1、工程概况

该项目为天津美资 CTS 电子厂房，工程为2700 m'的电子厂房及1600 m的办公室，由于厂方主要制造精密电路板，因此对厂房的空调参数需求较高，除了洁净厂房的要求之外，对恒温恒湿控制要求也比较高:全年温度 22℃+2℃，相对湿度50%±10%。

2、工程的难点及重点分析

2.1 洁净厂房有较高的洁净度及压差要求

该项目洁净度要求:10000级(0.5μ)，正压:5Pa~10 Pa。

2.2 严格的恒温恒湿要求，是本项目的难点所在

(1)全年相对湿度要求达到50%±10%，相对来说，冬天的湿度控制相对容易，只需调节蒸汽加湿量可以到达加湿的效果。而夏天的除湿就比较复杂，温度对相对湿度的扰动比较大，并非单一的制冷就能同时控制住温度和相对湿度要求。

(2)该厂房设备散热量很大，基本上会达到全年制冷的工况，因此制冷主机也会在冬天运行，冷却塔及室外管路都要做好防冻设计。

2.3 洁净厂房要求下的恒温恒湿

因为是洁净厂房，就要比常规的恒温恒湿空调具有更大的难度，洁净室的特点对恒温恒湿有以下影响:

(1)洁净厂房换气次数较大，因此新风量较大，是常规空调新风量的 3~4倍左右，而新风是湿度的最大来源，因此对除湿能力的要求大大增加了。

(2)通常可以通过调整送风量来调节相对湿度，而洁净车间送风量是不允许改变的，因此对调试又增加了难度。

2.4业主的特殊要求

业主最后的验收要求是:即使厂房没有投入生产，车间机器全关，照明全关，人员全无的状态下也必须开启空调，并且达到设计湿度要求，即完全无负荷状态也要达到恒温恒湿要求，这个要求在空调设计中不是很常见的。

3、原空调及洁净工程设计方案

3.1 概述

本工程空调系统为 10 000级洁净车间。

3.2 空调设计参数

温 度:22℃+2℃

相对湿度:50%+10%;

洁 净 度:10 000 级(0.5μ);

正缪鏨錧径压:5 Pa~10 Pa。

3.3 空调系统

3.3.1 底层洁净车间空调系统

(1)围护结构

洁净车间围护结构采用双面金属壁板，中间充以岩棉保温材料，壁板内表面为彩色钢板，外表面为镀锌钢板，内部隔断为双面彩钢板，壁板立面不设观察窗，吊顶采用阿姆斯壮专用净化室吊顶板，地坪采用防静电 PVC 地板。

(2)洁净车间空调系统

① 空气处理方案本系统采用一次回风方案，设置粗、中、高效三级过滤器。高效空气过滤设于空调箱末段。各级过滤器的效率分别为:

粗效过滤器 n≥25%，中效过滤器 n≥85%，高效过滤器 n≥99.99%。

②空气处理流程为:

新风→新回风混合粗效过滤→中效过滤→空气冷却→空气加热或微调→空气加湿→送风机→均流段→高效过滤→送风箱→洁净室→回风(去新、回风段)→工艺设备排风，正压漏风。

③系统各项参数为:

风量:60 000 m³/h;

冷量:377 kw;

换气次数:31次/h;

新风比:17.85%(冬季≤31%);

再热微调:33.5 kw;

自净时间:23.5 min;

单位面积冷量:577 W/㎡·h;

加湿量:142 kg/h。

④气流组织

系统送风采用乱流形式，平顶上部送风，两侧外墙壁板下回风。送风口为405 mmx405 mm方型散流器，面板尺寸595 mmx595 mm，共计61只，颈部风速 4.5 m/s，作用半径1.2 m，每只送风量为 1166 m%。经计算温度波动为 0.73℃，小于土2℃的波动要求。回风口为 900mmx500 mm百叶风口，回风速度2 m/s。

⑤系统运转

系统运转初期过滤器阻力较小，此时控制风机进口导叶，以调整风机风量不大于设计工况。由于系统运转为三班制，本系统不考虑值班风机，节假日停机时可采用一台空调机组运转，并调小进口导叶，使室内维持正压。系统运转，先打开新风阀启动空调机组，然后开启排风机，系统停止先关闭排风机，再停空调机组，最后关闭新风阀，新风系统总管外墙处设置保温总阀，当系统停止时，以防冬季表冷器冻结。

