高精度恒温恒湿空调系统节能设计.docx

3高精度恒温恒湿空调系统节能设计王磊张秀平藤琴贾磊戴琳(合肥通用机械研究院)摘 要 介绍恒温恒湿空调系统的特点 ,结合工程实例 ,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 ,实现温度偏差控制在 0 . 2 以内 ,相对湿度控制在 10 %以内的目标 ,具有一定的应用价值 。关键词 恒温恒湿 ;空调 ;高精度 ;节能 ;洁净度Energy2saving design of constant temperature &humiditya ir2condit ion ing system with high prec isionWa ng L eiZha ng Xi upi ngTe ng Qi n J ia L eiDai L i n( Hef ei Ge ne ral Machi ne r y Re sea rch In stit ut e)Int ro duce s co n st a nt t e mp erat ure &h umi dit y ai r2co nditio ni ng syst e m . Wit hABSTRACTp ractical e ngi neeri ng e xa mp le s , a nal yze s ai r ha ndli ng sc he me a nd co nt rol st rat e gy , to a2c hieve t e mp erat ure f l uct uatio n wit hi n 0 . 2 a nd relative h umi dit y f l uct uatio n wit hi n1 0 % ,w hic h ha s app licatio n val ue .KEY WO RDSco n st a nt t e mp e rat ure &h umi dit y ; ai r2co nditio ni ng ; hi gh p reci sio n ; e ner gy2savi ng ; clea nli ne ss恒温恒湿空调是一种工艺 性空 调 , 主要 用于将室内的温度 、湿度 、洁净度及气流速度控制在高 精度范围内 ,以满足工业生产 、科学研究等特殊场 合对室内环境的 要求 。随着 社 会经 济的 发 展 , 各行各业科技与生产要求越来越 严格 , 特 别是 要求 保持恒定的室内温度 、湿度才能满足工艺条件 ,因 此高精度恒温恒湿空调的需求量与日剧增 。恒温 恒湿空调广泛应用于对环境有严格控制要求的地方 ,如计量测试实验室 、资料中心 、电力控制中心 、 U PS 室 、档案室 、洁净室 、测试及实验室 、电子元件 生产线等 1 。对于同时控制温度和湿度的空调系统必须具备加热 、加湿 、冷却 、去湿功能和完善的自控系统 。 为保证达到控制精度和区域内 温湿 度均 匀 , 对送 风换气 次 数 及 送 风 温 差 的 要 求 比 普 通 集 中 空 调 高 2 。恒温恒湿系统常常是连续运行 ,能耗居高不下 。如何在实现系 统温 、湿 度高 精度 控 制的 同时 又能实现恒温恒湿空调系统节 能优 化设 计 , 是目前广大工程技术人员需要面对的问题 。1 高精度恒温恒湿系统的设计要求和方案本项目来源于某研究院办公实验大楼的集中 空调设 计 改 造 工 程 。此 办 公 楼 的 实 验 室 用 于 存放 、使用 、测试计 量 用基 准物 件 , 对实 验 室内 温湿 度条件 、出风速度 、温度场均匀性等参数均有高精 度要求 。空调总面积 1 00 0 m2 ,实验室 2 0 间 ,全年 需保持恒温恒湿 。项目要求房间基准温度 2 0 ,根据房间功能 的不同 ,温度波动要求在 0 . 2 2 不等 ; 房间 湿度 :50 % 1 0 % ;房间噪声 : 50 dB ;个别房间风 速有特殊要求 。1 . 1 空气处理方案采用全空气一次回风系统 , 根据地理位置的 不同和控制精度的差异分 3 个区控制 。夏季空气 处理过程见图 1 ,将室内回风 ( N ) 排出部分后与新风 ( W) 混合 ( C) ,通过空气处理机表冷盘管将空气 冷却至露点温度以下 (L ) 降温除湿 ,通过电加热再3 “十一五”国家科技支撑计划课题既有建筑供能系统升级改造关键技术研究( 2006BAJ 03 A06) .