恒溫恒濕空調(diào)的原理及應(yīng)用
陌肖 2024-02-19 00:00 來源： 瀏覽量：12185
隨著建筑功能性的增多,，越來越多的項(xiàng)目需要維持室內(nèi)環(huán)境的溫濕度恒定,。1.恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)原理：下圖是恒溫恒濕機(jī)組兩種典型的焓濕圖過程分析：N-O為表冷器的工作過程,，這是個(gè)降溫除濕的過程；O’-S為加濕器的工作過程，等溫加濕（電極加濕,，干蒸汽加濕）,；其過程基本與全回風(fēng)工況一樣,，只是多了一個(gè)新回風(fēng)的混合,。從焓濕圖上來分析：當(dāng)室內(nèi)溫濕度設(shè)定為23℃/50%和18℃/68%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度為12℃（滿足＞11.8℃機(jī)組的最低出風(fēng)溫度所對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度）,，這兩點(diǎn)是機(jī)組的一個(gè)極限點(diǎn),，這樣從焓濕圖上得到一條線即d1這條等含濕量線,。當(dāng)室內(nèi)溫濕度設(shè)定為25℃/65%時(shí),，其對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度為18℃，我們通過這一點(diǎn)再作一條等含濕量線d2,，這樣由含濕量線d1,、含濕量線d2、50%相對(duì)濕度線,、70%相對(duì)濕度線,、18℃等溫線、25℃等溫線劃分出一個(gè)區(qū)域,，即圖中陰影部分,，這個(gè)區(qū)域就是我們的機(jī)組所能達(dá)到的一個(gè)范圍,。從圖中可以看出機(jī)組的露點(diǎn)溫度在12-19℃之間?？梢院?jiǎn)單概括一下,，一種情況溫度要求較低時(shí)濕度就必須高，另一種情況濕度要求低時(shí),，那溫度就必須高,。
2.恒溫恒濕機(jī)組與機(jī)房空調(diào)的區(qū)別：機(jī)房空調(diào)設(shè)計(jì)采用大風(fēng)量小焓差,，蒸發(fā)溫度為8-10℃，出風(fēng)溫度在室內(nèi)露點(diǎn)溫度左右一點(diǎn),。恒溫恒濕機(jī)組設(shè)計(jì)為常規(guī)風(fēng)量,，蒸發(fā)溫度為5-6℃出風(fēng)溫度必須達(dá)到室內(nèi)露點(diǎn)溫度以下。機(jī)房空調(diào)一般為下送風(fēng),，頂回風(fēng),；恒溫恒濕機(jī)組一般為上送風(fēng)，下側(cè)回風(fēng)或后回風(fēng),，不可以下送風(fēng),，頂回風(fēng)。機(jī)房空調(diào)主要應(yīng)用于電信,、移動(dòng),、聯(lián)通、網(wǎng)通,、鐵通,、郵政、銀行,、網(wǎng)站等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心以及醫(yī)院核磁共振室等以發(fā)熱為主的場(chǎng)合,。恒溫恒濕機(jī)組主要應(yīng)用于電子、醫(yī)療,、電廠,、庫房等有溫濕度要求的場(chǎng)合。根據(jù)空調(diào)區(qū)溫濕度精度要求設(shè)計(jì)不同的空氣處理方案：對(duì)于精度要求不高時(shí),，夏季空氣處理過程可只用表冷器進(jìn)行降溫除濕,，按使用要求確定溫度或濕度信號(hào)優(yōu)先控制冷凍水電動(dòng)二通閥開度以調(diào)節(jié)溫濕度。對(duì)于精度要求較高時(shí)則應(yīng)對(duì)溫濕度分別進(jìn)行調(diào)節(jié),，即溫濕度需要獨(dú)立控制,。3.1.空調(diào)房間溫濕度精度要求的考量因素當(dāng)室內(nèi)溫度基數(shù)為23℃～28℃，精度為±2℃,；室內(nèi)相對(duì)濕度基數(shù)為50%～60%RH,，精度為±10%RH時(shí),，可采用集中式全空氣系統(tǒng)?？諝馓幚碓韴D如圖1：