⑥系统控制方案:

夏季工况:室内温度由表冷器进口三通调节阀调节冷水量控制，室内相对湿度由加热器进口三通阀微调热水量控制。表冷器冷水供回水温度为 4℃/9℃考虑，加热器供回水温度为 60℃~50℃考虑。

冬季工况:室温采用改变新风与一次回风之比例来调节送风温度至定值，室内相对湿度通过喷蒸加湿调节加湿量控制。室内正压由调整送回风量之差，在满足工艺排风与漏风量的条件下，维持5Pa~10 Pa，并用余压阀调节。

3.4 排风系统

(1)洁净车间工艺设备排风设2个排风系统，每个排风系统排风量为 4 500 m³/h。

(2)后道生产工艺设备排风总量为26 500 m%h，设置2个排风系统，每个系统排风量15 000 m³/h，车间换气为 4.5次/h。另设一台5 000 m³/h的排风机，此排风机受CO₂，浓度感测信号控制，车间C0，浓度超标时，启动排风机，同时开大空调箱之新风阀，由自控系统完成。

3.5 新建辅助厂房采暖

新建辅助厂房设置蒸汽采暖系统，工作压力 0.2 MPa。3.6 冷热源

(1)冷源由机房设置二台700 kW和二台 211 kW 螺杆压缩机组，分别提供 9℃~4℃和 12℃~7℃冷水。9℃~4℃主机供洁净室及后道生产和更衣室空调系统用。12℃~7℃主机供办公楼及工艺冷却水之用。

(2)热源由区域提供 0.7 MPa 高压蒸汽减压至 0.4 MPa经板式汽一水热交换机组提供 60℃~50℃热水。机组热交换能力为 500 KW，消耗蒸汽量为 700 kg/h。(3)系统蒸汽总消耗量为1200 kg/h，其中包括空调系统冬季喷蒸加湿量 500 kg/h。

3.7 恒温恒湿控制系统

在恒温恒湿控制部分，夏季采用制冷盘管以及二次再热段控制温湿度，冬季采用表冷段及蒸汽加湿控制温湿度。

4、调试运行中发现的问题

空调系统完成之时正值夏季，空调调试时发现厂房内部相对湿度过高，即使是二次再热盘管加热量已经到达了100%的程度，房间相对湿度也都达到了70%~80%的情况，而原设计是靠二次再热盘管来调节相对湿度，也就是说按照原有设计系统已经无法有效地控制相对湿度了。在确认完全是按照设计的图纸及参数进行设备材料选型、采购以及施工的情况下，通过多次分析，发现相对湿度过大原因是厂房设备还未全部投入使用，设备发热量远远小于设计值，而且工人人数也未达到设计人数。因此除了建筑负荷和照明负荷之外，没有其它负荷，造成空调室内相对湿度偏大。因此必须对原空调系统进行改造，以达到业主的即使厂房没有投入使用也必须达到设计湿度要求，即完全无负荷状态也要达到恒温恒湿要求。

5、改造的设计方案及调试

5.1 空调改造方案

为了尽量减少改造对系统的影响，同时满足温湿度要求:改造的方案是将原先一次回风系统改为二次回风系统，在空调箱上增加一次回风管路，并且保留了原先的二次再热功能。所有操作均在空调箱机房内进行，不影响车间内部运营，可在较短时间内解决问题，并且能保证在生产线完全关闭或一条生产线运行时或生产线全开状况下车间相对湿度控制在 40%~60%内。

5.2 第一次自控改造方案

改造后空调系统控制方案也做了大幅改动，需要比原系统增加了二次风阀的控制，第一次控制方案以《实用供热空调设计手册》相关二次回风章节内容为参照方案，即以调节二次回风比例来控制房间温度，而以控制盘管水阀来调节房间湿度，具体的控制方案如下

