恒溫恒濕機選型設計案例

　　某實驗室恒溫恒濕設計，已知參數與要求如下：房間吊頂完成后凈高為2.8m，房間凈尺寸為4m×3m;房間要求溫度為20℃，波動幅度為±0.3℃;相對濕度為40%～60%，波動幅度為±5%;2m高度內同一水平面溫度變化率不超過0.3℃/h，豎直方向溫度梯度無要求。

　　由于恒溫恒濕實驗室要求溫度波動幅度為±0.3 ℃，不可設置外墻，雖然大車間內有舒適性空調，但與該恒溫恒濕室的溫差大于3℃，因此恒溫恒濕室的隔墻應設保溫層。

　　注：恒溫恒濕室圍護結構的熱惰性指標 D 是體現圍護結構溫度衰減倍數和延遲時間的綱量，D=熱阻×蓄熱系數。 D越大，圍護結構的熱穩定性就越好，越有利于減少恒溫室的溫度波動

　　冷負荷的影響

　　(1)空調負荷的計算

　　空調房間的全年負荷及顯熱負荷由負荷計算軟件計算所得。

　　(2)送風溫差及氣流組織

　　基于恒溫恒濕室的基準溫度及室內熱濕比情況，將送風溫差設定為3 ℃，氣 流組織按全面孔板上送風、下回風設計，工作區風速為0.20～0.25m/s。

　　設計時需要進行全面孔板的設計計算，具體的計算步驟如下：

　　1)確定孔板送風風速vs;

　　2)根據房間的顯熱冷負荷Q 和送風溫差，計算送風量Ls;

　　3)根據送風風速vs 和送風量Ls，計算孔口總面積k 及凈孔面積比r;

　　4)確定孔口中心距l和孔口數目n;

　　5)校核工作區的最大風速vx，并使其不大于工作區的允許風速;

　　6)校核工作區最大軸心溫差Δtx，并使該值不大于室溫允許波動范圍;

　　7)確定穩壓層高度hw。

　　若計算結果工作區風速超出允許風速，則表明計算的工作區最大軸心溫差 Δtx 的結果會大于室溫允許波動范圍，無法滿足設計要求。為了得到合適的工作區最大軸心溫差 Δtx，筆者按上述步驟進行了逆向校核計算，具體做法如下：

　　1)假設工作區的最大風速vx滿足設計要求，x=0.25m/s;

　　2)選取合適的孔口直徑ds=8mm，確定孔板送風出口風速vs;

　　3)根據vx和vs算出凈孔面積比r及孔口總面積fk;

　　4)根據孔口總面積fk計算出送風量Ls;

　　5)根據送風量Ls送風溫差計算出房間的顯熱負荷Q′。

　　將計算得到的顯熱負荷 Q′與原來由軟件計算所得的顯熱負荷Q 進行比較，發現 Q′比 Q 小了許多，由此可見對于溫度波動要求高的空調區域，空調負荷是受限的。為了得到合適的溫度場及速度場，要根據工作區的允許風速調整空調冷負荷，改進圍護結構的構造方式，使得空調冷負荷滿足校核計算所需要得到的結果。

　　為了將房間的顯熱負荷調整到需要的數值，要先分析該房間顯熱負荷的組成，該工程的房間顯熱負荷Q主要由以下幾部分組成

　　1)通過圍護結構傳入室內的熱量Q1;

　　2)工藝設備的散熱量Q2;

　　3)照明散熱量Q3;

　　4)人體散熱量(顯熱)Q4;

　　5)室內沒有正壓時，滲透空氣帶入室內的顯熱量 Q5。

　　以上 各 項 中，第 2)～4)項值基本不可調整，第5)項可以通過設置新風系統和緩沖間來消除其影響，所以可以減少顯熱負荷的途徑只有第1)項。

　　該項目逆向校核計算得到的顯熱負荷Q′=727W，其 中業主提供的工藝設備散熱數據Q2=75W，照明負荷計算值 Q3=71W，人體散熱計算值Q4=188W，滲透空氣帶入室內的顯熱量計算值Q5=0。

　　由此可以推斷出圍護結構傳入室內的熱量最大限值Q1=393 W。由此提出設置空調隔間的方案，空調隔間設計溫度取20℃，與恒溫間無溫差傳熱，恒溫間內墻無傳熱。這樣處理之后Q1=77W+118 W=195W

　　結論

　　1)高精度恒溫恒濕空調室(波動幅度為±0.5 ℃下)設計計算冷負荷時應重點考慮圍護結構的傳熱系數 K 及熱惰性指標D。可采用逆向校核計算法先算出冷負荷的最大限值，進而采取措施減少冷負荷。該工程中設置的空調隔間及緩沖前室就是為了減少進入恒溫室的傳熱量而采取的有效措施，調隔間及緩沖前室的存在隔絕了周邊環境對恒溫間的影響，形式簡單、施工方便、效果明顯。

　　2)高精度恒溫恒濕實驗室建立合理氣流組織是保證溫度波動幅度的重要措施，不可以簡單地認為一味地增大房間換氣次數就可以保證恒溫狀態。恰恰相反，盲目地增加換氣次數，導致工作區風速過大，度波動幅度無法保證，只有盡量減少恒溫室的空調冷負荷，減少恒溫室的送風量，形成合理的速度場和溫度場，才是減小溫度波動幅度的有效途徑。

　　3)高精度空調恒溫室是精細化的工程，需要設計師在設計過程中對各項指標進行詳細計算和反復推敲，同時也要關注建筑、電氣等相關專業的參數對空調系統的影響，兼顧施工過程可能遇到的難點，方能使項目達到預期的效果。