夏季：室內(nèi)溫濕度通過控制冷凍水電動(dòng)二通閥來實(shí)現(xiàn),。室內(nèi)溫、濕度信號(hào)與設(shè)定值比較后,，按溫濕度優(yōu)先順序或偏差值大小優(yōu)先順序控制表冷器出水電動(dòng)二通閥開度,，使新風(fēng)，回風(fēng)混合后經(jīng)表冷器降溫去濕后達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的機(jī)器露點(diǎn),，送入空調(diào)房間,，使室內(nèi)空氣溫、濕度保持在規(guī)定的范圍內(nèi),。
冬季：新風(fēng)與回風(fēng)混合后,，經(jīng)加熱加濕后送入室內(nèi)，室內(nèi)溫度信號(hào)與設(shè)定值比較后,，以偏差值控制加熱器的電動(dòng)二通閥的開度,，調(diào)節(jié)加熱量，使室內(nèi)空氣溫度達(dá)到規(guī)定范圍內(nèi),；室內(nèi)濕度信號(hào)與設(shè)定值比較后,，以偏差值控制加濕器的電動(dòng)閥開度，調(diào)節(jié)加濕量,，使室內(nèi)相對(duì)濕度達(dá)到規(guī)定范圍內(nèi),。當(dāng)室內(nèi)溫度基數(shù)為23～26℃，精度為±1℃,；室內(nèi)相對(duì)濕度基數(shù)為50～60%RH,，精度為±5%RH時(shí)，由于室內(nèi)溫,、濕度要求的精度范圍較小,，夏季單靠控制冷凍水電動(dòng)二通閥開度很難同時(shí)達(dá)到溫濕度精度范圍。因此室內(nèi)溫,、濕度必須分開控制,。空氣處理原理圖如圖2：夏季室內(nèi)溫度通過調(diào)節(jié)電加熱器的加熱量來實(shí)現(xiàn),，室內(nèi)濕度通過調(diào)節(jié)冷凍水電動(dòng)二通閥來實(shí)現(xiàn),。這里增加一個(gè)二次回風(fēng)過程,，可避免過多的熱冷能量抵消,，節(jié)約一部分能量。通過以上兩個(gè)例子可以看到由于空調(diào)房間溫,、濕度精度要求不同,，應(yīng)該采用不同的空氣處理方案,。3.2.空調(diào)房間溫濕度基數(shù)要求的考量因素由于空調(diào)房間溫、濕度基數(shù)不同,，也應(yīng)采用不同的空氣處理方案,。調(diào)節(jié)室溫用換熱器就可實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)室內(nèi)相對(duì)濕度卻因室內(nèi)露點(diǎn)溫度不同而應(yīng)采用不同的降濕,、加濕設(shè)備,。新、回風(fēng)混合后,，經(jīng)冷卻去濕后機(jī)器露點(diǎn)的絕對(duì)含濕量須低于室內(nèi)空氣露點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)含濕量,，才有可能負(fù)擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷。常規(guī)冷凍水供水溫度為7℃,，而經(jīng)過表冷器冷卻去濕后的空氣出口干球溫度比冷凍水供水溫度高出約3.5~4℃,。表冷器所提供的冷量要大于或等于空氣處理過程所需冷量的同時(shí)，表冷器的干球溫度效率及接觸系數(shù)必須大于等于空氣處理過程的干球溫度效率及接觸系數(shù),。還須考慮析濕系數(shù)的影響,。因此采用常規(guī)7℃冷凍水供水的表冷器，冷卻除濕的空氣處理方案不適用于室內(nèi)露點(diǎn)溫度低于11℃的空調(diào)系統(tǒng),。室內(nèi)露點(diǎn)溫度在4℃～12℃之間,，除濕設(shè)備可采用冷凍除濕機(jī)；當(dāng)室內(nèi)露點(diǎn)溫度低于4℃時(shí),，采用冷凍除濕機(jī)除濕效率下降,，機(jī)組除霜時(shí)間過長(zhǎng)。這時(shí)可采用低露點(diǎn)空氣干燥機(jī),，綜合運(yùn)用冷凍除濕和氯化鋰轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)：新風(fēng)經(jīng)初,、中效兩級(jí)過濾后，用蒸發(fā)器降溫除濕到露點(diǎn)溫度為6℃～8℃,，再經(jīng)過氯化鋰轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)除濕,，將空氣露點(diǎn)降至-10℃。對(duì)于需要更低露點(diǎn)的空氣,，再經(jīng)過二級(jí)表冷器和氯化鋰轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)除濕,，可將空氣露點(diǎn)溫度降至-20℃。氯化鋰轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)可通過設(shè)旁路控制,，即控制通過轉(zhuǎn)輪除濕風(fēng)量的大小或控制再生溫度的高低來調(diào)節(jié)機(jī)組除濕量的大小,。