收稿日期 :2009205204通信作者 :张秀平 , Email :zxp 8198 si na . co m第 4 期王磊 等 :高精度恒温恒湿空调系统节能设计 81 热和加湿将空气控制到总送风状态点 ( O) ,房间出风末端设置电加热对各个房间送风温度进一步调 节 。冬季空气处理过程见图 2 ,冬季无须供冷 , 将表冷盘管通入采暖热水作为主 加热 使用 , 原 电加热为辅助加热 。室内回风与新风混合后 ( C) ,通过 表冷器热水加热后 ( C 点至 1 点) ,经电加热再热和加湿将空气控制到总送风状态点 ( O) 。水系统采用二次泵系统 , 二 次系 统 采用 定流量系统 ,3 台一次冷冻水泵和 3 台冷却水泵与 3 台 冷机一一对应 ,冷却水泵可变频控制 ,根据冷却水温的变化变流量调节 ,另外与之对应的 3 台冷却塔的台数和风机启停可控 ,达到节能降噪的目的 。 系统中设置了水箱 , 水箱内水温可稳定在设定温度 。当冷源 侧 或末 端发 生突 变 时 , 水箱 提供 的冷源仍相对稳定 , 进而保证房 间末 端 的温 度稳 定 ,同时系统可根据房间的使用 情况 和 天气 情况 等随时调整水箱的设定温度 。风系统分 3 个区集中送风 ,送风温差 2 5 不等 。由于此工 程 的特 殊要 求 , 房间 末 端的 原出 风口不能更改 , 而 且 部分 房间 要 求低 速送 风 。在 设计时 , 针 对 不 同 的 出 风 形 式 和 风 速 要 求 , 利 用CFD 对各类型实验室的速度场 、温度场进行模拟 。 根据模拟结果 , 对系统的送风量 和送 风 温差 进行 适当调整 。2系统的控制基于 DD C 的系统控制逻辑如图 3 所示 ,系统 多级调节 ,每级 独立 控制 , 又 可互 补 , 使 房间 温度 和湿度快速稳定在目标设定值 。1 . 2冷 (热) 源和其他主要设备空调设计冷负荷为 2 70 k W ,冬季热负荷 13 0 k W 。采用多台冷水机组连接开式恒温水箱 ( 以下 简称 : 水 箱 ) , 保 证 负 荷 增 减 的 灵 活 性 和 水 温 的稳定 。表 1冷 (热) 源与其他主要设备图 3 控制流程图系统回风排出部分后与新风混合 , 混合空气 的温 、湿度 由 风 阀 控 制 , 排 风 阀 与 新 风 阀 连 锁 控 制 ,维持系统恒定 的 正压 差 。由 调节 阀 调节 表冷 器的换热量 ,使得表冷器后送风温 、湿度达到目标 值 ,此目标值随混合空气露点温度动态变化 ,合理 调节换热量和分配系统显热和潜热的调节比例 。 送风降温除湿后经过主电加热段和湿膜加湿 段后送出 。总送 风 温 、湿 度 通过 连续 可 调电 加热名称主要规格和参数数量/ 台备注140 kW , 进/ 出 水温 12 / 7 4 k W30 m3 / h1 . 5 k W1 . 11 . 5 k W10 000 30 000m3 / h3 m3螺杆式冷水机组2 用 1 备3冷却水泵冷却塔 冷冻水泵 冷水二次泵2 用 1 备 ,变频2 用 1 备2 用 1 备3 用 1 备3334组合式空气处理机组3水箱1 82 制 冷与空 调第 9 卷和变频加湿水泵精确调节 ,这时总送风温 、湿度波动分别在 0 . 1 和 3 %以内 。 系统送风至各个房间 ,由于各房间远近不一 ,负荷不同 ,需要对末端温度进一步调节 ,连续可调的小型电加热配合高精度灵敏的维萨拉 Q FA 系 列和西门子 H M T 系列温湿度传感器 ,适应了房间负荷的波动 ,精确控制房间温 、湿度 。综上所述 , 精确控制空气处理过程的每一个 环节均是设计高精度恒温恒湿 系统 的关 键 , 其中 最重要 的 是 空 气 处 理 机 表 冷 盘 管 换 热 量 的 稳 定可调 。 工程中一般采取电动二通阀调节进入表冷盘管的水量来达到控制换热量的目的 。由于水量的 变化与换热量的变化不是线性 关系 , 会 引起 送风温湿度波动 , 同时冷水机组的加 卸载 和 启停 有一 定的滞后性 ,也会引起送风参数的波动 。针对这 2 个突出问题 , 设计采用合流三通 阀和 水 箱来 控制 表冷盘管的换热量 。