計量院高精密實驗室空調(diào)設(shè)計

邢新剛

（大連冰山空調(diào)設(shè)備有限公司，遼寧大連 116033）

·應(yīng)用技術(shù)·

計量院高精密實驗室空調(diào)設(shè)計

邢新剛

（大連冰山空調(diào)設(shè)備有限公司，遼寧大連 116033）

介紹了某計量院的高精密空調(diào)設(shè)計及自動控制措施。

高精密實驗室；空調(diào)；恒溫恒濕；自動控制

1 工程概況

本工程為沈陽質(zhì)量技術(shù)檢驗檢測基地，建筑面積4043 m2，高度15 m，地上2層，地下1層，本實驗樓主要用于計量院的檢測用實驗室。筆者參與了該項目的空調(diào)方案論證及確定工作，現(xiàn)根據(jù)項目的情況及設(shè)計者的具體設(shè)計思路整理如下。

各實驗室溫濕度要求見表1、表2。由于實驗室的溫度精度要求很高，決定采用把實驗室布置成“回字型”。高精密的實驗室布置在最里面，盡量在不影響工藝流程的情況下按精度高低由內(nèi)向外布置房間，在實驗室外區(qū)用走廊隔開，這里的走廊也起到緩沖間的作用，由于基準(zhǔn)米尺實驗室必須保證米尺的測量長度50 m，所以考慮沿外墻布置。詳見圖1。

2 系統(tǒng)劃分

布局確定后，確定空調(diào)型式。根據(jù)使用方提供的工藝要求，把溫濕度要求相近的實驗室劃分為一個空調(diào)系統(tǒng)，由于園區(qū)內(nèi)有制冷機(jī)房，所以采用集中空調(diào)系統(tǒng)，在實驗室外區(qū)設(shè)空調(diào)機(jī)房，選用冷凍水型空調(diào)機(jī)組，由風(fēng)管送入室內(nèi)。由于量塊和精測實驗室的高精度要求，這三個實驗室采用直接蒸發(fā)式高精密空調(diào)機(jī)組，機(jī)組內(nèi)部設(shè)置除濕用的前表冷器（新風(fēng)）和混合表冷氣器，將空氣處理到一定露點，空氣在經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組處理到更低的露點，經(jīng)過后級表冷調(diào)溫后送到實驗室。同時為滿足試驗人員的舒適性，另設(shè)一臺新風(fēng)機(jī)組，新風(fēng)經(jīng)處理后送入空調(diào)機(jī)組與回風(fēng)混合處理后送入房間。具體的空調(diào)機(jī)組配置見表1、表2。

地下一層高精度房間（20±0.1℃～20±0.5℃）系統(tǒng)配置見表1。3#樓地下一層恒溫恒濕房間（20±1℃～20±2℃）系統(tǒng)配置見表2。

3 氣流組織

恒溫恒濕實驗室空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵是氣流組織，為此在地下一層基準(zhǔn)米尺、量塊1～2、精測1～5、采用頂部孔板送風(fēng)，回風(fēng)通過防靜電架空地板孔板回風(fēng)。為了保證送風(fēng)均勻穩(wěn)定，送風(fēng)管布置在靜壓箱內(nèi)，風(fēng)口由風(fēng)管上部開口送入靜壓箱內(nèi)。對于基準(zhǔn)米尺實驗室比較狹長，溫濕度難于控制，采用了分段送風(fēng)，分段回風(fēng)，同時加大送風(fēng)量，減小送風(fēng)溫差。其它溫度精度±1℃的實驗室采用頂部孔板送風(fēng)，回風(fēng)經(jīng)兩側(cè)的回風(fēng)夾壁（或回風(fēng)管道），下部回風(fēng)。溫度精度±2℃的實驗室采用頂部散流器送風(fēng)下側(cè)回風(fēng)的氣流形式。見圖2。

圖1 高精密實驗室空調(diào)布置圖Fig.1 Air-conditioning layout of high precision laboratory

表1 地下一層高精度房間（20±0.1℃～20±0.5℃）系統(tǒng)配置Table 1 The high precision underground room（20±0.1℃～20±0.5℃）system configuration

表2 3#樓地下一層恒溫恒濕房間（20±1℃～20±2℃）系統(tǒng)配置Table 2 Constant temperature and humidity room（20±1℃～20±2℃）system configuration for B1 of 3#building

圖2 恒溫恒濕實驗室空調(diào)系統(tǒng)氣流組織Fig.2 Air flow organization of air conditioning system of the constant temperature and humidity laboratory

