0.53%范围内，保证送风的相对湿度处于75%以内，保证室内温度处于19.9℃—20.1℃范围内，相对湿度处于55%—60%范围内。