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：15461
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：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，其對應(yīng)的露點(diǎn)溫度為12℃（滿足＞11.8℃機(jī)組的最低出風(fēng)溫度所對應(yīng)的露點(diǎn)溫度），這兩點(diǎn)是機(jī)組的一個極限點(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，其對應(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%相對濕度線、70%相對濕度線、18℃等溫線、25℃等溫線劃分出一個區(qū)域，即圖中陰影部分，這個區(qū)域就是我們的機(jī)組所能達(dá)到的一個范圍。從圖中可以看出機(jī)組的露點(diǎn)溫度在12-19℃之間。可以簡單概括一下，一種情況溫度要求較低時濕度就必須高，另一種情況濕度要求低時，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、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合。根據(jù)空調(diào)區(qū)溫濕度精度要求設(shè)計不同的空氣處理方案：對于精度要求不高時，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優(yōu)先控制冷凍水電動二通閥開度以調(diào)節(jié)溫濕度。對于精度要求較高時則應(yīng)對溫濕度分別進(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)相對濕度基數(shù)為50%～60%RH，精度為±10%RH時，可采用集中式全空氣系統(tǒng)。空氣處理原理圖如圖1：
夏季：室內(nèi)溫濕度通過控制冷凍水電動二通閥來實(shí)現(xiàn)。室內(nèi)溫、濕度信號與設(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)溫度信號與設(shè)定值比較后，以偏差值控制加熱器的電動二通閥的開度，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)濕度信號與設(shè)定值比較后，以偏差值控制加濕器的電動閥開度，調(diào)節(jié)加濕量，使室內(nèi)相對濕度達(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)相對濕度基數(shù)為50～60%RH，精度為±5%RH時，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二通閥開度很難同時達(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)冷凍水電動二通閥來實(shí)現(xiàn)。這里增加一個二次回風(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)的絕對含濕量須低于室內(nèi)空氣露點(diǎn)所對應(yīng)的絕對含濕量，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，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，采用冷凍除濕機(jī)除濕效率下降，機(jī)組除霜時間過長。這時可采用低露點(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℃。對于需要更低露點(diǎn)的空氣，再經(jīng)過二級表冷器和氯化鋰轉(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)計選型時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，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)測對象：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；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)；單臺設(shè)備的操作命令。需監(jiān)測的參數(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間MTBF（Mean Time Between Failure）：
傳感器準(zhǔn)確測量的實(shí)現(xiàn)：電信號的可靠傳輸：傳輸線路長度，沿途磁場干擾，接收端的高精度轉(zhuǎn)換。電壓、電流模擬信號：脈沖信號，數(shù)字信號。90mm鉑電阻通過5mA電流測水溫時溫升0.01K，測空氣溫度溫升0.1K。只在測量時供電，不測量時斷電，時間比法測熱敏電阻的電阻值。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，測出氯化鋰溫度得到對應(yīng)的水蒸汽分壓力。測量信號的變送：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)的壓力報警 → 壓力開關(guān)；觸點(diǎn)開關(guān)：交流接觸器：單片機(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：電動閥 → 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)，會產(chǎn)生水錘，無轉(zhuǎn)動部件，使用壽命長，無噪音。單片微型計算機(jī)簡稱單片機(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、存儲器、I/O接口電路的單芯片微型計算機(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：測出管腳的電壓，計算出相應(yīng)被測物理量的值；模擬輸出AO：指定管腳電壓，驅(qū)動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：準(zhǔn)穩(wěn)定區(qū)振蕩；Tset±5℃時：達(dá)到穩(wěn)定時間長。
0
