恒温室温度控制

一、概述
1.1工程概述
随着全球经济高速发展，世界各国对保护和改善生活环境与生态环境，保障人体健康的认识越来越趋于一致。

只有保护好环境，才能促进经济、社会环境的协调发展。

在这种环境的驱使下，我国大多数城市都开始在郊区中兴建工业园区，逐步将现处于闹市区中的大小厂矿迁至于兴建的工业园区中。

成都成量工具有限公司是我国研制和生产精密优质量具刃具产品的龙头企业，产品除满足国内需求外，尚出口六十多个国家和地区。

该公司为国家一级计量企业。

根据成都市政府东调规划，该公司迁址新都，建立新厂区。

为使该工厂有关产品的生产和检定达到所需的特殊空气环境，该厂特在2号建筑部分区域中实施恒温恒湿中央空调工程。

整个空调被调区域达800㎡。

该空调系统属于高精度温度控制领域，其基准室温度波动允许范围达到±0.1℃，全国仅有清华大学试验室、国家航空航天中心、上海国家检测中心等少数单位成功建立了这种系统。

因该工程为交钥匙工程，且技术含量较高，我公司在承接该工程后，立即组织技术人员对设计图纸的各项参数、指标做了反复的核算，发现原设计院的方案并不能满足建设方对各房间的技术指标的要求。

我公司在取得建设单位同意的情况下，对该工程进行了深化设计。

该工程是一个边摸索、边设计、边施工的项目。

1.2高精度温度控制空调系统的特点
该空调工程分为两个系统，共15个房间，其中精度要求最高为基准室,技术要求如下
为满足基准室对环境温湿度高精度的要求，受控房间对室内环境的温湿度、风量等相关技术指标有严格要求：
1、要有稳定的温度场。

一是空调系统的制冷量能满足房间的负荷量，将房间内的温度控制在要求温度的大致范围内；二是房间内要有一个合理的气流组织，以便于温度的稳定。

2、要求控制精度高。

一是控制元件灵敏度提高。

针对温度控制精度为±0.1℃的环境控制，我们选用的温度传感器精度为±0.06℃，在现场调校后可满足±0.1℃的环境控制要求。

二、设计要点
2.1空调负荷的确定
根据建设方提供资料及成都地区气象情况计算出，整个空调系统的制冷量为30万大卡，选择制冷量为30万大卡的制冷机。

2.2风量及气流组织的确定
高精度的温度控制，需要减少一切可能的干扰，其系统必定是定风量系统，即保证送风的恒定，以及各个房间风量的恒定。

因此，在平时运行时，其送风总管的风阀，以及各支管和末端的风量平时都不
需要调节，只在风平衡调试时，根据需求风量调节各个风阀，使其满足设计值即可。

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，根据其他工程的成功经验，±0.1℃的恒温室，换气次数＞50次/h。

具体风量计算见下表。

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，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；气流组织采用上送下回式（如下图），易形成均匀的温度场和速度场；
且±0.1℃高精度的恒温恒湿室换气次数高，送风量大，而房间高度小于4米，宜采用孔板送风，保证送风的均匀性，才能达到一个稳定的温度场，有利于温度的稳定。

因此我们把温度要求高的基准室设置为全孔板送风。

送风孔板的
热器的通常使用范围在其功率的20%-80%。

因此二次电加热器就必须有足够的加热能力，为此我们在二次电加热器的选择上，让其温升能力达到了5℃。

具体功率如下表：
2.5温度传感器的确定
在有±0.1℃高精度控制要求的房间需加设两个温度传感器。

1、送风支管电加热器后加装送风温度传感器，一则可监测支管电加热器后的风管送风温度，监测电加热器的加热能力。

二则如控制需要，可与室内温度一起参与串级控制，作为送风温度限定的控制，增加一种控制手段，但其并非实现最终的控制目标。

我们风管温度传感器，精度为±0.19℃。

串级控制原理为：由于室内温度传感器安装的位置距离电加热器较远，当电加热器做调节动作时，其室内温度不能实时跟随其动作快速变化，可能有较长的滞后时间，这样就有可能引起控制回路及室内温度的不断振荡，达不到稳态或达到稳态的时间较长，不能满足高精度的控制。

