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高精度恒温恒湿洁净室空调系统设计
发布时间:2024年01月24日

恒温恒湿空调技术相对而言已经比较成熟,但是超高精度的恒温恒湿空调技术则是一个缺少实践和经验的课题。某超高精度洁净试验室基础设施改造项目中,试验室的环境温度(20±0.1)℃参数保证是决定科研成果的重要因素,也是空调系统设计的技术难题。

 

工程概况

某超高精度的试验环境项目,实验区建筑面积155㎡,其核心区面积为54㎡。厂房为单层建筑,下弦高度7.5m,核心区内温度要求为(20±0.1℃),湿度要求45%~65%,洁净级别为美国联邦标准FS.209EM5.5级(即习惯采用的英制10000级,即7级)。核心区内热源瞬间峰值功率为5kw,热源平均功率为3kw。

 

核心区设计方案的确定

根据工艺提出的技术要求,设计了两套恒温恒湿空调系统。冷(热)源采用风冷冷热水机组,空调末端采用组合式空气处理机组,冬季送热风,夏季送冷风来满足核心区的温湿度要求。

1.核心区送风量的确定

核心区送风量应根据洁净度等级及室内热湿负荷、温度精度两方面因素来确定。(1)保证空气洁净度等级的送风量

洁净等级为7级的洁净室其换气次数应为15次/h~25次/h。本项目核心面积为54㎡,高度为4m,根据25次/h换气次数确定的送风量应为5400m³/h。

(2)室内热湿负荷、温度精度计算确定的送风量

根据《暖通规范》,当温度波动范围为±0.1℃~±0.2℃,推荐的送风温差为2℃~3℃±0.1℃建议取1℃。核心区房间内总显冷负荷为3270W,经过计算确定送风量为9800m³/h。

2.气流组织形式的确定

空调房间常用气流组织的送凤方式按其特点可归纳为侧送、孔板送风、散流器送风、条缝送风、喷口送风等。孔板送风射流的扩散和混合比较好,射流的混合过程很短,温差和风速衰减快,因而工作区的温度和速度分布相对比较均匀。因此,对于区域温差和工作区风速要求严格、单位面积风量比较大、室温允许波动范围较小的空调房间,宜采用孔板送风的方式。气流组织形式为上送下回的方式,送风经高效过滤器送至吊顶上部的静压箱内,再经孔板送入室内,下部采用地板隔栅回风,回风经隔栅地板由回风夹壁回至夹层,由回风管道接至机组。经过计算,孔板需要的开孔面积为1.39㎡,孔板的孔径为5㎜。为了安装及气流入口处的扩散,稳压层的高度不应小于0.2m,因此选取h=0.2m。

在设计中还应注意,当送冷热风时,需在稳压层侧面及顶部加保温措施。此外,稳压层还要求有良好的气密性,为了更好的气流组织,孔板下送方式回风口—般均设置在房间下部。核心区基准间剖面详见图1。

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3.核心区基准间温湿度主要干扰因素的控制

3.1围护结构的影响

由于核心区基准间的温度精度要求较高,需要该区域的周围环境保证温湿度恒定。所以在核心区基准间的四周设计了20℃±0.5℃的调控区,由于该区域的地面是架空地板,地面对其无扰量,同时在吊顶内设计了送回风系统,使吊顶内的温度控制在25℃以下,最大限度地保护楱心区的温度不受周围环境的干扰。

3.2人员进出、设备、照明的影响

这3个因素对核心区温湿度有一定的扰量,我们对甲方在运行管理方面提出了—些要求。由于核心区内设备热源瞬间峰值功率为5kw,热源平均功率为3kw,我们要求在制造精密配件前,启动空调设备,待设备运行到稳定状态时,即热源功率稳定3kw时再开始生产任务,在试验进行前,参与试验的人员应进入试验区,严禁试验中间有人员进出。照明设备在试验前要确保稳定工作,待照明设施工作—段时间稳定后,方可开始试验。

3.3新风对系统温湿度的影响

根据房间正压度及人员、新风量的要求,核心区新风量为380m³/h,新风量虽然不大。但新风对室内的扰量却不容忽视。在本项目中,我们把新风进行了预处理,即单独设计了一套新

风机组供给核心区和调控区的空调机组使用,去除新风中带进室内多余的湿量,以减少其对核心区湿度的影响。

由于新风机组的运行和确保新风量,室内的正压度也有效地建立起来,不仅保证了温温度,也为洁净度的保证提供了有利条件。

4.核心区空调温湿度的控制

4.1夏季的温湿度控制

核心区基准间的空调系统为 KJ1-1,周边二次调控区的空调系统为 KJ1-2,两套空调系统共用一合新风机组。空调系统原理图见图2。当核心区基准间室内温度升高时,开大空调机组 KJ1-1表冷器电动两通阀 ML2。当温度波动时,调节机组内电加热器 DR1,使室内温度控制在t=20℃。当新风出风温度升高时,开大新风机组内表冷器电动两通阀 ML1,使新风机组出风口新风的含湿量控制与室内相同,出风温度控制在11℃。

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4.2冬季的温湿度控制

由于核心区地处建筑的中心,且有设备发热,所以在冬季核心区及调控区内均需制冷来保证温度。调节空调机组 KI1-1内表冷器电动两通阀 ML2的开度,使回风的温度控制在20℃。调节空调机组 KJ1-1加湿电动两通阀 MS的开度,以控制回风的湿度。调节新风机组 X1-1内电加热器,使新风的温度控制在 10℃;调节核心区电加热器和调控区的微调电加热器以控制送风的温度精度。

5.冷冻水出水温度的控制

要想保证组合式空气处理机组的出风温度的恒定,控制风冷冷水机组的出水温度也是一个重要环节。从焓湿图中可以得到,核心区室内空气的露点温度为11℃,这就要求进入盘管的冷媒温度要保证在 4℃~6℃之间,因此,在设备选择时,我们向主机厂家提出出水参数的要求,要求风冷热泵冷热水机组的出水温度要达到(5+0.5)℃。为确保出水温度的精度,在冷水机组的供水总管上加装了常压密闭水箱,增加系统的水容量并进一步使出水温度保持稳定

通过采用以上技术措施,可以控制住核心区的温湿度精度,保证试验的顺利进行。


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