(1)夏季模式

温度控制:根据回风温度调节调节二次回风开度，当温度>22℃，减小一次回风开度，当温度<22℃，增大二次回风开度，并保持总风量不变。反之，则相反。

湿度控制:根据回风湿度调节冷水阀开度，当相对湿度>50%，增大冷水阀开度，当相对湿度<50%，减小冷水阀开度。

(2)冬季模式

温度控制:二次回风完全关闭。根据回风温度调节冷水阀开度，当温度>22℃，增大冷水阀开度，当温度＜22℃，减小冷水阀开度。

湿度控制:二次回风完全关闭。根据回风湿度调节蒸汽加湿阀开度，当相对湿度<50%，增大蒸汽阀开度，当相对湿度>50%，减小蒸汽加湿阀开度。

5.3 调试中的自控方案调整

在实际的前几次调试中，都发现湿度还是不能有效的控制，夏季相对湿度只能基本上控制在65%左右，且观察相对湿度曲线变化较大，表明盘管水阀无法有效调节房间相对湿度，因此笔者想到既然空调改造原理可行，那就试着将控制相对湿度的工具改成调节二次回风比例，即以二次回风来控制房间湿度，而以盘管水阀来调节房间温度:调整后的自控方案如下:

(1)夏季:温度控制:根据回风温度调节冷水阀开度，当温度>22℃，增大冷水阀开度，当温度<22℃，减小冷水阀开度。

湿度控制:根据回风湿度调节二次回风开度，当相对湿度>50%，增大二次回风开度，减小一次回风开度，并保持总风量不变。反之，则相反。

当二次回风阀开至100%，而室内相对湿度仍然>50%时，立即自动打开再热热水阀门，增大热水阀门开度，直至相对湿度降至50%，此时室内温度仍由冷水阀控制。反之，则按先减小热水阀门开度，再减小二次回风开度的顺序调节。(2)冬季模式:温度控制:二次回风完全关闭。根据回风温度调节冷水阀开度，当温度>22℃，增大冷水阀开度，当温度<22℃，减小冷水阀开度。

湿度控制:二次回风完全关闭。根据回风湿度调节蒸汽加湿阀开度，当相对湿度<50%，增大蒸汽阀开度，当相对湿度>50%，减小蒸汽加湿阀开度。

(3)冬夏季转换控制:

在秋季及春季是过渡季节，控制方式可能为夏季状态，也可能为冬季状态。判别及转换的方式为:

①在夏季状态运行时，当二次回风阀完全关闭，而室内相对湿度持续<40%、20 min时，将夏季状态切换至冬季状态。

②)在冬季季状态运行时，当蒸汽阀完全关闭，而室内相对湿度持续>60%、20min时，将冬季状态切换至夏季状经过这样调整，效果立竿见影，在自控程序刚刚改好后运行几分钟，相对湿度就一下子降下来了。

5.4 改造方案的经济因素:整个改造最大的花费仅在增设了二次回风管，以及对原有自控系统编程进行了改变，因此达到了业主的经济型要求。

6、运行效果

(1)温湿度状况:改造后现场空调温湿度情况是车间温湿度控制处于稳定的状态，完全可以达到业主的需求，那怕是最极端的情况，即不开机器、不开照明，不进人员的情况下，空调一样可以达到要求。据厂务部反映，原先自控系统温湿度探头取值来自自控系统的回风温湿度探头，而应生产线要求，自控程序温湿度探测点要以车间内经过测量局校准过的毛发湿度计为计数标准。在经过自动控制西门子公司优化温湿度取值之后，温湿度一直处于稳定状态。现场观测到的电脑记录，温度基本恒定为 22.9℃，湿度一天内在 51%~53%之间变化，翻阅两周之内的记录，温度在土2℃之内，湿度在土5%之内。后请自动控制的生产厂家西门子公司再次将程序进行优化后(优化一次回风及二次回风之间的风阀开关比例以及风阀动作延时时间等)，湿度已控制在 50%~52%之间。经过一年的运行，能达到恒温恒湿的要求，再次证明了改造的成功性。

(2)额外的节能效果:经过本次二次回风改造之后，令人惊喜的发现有了明显的节能效果，因为二次回风的使用，使得二次再热盘管基本不需使用，从而在热能方面为业主节省了一大笔费用，因此单从节能的角度来说，可以推广二次回风的设计方案。