而在电加热器后增加一温度传感器，离电加热器较近，这样当电加热器做调节控制时，该送风温度能迅速响应，把其作为一个中间环节参与控制，就能起到较快达到稳态的作用。

2、被控房间内设置温度传感器，由于基准室温度控制精度要求20±0.1℃，我们选用精度为±0.06℃的温度传感器，通过精密温度控
制的温度控制软件，在自控系统中进行数据修正调校及控制补偿，满足系统控制要求。

2.6.组合式空调器的选型
组合式空调器是整个空调系统的核心部分，负责将室内环境控制在一个稳定的范围内，对于它的选择至关重要。

选择组合式空调器主要是要确定其几大重要功能，如降温、加热、除湿、加湿、过滤空气等。

基准室所在系统的组合空调器的构造见下表，
组合式空调器构造表：
在降温方面，由于室内被调区属于工业生产车间，有部分有害气体产生，所以我们选用的是对空气有一定净化作用的喷淋式冷却。

并
通过电动三通阀来控制喷淋水温来将空气温度降至室内状态的露点温度的方法，来达到除湿的作用。

喷淋冷却系统流程图
在加热方面，我们在组合式空调器内设有电加热器和蒸汽加热器。

电加热器包括四级调节：0.25℃、0.5℃、0.75℃、1℃，通过送风总管内温度传感器来控制电加热器的组合及启停，来保证预先设定的出风温度。

当四组电加热器全开，空气温度仍不能升到预先设定的温度时，蒸汽加热器的电动二通阀将逐渐开启，空调通过蒸汽加热盘管来加热空气。

并且电动二通阀的开启度由送风总管的温度传感器控制。

在加湿方面，我们选用了自动调节型干蒸汽加湿器,其启停及开启度由送风总管内的湿度传感器控制。

在湿度低于出风状态点与室内状态点拥有相同的露点温度时对应的湿度时，干蒸汽加湿器开始启动，达到设定时自动关闭。

组合式空调器降温除湿、加热、加湿的系统流程图如下：
2.7相关配套设备的选择
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：
1、维护结构的热惰性及隔汽防潮，最好采用彩钢板做隔断。

2、高精度恒温室外围应设有低精度的恒温室作套间。

三、施工要点
风管制作的各项指标应严格按照《通风与空调工程施工质量验收
规范》GB50243-2002执行。

以下几点应加以注意：
3.1风管制作的严密性
该系统风管为中压系统，接缝和接管连接处均应增加密封措施，应用密封胶涂抹所有拼缝，保证风管的严密性。

以防止能量的散失。

风管制作安装好后，应做漏光试验，在试验过程发现的漏点应及时采取措施补上。

3.2电加热器的安装
风管式电加热器宜安装在风管立管上，以使得加热量的均匀。

因电加热器会发热，安装时其两端应用石棉垫做垫片。

3.3温度传感器的安装
为防止其他热能的干扰，温度传感器应安装在远离热源、气流畅通的位置。

3.4房间内的布置
安装房间内的设备时应让开回风风口，使得气流畅通。

四、关于调试
1、由于基准室是温度精度要求最高的房间，该房间应保持正压。

2、设置PID参数时，不能单独强调某个单元值，只有做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。

3、房间的湿度控制，通过组合式空调机组的湿度控制功能来满足要求。

在夏季，可调节喷淋段出风的露点湿度，控制室内湿度在设定值；在冬季，可调节喷淋段出风的露点湿度，控制室内湿度在设定值，当喷淋不能满足湿度要求时，打开蒸气加湿器，控制室内湿度在设定值。

4、组合式空调机组设置送风动压传感器，监测其送风动压，保证其送风风量恒定。

监测组合式空调机组送风流量，当送风风量满足要求时，才能开启机组电加热器。

房间送风加热段设置气体流量开关，与电加热器阀连锁，当风量过低时会自动切断加热器电源。

空调机组与消防信号连锁，当消防中心发出消防报警后系统自动关闭空调送风机。

五.总结
经过该工程的深化设计及实施，我们发现恒温恒湿空调的关键在于：
1、空调房内必须建立一个稳定的气流场，来保证温度的稳定；
2、温度传感器、电加热器、调功器的灵敏度要高，来保证温度调节的灵敏度。

经过近4个月的施工，该空调系统调试成功，各项技术指标符合建设方要求，得到了业主的好评。

通过质量回访知道，该工程从竣工后投入运行近一年，运行情况较好各种指标均达到要求。

该工程的成功实施增强了我公司在恒温恒湿空调工程中的核心竞争力。