某汽車排放實(shí)驗(yàn)室空調(diào)溫濕度偏差與不穩(wěn)定原因分析及改造

陳新興

（廈門正亞工程設(shè)備安裝有限公司， 福建 廈門 361000）

1 工程概況

本工程為廈門市某一機(jī)動(dòng)車污染控制中心工程，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)由德國一家專業(yè)汽車檢測實(shí)驗(yàn)設(shè)備供應(yīng)商設(shè)計(jì)，空調(diào)設(shè)計(jì)采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)。施工完成后測試調(diào)整，空調(diào)溫、濕度無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，多次聯(lián)系境外設(shè)計(jì)公司未能圓滿答復(fù)，應(yīng)建設(shè)單位要求對(duì)本空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)分析與改造。

2 實(shí)驗(yàn)室原空調(diào)系統(tǒng)介紹

1）原實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)見下頁圖1 改造后的空調(diào)系統(tǒng)示意圖（除新風(fēng)機(jī)組外）。

2）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境設(shè)計(jì)要求：溫度25℃±2℃、相對(duì)濕度45%±10%、溫度在20～30℃內(nèi)可調(diào)。

3）實(shí)驗(yàn)室概況與原用于該空調(diào)系統(tǒng)的組合式空調(diào)機(jī)組參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)室面積163 m2，吊頂高度3.5 m，高溫排氣風(fēng)量3 000 m3/h，維持實(shí)驗(yàn)室壓差風(fēng)量2 000 m3/h。

組合式空調(diào)機(jī)組參數(shù)：制冷量500 kW，電加熱55 kW，加濕量30 kg/h，系統(tǒng)總風(fēng)量為65 000 m3/h，新風(fēng)量為5 000 m3/h，室內(nèi)總散熱量為196.4 kW。系統(tǒng)采用PLC 露點(diǎn)溫度（12.3 ℃）控制。

4）經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測的散熱量與原設(shè)計(jì)的散熱量相差較大，即使在空調(diào)機(jī)組電加熱滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，實(shí)驗(yàn)室溫度僅達(dá)到20.3 ℃。

從原設(shè)計(jì)參數(shù)來看，即便是溫度能達(dá)到要求也是極其耗能，這點(diǎn)可從組合式空調(diào)機(jī)組采用先除濕到露點(diǎn)溫度后再電加熱的空氣處理方式焓濕圖上看出[1-2]。

3 空調(diào)溫、濕度偏差與不穩(wěn)定原因分析及改造方案

1）原設(shè)計(jì)方案室內(nèi)的溫、濕度偏差與不穩(wěn)定原因是一臺(tái)組合式空調(diào)機(jī)組表冷單元要承擔(dān)兩個(gè)功能即降溫與除濕（除濕優(yōu)先）。具體地說，為了保證室內(nèi)露點(diǎn)溫度，組合式空調(diào)機(jī)組先要將65 000 m3/h的系統(tǒng)循環(huán)、混合風(fēng)量處理到露點(diǎn)溫度（送風(fēng)溫度為12.3℃、濕度為95%）的狀態(tài)，再通過電加熱及室內(nèi)的熱負(fù)荷將室內(nèi)溫度升到設(shè)計(jì)溫度25℃±2℃范圍內(nèi)。根據(jù)露點(diǎn)送風(fēng)的原理，此時(shí)的室內(nèi)相對(duì)濕度必在45%±10%范圍內(nèi)。但原設(shè)計(jì)估算的室內(nèi)熱負(fù)荷估算（196.4 kW）大大超過了實(shí)際熱負(fù)荷（50 kW 不到），即使電加熱全負(fù)荷啟動(dòng)，室內(nèi)溫度無法達(dá)到25℃±2℃，相對(duì)濕度也相應(yīng)無法達(dá)到45%±10%。而且這種空氣處理方式既不節(jié)能也不經(jīng)濟(jì)。

2）針對(duì)上述分析原因，擬增設(shè)一臺(tái)新風(fēng)機(jī)組，根據(jù)新風(fēng)量選取原則選取該新風(fēng)機(jī)風(fēng)量為5 000 m3/h。新風(fēng)機(jī)入口參數(shù)：干球溫度33.4 ℃，濕球溫度27.6℃。新風(fēng)機(jī)出口參數(shù)：干球溫度12.3℃，相對(duì)濕度95%（即露點(diǎn)工況出風(fēng)）。制冷量105 kW，選型計(jì)算見新風(fēng)機(jī)組制冷量計(jì)算。這樣保證了新風(fēng)機(jī)出口的露點(diǎn)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)露點(diǎn)，符合露點(diǎn)控制的原理。新風(fēng)機(jī)組風(fēng)量可以保證室內(nèi)外正壓要求，同時(shí)也達(dá)到設(shè)計(jì)對(duì)溫、濕度要求。