带有半封闭隔腔的水箱起到蓄冷恒温和缓冲 的作用 ,既可以减少冷机的频繁 启停 加 卸载 带来 的能源消耗 , 又可以避免瞬间水 温波 动 带来 的出 风温度波动 。冷冻水系统进入 A H U 冷盘管处采用合流电动三通 , 冷冻水与部分 表冷 器 回水 混合 后进入表冷器 , 根据实际需要的 冷量 不 断调 整进 入表冷器冷冻水和回水的比例 , 在维 持 表冷 器冷水流量不变的情况下 , 通过改变 冷水 温 度改 变表 冷器与混合空气的换热量 , 从而 保证 盘 管换 热量 随温度线性变化 。室外气温足够低就可将室外 空气 作 为一 种冷 源 ,利用温度经济循环控制 ,调节回风阀 、排风阀和新 风阀 ,以保证温度的设定值 。在潜热负荷较大时 ,采用焓值经济循环控制代替 温度 经 济循 环控 制 ,将判断 室 外 气 温 改 为 判 断 焓 值 。在 无 人 工 作 期 间 ,冷却方式采用全新风冷却 。采用动态露点温度控制 , 随室外温度的变化 不断调整表冷器的换热量 ,尽可能降低冷机负荷 , 同时避免不必要的再热与加湿 。冷水系统中还采 用了带有半封闭隔腔的开式水箱减少冷机的频繁启停加卸载带来的能源消耗 , 使 用合 流 三通 阀提 高了供水温度 ,减少不必要的冷却除湿 ,节约了冷 量 。冷却水系统 采 用变 频技 术 , 冷却 塔 风机 可开 停控制 , 有 效 跟 踪 冷 机 出 力 , 降 低 水 泵 和 风 机能耗 。表冷器采用四管制 , 冬季是优先使用接入的 院内采暖热水作为热源 ,节约电加热的能耗 ,热水 管由电动两通阀调节 。4 系统的运行效果调试结束后按照 GB 50 24 3 20 02通风与空 调工程施工质量验收规范中洁净室测试方 法对 上班期间各办公室主要指标进行实际测试 。测试结果完全符合设计要求 , 图 5 给出了条件最苛刻 的 2 # 房间温度实际测试数据曲线 。图 4 合流三通阀示意图图 5 2 # 房间温度测试数据曲线图 (要求 0 . 2 )3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 风 , 减少 冷 机 负 荷 。如 果从测试数据表和趋势曲线得出 , 2 # 房间温度精确平稳 ,房间各测试点温度控制在 18 . 8 20 . 1之间 ,优于设计要求 。5结束语系统通过多级温湿度调节和高精度自控系统 的使用 ,实现了房间温湿度的快速稳定精确调节 。在项目的设计和调试及使用中综合利用多种 节能策略与技术 ,降低了系统运行能耗 。(下转第 86 页) 86 制 冷与空 调第 9 卷侧出口温度下降至 15 . 2 , 而且基本稳定 , 最大达到 15 . 9 ; 而废水侧出口温度整个变化过程相 对平稳 ,最大温度为 1 7 . 6 ,可见换热效果较好 。观察图 8 ,1 7 :0 0 之前 ,实际换热量并不大 ,最大达到 18 0 k W ,1 7 : 0 0 之后 ,实际换热量有所增加 ,最 大达到 2 41 k W ;(即 M1 = 1 , M1 = 0 . 6 和 1 7 : 00 前 M1 = 0 . 6 ,1 7 : 0 0后 M1 = 1 ) 的实际换热量 。可以明显看出 ,第 1 种( M1 = 1) 和第 3 种 ( 17 : 00 前 M1 = 0 . 6 , 17 : 00 后M1 = 1 ) 方案实际换热量几乎没有差别 ; 而第 2 种( M1 = 0 . 6) 方案在 17 : 00 以后换热量与其他 2 种 方案相 比 , 存 在 明 显 差 异 , 实 际 最 大 换 热 量 为22 5 k W 。上述结果证明了采用第 3 种调节策略的正确 性 。这样可以在冷水侧布置 2 台并联水泵 ,单台水 泵流量为 2 2 . 5 t / h ,对水泵的启动控制采用第 3 种策略 。4 结论高校公共浴室废水排放量较大 , 而且时间集 中 、温度较高 ,废热回收利用潜力较大 。由于洗浴人数波动 , 废水排放量的动态特征 明显 ,经济有效地提高换热回收 效果 是 值得 研究 的问题 。笔者建立了对废水余热间接回收换热过程的数学模型 ,并进行了动态模拟 ,结合实测废水排放 量的变化过程 进 行应 用分 析 。通 过 分析