4 空調(diào)自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1 高精度空調(diào)系統(tǒng)溫度精度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

高精度空調(diào)系統(tǒng)最終溫度精度指標(biāo)的實現(xiàn)，主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)、氣流組織、空調(diào)配置和自控系統(tǒng)等幾個方面實現(xiàn)，缺一不可。因此，自控系統(tǒng)的編程調(diào)試及自控器件的校驗需要大量細(xì)致的工作。最終溫度指標(biāo)應(yīng)通過有認(rèn)證資格的第三方檢測單位的現(xiàn)場檢測，并以出具的檢測報告作為評判依據(jù)。根據(jù)國家計量院的一般檢測方法，并參考ISO 139：1973（E）《紡織品的調(diào)濕和試用標(biāo)準(zhǔn)大氣》標(biāo)準(zhǔn)（國內(nèi)目前還沒有對計量實驗室的驗收規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)）。認(rèn)定檢測參數(shù)應(yīng)符合的標(biāo)準(zhǔn)（其中房間測點為5個）見表3。

表3 認(rèn)定檢測參數(shù)應(yīng)符合的標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The criteria should bemeet for recognized detection parameters

目前房間測點的確定采用5點檢測。溫度測量點高度為甲方指定的工作臺面高度或以其高度。所有測點均布置在同一平面。測點的平面布置為：房間平面對角線交點為一點，沿對角線每條延長線各設(shè)一點，每點與交點距離相等。每點與墻面距離不小于1 m?？梢姙榱诉_(dá)到檢測標(biāo)準(zhǔn)，沒有精確可靠的自控系統(tǒng)保證是不行的，為此我們在下面幾點上嚴(yán)格控制：

1.送風(fēng)溫度的調(diào)節(jié)：采用兩級PID調(diào)節(jié)，即送風(fēng)溫度的高精度調(diào)節(jié)和室內(nèi)溫度的高精度調(diào)節(jié)，而送風(fēng)溫度的調(diào)節(jié)是最終結(jié)果實現(xiàn)的基礎(chǔ)。這個溫度精度的實現(xiàn)主要是在恒溫恒濕機(jī)組中實現(xiàn)，通過對制冷調(diào)節(jié)閥和對控制電加熱器的可控硅調(diào)功器的PID控制參數(shù)的調(diào)整適度。

2.房間溫度的調(diào)節(jié)：通過調(diào)整可控硅調(diào)功器控制的房間內(nèi)的微調(diào)電加熱器（設(shè)置在房間的送風(fēng)支管內(nèi)）的控制程序，實現(xiàn)房間溫度的精度要求。主要是反復(fù)調(diào)整DDC中此部分的PID各項系數(shù)的程序改變，經(jīng)過不斷比較，以達(dá)到最穩(wěn)定的溫度精度為準(zhǔn)。

3.室內(nèi)正壓的調(diào)整：為了避免和減少因房間密封及進(jìn)出人員外界空氣對室內(nèi)溫度的擾動，必須保證室內(nèi)保持一定的空氣正壓，以10 Pa為宜。通過采用空氣壓力計的測定，并調(diào)整電動新風(fēng)閥的開度，實現(xiàn)合適的室內(nèi)空氣正壓。

4.2 冷凍水型高精度恒溫恒濕機(jī)組檢測內(nèi)容

在路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，需要在系統(tǒng)中完成注冊階段。首先，路由器將其和傳感器的公鑰(Kr,Ks)和隨機(jī)數(shù)R2發(fā)送給證書中心。然后，證書中心核實2個公鑰的身份信息，如果信息真實可靠，則生成路由器和傳感器間的會話密鑰KKA。最后，使用傳感器公鑰對會話密鑰和路由器公鑰進(jìn)行加密ES，并返回給路由器。

控制內(nèi)容：冷凍水型高精度恒溫恒濕機(jī)組主要位于3#樓地下一層和二層空調(diào)機(jī)房。負(fù)責(zé)地下一層檢測區(qū)域的溫度濕度調(diào)節(jié)。

監(jiān)控點包括：新風(fēng)、回風(fēng)、送風(fēng)溫濕度檢測；過濾網(wǎng)狀態(tài)顯示及報警；熱水流量的調(diào)節(jié)；冷水流量的調(diào)節(jié)；加濕控制；二次再熱連續(xù)調(diào)節(jié)控制；新風(fēng)閥門開關(guān)控制；送風(fēng)機(jī)的啟?？刂?、運行、故障、手自動狀態(tài)以及變頻控制；排風(fēng)機(jī)的啟?？刂?、運行、故障。