3）改造后的系統(tǒng)說明：通過新風(fēng)機(jī)組將室外空氣直接降溫除濕到露點(diǎn)溫度后送入組合式空調(diào)機(jī)組回風(fēng)管中，原有的組合式空調(diào)機(jī)組表冷段僅承擔(dān)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空調(diào)熱負(fù)荷，其內(nèi)部的輔助電加熱器協(xié)助調(diào)整送風(fēng)溫度以控制溫度精度，電加濕器負(fù)責(zé)夏季濕度微調(diào)及冬季空氣加濕；控制系統(tǒng)采用PLC，露點(diǎn)傳感器對(duì)室內(nèi)露點(diǎn)進(jìn)行檢測并控制新風(fēng)機(jī)冷凍水比例式積分閥的開度，直到達(dá)到設(shè)計(jì)露點(diǎn)溫度；冬季亦采用室內(nèi)空氣露點(diǎn)控制原組合式空調(diào)機(jī)組電加濕器啟閉；室內(nèi)熱負(fù)荷仍由原組合式空調(diào)機(jī)組承擔(dān)。

4）改造后的空調(diào)系統(tǒng)示意圖詳見圖1。

圖1 改造后的空調(diào)系統(tǒng)示意圖

4 新風(fēng)機(jī)組制冷量計(jì)算及組合式空調(diào)機(jī)組各功能段能力校核

4.1 新風(fēng)機(jī)組制冷量Qt 計(jì)算（以夏季計(jì)算）

式中：Qt為新風(fēng)機(jī)組制冷量，kcal/h；Cp為空氣比熱0.24 kcal/（kg·℃）；γ 為空氣密度1.25 kg/m3；L 為新風(fēng)量，m3/h；H1、H2分別為新風(fēng)機(jī)組進(jìn)、出風(fēng)式?jīng)r下的焓值kJ/kg。代入數(shù)字計(jì)算得Qt=94.8 kW。

制冷富裕系統(tǒng)取1.1，則新風(fēng)機(jī)組的制冷量為84.8×1.1=105 kW。

4.2 組合式空調(diào)機(jī)組各功能段能力校核計(jì)算

4.2.1 室內(nèi)電加熱能力校核（以冬季最大值計(jì)算）

式中：Qs為電加熱熱量，kcal/h；T1、T2分別為室內(nèi)、外空氣干球溫度，℃；其余字母含義同上。代入數(shù)字計(jì)算得Qs=33.2 kW＜55 kW。原有電加熱可滿足要求。

4.2.2 電加濕能力校核

冬季新風(fēng)絕對(duì)含濕量為4.265 g/kg，室內(nèi)設(shè)計(jì)工況下的絕對(duì)含濕量為8.981 8 g/kg。

因此加濕量=1.25×5000×（8.9818-4.265）=29480 g/h＜30kg/h，可見原有的電加濕量可滿足要求。

4.2.3 實(shí)驗(yàn)室實(shí)際總熱負(fù)荷

實(shí)驗(yàn)室實(shí)際總熱負(fù)荷為55 kW＜500 kW，可見原組合式空調(diào)機(jī)組制冷量可以滿足要求。

5 改造后空調(diào)系統(tǒng)測試結(jié)果

用四個(gè)毛發(fā)溫度計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)室四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的溫濕度進(jìn)行空、靜態(tài)下的調(diào)試，從打印出來的溫濕度圖線上看，溫濕度偏差均在空調(diào)溫濕度的控制精度范圍內(nèi)。該測試的偏差值與實(shí)驗(yàn)設(shè)備自帶的溫濕度儀器測試一致，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)環(huán)境的要求。動(dòng)態(tài)下測試，調(diào)整PLC 程序的各參數(shù)的PID 值，溫、濕度控制隨實(shí)驗(yàn)過程中負(fù)荷變化，靈活快捷響應(yīng)，均有效控制在所需的空調(diào)精度范圍內(nèi)[3-4]。

6 結(jié)語

本案例是空氣調(diào)節(jié)中溫濕度露點(diǎn)控制的基礎(chǔ)理論用于實(shí)際工程的實(shí)例。后經(jīng)了解本工程實(shí)驗(yàn)室測試設(shè)備采購時(shí)，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備供應(yīng)商提供境外設(shè)計(jì)公司施工圖紙，該圖紙?zhí)子昧似渌麑?shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，而末對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算復(fù)核修正。建設(shè)單位考慮到節(jié)約成本, 國內(nèi)設(shè)計(jì)單位對(duì)汽車尾氣排放實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)參數(shù)等無明確規(guī)定, 對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不了解等情況直接采用境外圖紙施工，調(diào)試結(jié)果無法滿足實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境要求。改造后，本工程達(dá)到了實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求，同時(shí)也節(jié)能，經(jīng)過一年多的不間斷運(yùn)行,系統(tǒng)穩(wěn)定，效果良好。