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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