各空調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定值由中央站進(jìn)行設(shè)定，現(xiàn)場由現(xiàn)場操作面板自動設(shè)定。

4.3 直接蒸發(fā)式高精度恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組檢測內(nèi)容

控制內(nèi)容：直接蒸發(fā)式高精度恒溫恒濕機(jī)組主要位于3#樓地下一層。負(fù)責(zé)地下一層基準(zhǔn)米尺、量塊室、精測室的溫度濕度調(diào)節(jié)。

監(jiān)控點包括：新風(fēng)、回風(fēng)、送風(fēng)溫度檢測；回風(fēng)濕度檢測；過濾網(wǎng)狀態(tài)顯示及報警；壓縮機(jī)的邏輯啟停、故障及保護(hù)；室外冷凝風(fēng)機(jī)的啟停、調(diào)節(jié)；加濕控制；電加熱連續(xù)調(diào)節(jié)控制；新風(fēng)閥門開關(guān)控制；送風(fēng)機(jī)的啟?？刂?、運行、故障、手自動狀態(tài)。

機(jī)組的內(nèi)部邏輯參數(shù)由現(xiàn)場操作面板自動設(shè)定，溫濕度參數(shù)設(shè)定值可由中央站進(jìn)行設(shè)定。

5 其它補充說明

墻壁及屋頂——為保證實驗室圍護(hù)墻體、頂板的保溫性和密封性，圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用潔凈型50 mm厚聚苯夾芯保溫彩鋼板（企口板），彩鋼板為厚度0.5 mm的噴塑鍍鋅彩鋼板，顏色：乳白色，聚苯板容重為18 kg，安裝后壁板垂直度不超過 ±2～3 mm/m；所有墻角包括陰角、陽角、三維陰角及陽角全部鑲嵌圓弧鋁，圓弧角R≥50，鋁型材厚度不小于0.95 mm，表面氧化處理；夾芯板安裝快捷，保溫性能好，外觀易達(dá)成一致，明亮、美觀。

【】【】房間屋頂潔凈型50 mm厚聚苯夾芯保溫彩鋼板（企口板），彩鋼板下方采用600×600裝配式鋁孔板，構(gòu)成一個大的送風(fēng)靜壓箱，保證實驗室室內(nèi)凈高3.0 m。整體采用環(huán)氧樹脂縫隙密封并做大正壓保壓試驗。

緩沖間——對于高精度要求的實驗室，為了避免人員進(jìn)出對實驗室內(nèi)的環(huán)境造成大的影響，設(shè)置緩沖過渡間，過渡間由實驗室余壓閥泄漏風(fēng)來滿足其溫濕度及對實驗室溫濕度的保護(hù)。本工程共設(shè)置了三個緩沖過渡間。

地面處理——地下一層土建部分采用防潮處理（由土建工程完成）。溫度要求在0.5℃以內(nèi)及風(fēng)流速盡量小的房間地板采用600×600防靜電架空地板（配相應(yīng)孔板地板用作回風(fēng)口），架空地板離地面900 mm，構(gòu)成一個回風(fēng)靜壓箱，用作回風(fēng)通道，并根據(jù)溫濕度要求做相應(yīng)的地面保溫處理；并做網(wǎng)狀接地處理，以達(dá)到防靜電的效果。其余房間地面采用2 mm防靜電pvc地板。

［1］陸耀慶.使用供熱空調(diào)設(shè)計手冊［G］.北京：中國建筑出版社，2008.

Air Conditioning Design For High Precision Laboratory In M etrology Institute

XING Xingang
（Dalian Bingshan Air Conditioning Equipment Co.，Ltd.，Dalian 116033，China）

Describes the high precision air conditioning system design of ameasurement and controlmeasures.

automatic control；high precision lab；constant temperature and humidity；air conditioning

TU831.8

A

1007-7804（2014）03-0044-05

10.3969/j.issn.1007-7804.2014.03.013

邢新剛（1970），男，1994年畢業(yè)于中國紡織大學(xué)（現(xiàn)東華大學(xué)）供熱通風(fēng)與空調(diào)專業(yè)，其后一直在大連冷凍機(jī)股份有限公司和大連冰山空調(diào)設(shè)備有限公司從事相關(guān)暖通空調(diào)專業(yè)的工作。

2014-04-30