空氣除濕裝置的性能比較見上表，適用于恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的是冷凍法和轉(zhuǎn)輪吸附法,。因?yàn)檫@兩種方法的除濕量調(diào)節(jié)精度比較高,，用轉(zhuǎn)輪吸附法時(shí)必須與冷凍法聯(lián)合除濕。由于轉(zhuǎn)輪吸附法能耗較大，應(yīng)減少通過轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的風(fēng)量,。其空氣處理原理圖如圖3：室內(nèi)相對(duì)溫度通過控制轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的除濕量來現(xiàn)實(shí),，室內(nèi)溫度通過控制連接后表冷器的冷凍水電動(dòng)兩通閥來現(xiàn)實(shí)。空氣加濕器有干蒸氣加濕器,、電加濕器(電熱式,、電極式)、PTC蒸汽發(fā)生器,、加壓噴霧式加濕器,、離心式加濕器、超聲波式加濕器,、濕面蒸發(fā)式加濕器等,，進(jìn)行設(shè)計(jì)選型時(shí)要注意加濕過程在焓濕圖上的變化過程，是近似等焓過程還是近似等溫過程,，當(dāng)新風(fēng)比例較大時(shí),，等焓加濕所需的加熱量要占很大比例。GB/T17758《單元式空氣調(diào)節(jié)機(jī)》要求：室內(nèi)側(cè)進(jìn)風(fēng)干濕球溫度：23/17 ℃,；風(fēng)冷型室外干濕球溫度：35/24 ℃,；水冷型冷凝器進(jìn)出水溫度：30/35 ℃。風(fēng)冷分體式機(jī)組適用于水源缺乏或者不宜于安裝冷卻塔的場(chǎng)所,；水冷恒溫恒濕機(jī)組適用于水源充足,、具備安裝冷卻塔條件的地區(qū)。監(jiān)測(cè)對(duì)象：房間溫度,，房間濕度,，水位、水流,、送風(fēng),；控制設(shè)備：壓縮機(jī)，電加熱器,，電加濕器,，風(fēng)機(jī)。啟動(dòng)順序：風(fēng)機(jī)→冷凝側(cè)風(fēng)機(jī)（或冷卻水系統(tǒng)） →壓縮機(jī) →判斷風(fēng)速→加熱器→判斷水箱液位→加濕器,。停止順序：加熱器→加濕器→壓縮機(jī)→冷凝側(cè)風(fēng)機(jī)（或冷卻水系統(tǒng)） →風(fēng)機(jī)。房間參數(shù)控制調(diào)節(jié)：根據(jù)實(shí)測(cè)值與設(shè)定值決定壓縮機(jī) ,、加熱器,、加濕器、風(fēng)機(jī)的啟停,；避免同時(shí)升降溫、加除濕,，避免冷熱抵消。自動(dòng)運(yùn)行,、安全保護(hù)：壓縮機(jī)：冷凝壓力過高,、油壓過低、冷卻水流速過低 ,、油溫過低,；輸入溫濕度設(shè)定值；顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),；單臺(tái)設(shè)備的操作命令,。需監(jiān)測(cè)的參數(shù)：空氣的溫度、濕度,；冷凝壓力,；空氣過濾阻力；冷卻水流,；送風(fēng)氣流,；加濕器水位；各設(shè)備的運(yùn)行狀況,。傳感器的平均無故障時(shí)間MTBF（Mean Time Between Failure）：
傳感器準(zhǔn)確測(cè)量的實(shí)現(xiàn)：正確感知物理量的變化：不能影響被測(cè)物理量,。電信號(hào)的可靠傳輸：傳輸線路長(zhǎng)度，沿途磁場(chǎng)干擾,，接收端的高精度轉(zhuǎn)換,。電壓、電流模擬信號(hào)：脈沖信號(hào),，數(shù)字信號(hào),。電阻的溫升不能影響被測(cè)對(duì)象的溫度；90mm鉑電阻通過5mA電流測(cè)水溫時(shí)溫升0.01K,，測(cè)空氣溫度溫升0.1K,。只在測(cè)量時(shí)供電，不測(cè)量時(shí)斷電，時(shí)間比法測(cè)熱敏電阻的電阻值,。半導(dǎo)體PN結(jié)：電壓大，但一致性難保證,。集成芯片（IC型）：電流型,，測(cè)溫范圍為- 55℃~+150℃；電源電壓范圍為4～30 V,；精度高,，在- 55℃~+-150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃,。
電容式：濕度變化引起電容變化,，轉(zhuǎn)換為電流變化；氯化鋰露點(diǎn)溫度：加熱氯化鋰敏感元件,，使其表面水蒸汽分壓力等于空氣水蒸汽分壓力，測(cè)出氯化鋰溫度得到對(duì)應(yīng)的水蒸汽分壓力,。測(cè)量信號(hào)的變送：4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流,，脈沖輸出，數(shù)字通信（智能傳感器）,。制冷循環(huán)的壓力報(bào)警 → 壓力開關(guān),；流速過低報(bào)警 → 流速開關(guān)；水位過高,、過低報(bào)警 → 水位開關(guān),；空氣過濾器壓差報(bào)警→ 微壓差開關(guān)。觸點(diǎn)開關(guān)：交流接觸器：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制,；光電隔離控制。
電加熱器,、加濕器的通斷：
電子開關(guān)：電子開關(guān),，可控硅調(diào)壓。風(fēng)機(jī),、壓縮機(jī)電機(jī)的控制：電磁閥→通斷，斷電后狀態(tài)：常開/常閉,。電動(dòng)閥 → 連續(xù)調(diào)節(jié)開度,，斷電后閥位不變；電熱閥 →通過感溫元件的熱脹冷縮實(shí)現(xiàn)開關(guān)閥,；緩開緩關(guān),，會(huì)產(chǎn)生水錘,，無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng),，無噪音,。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit,，MCU）,，在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器,、I/O接口電路的單芯片微型計(jì)算機(jī),。例如：8051系列是一種應(yīng)用廣泛的典型單片機(jī),。單片機(jī)輸入輸出的實(shí)現(xiàn)：數(shù)據(jù)輸入DI：監(jiān)測(cè)管腳的電壓變化,，超過閾值讀“1”；數(shù)據(jù)輸出DO：指定管腳的電壓,，接通電路,；模擬輸入AI：測(cè)出管腳的電壓,，計(jì)算出相應(yīng)被測(cè)物理量的值,；模擬輸出AO：指定管腳電壓，驅(qū)動(dòng)外電路工作在需要的狀態(tài),；串行通信UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）,。風(fēng)機(jī)的開、停,；加濕器補(bǔ)水閥,；壓縮機(jī)、加熱器,、加濕器啟停,；冷卻水電磁閥開關(guān)。占空比(Duty Ratio)：在一串理想的脈沖周期序列中（如方波）,，正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值,。加熱器：升溫,，慣性小,，調(diào)節(jié)性能好；冷機(jī)：運(yùn)行,、停止時(shí)間＞5min,。設(shè)備全功率輸出：I區(qū)：加熱器,；II區(qū)：加濕器,；III區(qū)：冷機(jī)；IV區(qū)：冷機(jī),、加熱器,；V區(qū)：冷機(jī)、加濕器,；VI區(qū)：加熱器,、加濕器。虛線框內(nèi)：細(xì)調(diào)→穩(wěn)定,。III,、IV、V區(qū)進(jìn)入：根據(jù)濕度→控冷機(jī),；I,、II、VI區(qū)進(jìn)入：根據(jù)濕度→控加濕器,。III,、IV、V區(qū)進(jìn)入：根據(jù)溫度→控冷機(jī),；I,、II、VI區(qū)進(jìn)入：根據(jù)溫度→控加濕器,。溫濕度控制解耦,；利用慣性小、調(diào)節(jié)特性好的電加熱器控制精度要求高的被控參數(shù),。Tset±0.5℃時(shí)：準(zhǔn)穩(wěn)定區(qū)振蕩,；Tset±5℃時(shí)：達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。
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