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恒温恒湿房设计方案

作者:南京恒标自动化科技有限公司 发布于:2021-06-18 11:26:58 点击量:855

恒温恒湿房设计方案

恒标依据恒温恒湿标准规划设计方案。

设计数据来源:

1、 恒温恒湿室技术要求

a) 符合ISO、GB标准。

b) 根据甲方要求恒温恒湿实验室设置精度

c) 风速0.25m/s。

2、 建筑要求

a) 建筑物周围无强磁场、震动、热源、异味、污染等。

b) 建筑物层高应在3.0m以上(梁下净空高度)。

3、 恒温室建设要求

a) 送风方式:上送风下回风或上送风侧回风或下送风上回风等,具体根据不同行业确定气流组织。

b) 室内净空高度为2.35-2.70m。

c) 无窗,减少门的数量。

d) 新建实验室的恒温室内不设上下水、供暖管线设施。改建实验室的恒温室内上下水、供暖管线设施应按规范作隔热防潮处理。

4、 空调机房建设要求

a) 应建在有外墙的位置。

b) 独立供电系统和接地系统。

c) 设有上下水,下水作防异味处理。

5、 保温墙面要求

λ=0.021~0.12Kcal/m·H·℃(λ=0.0244~0.1395w/m·k)范围内,吸水率不大于10%,热绝缘性能优,耐水性能好,难燃,绿色环保、尺寸稳定性能好的材料.

6、 保温材料导热系数λ=0.0267~0.0289w/m·k,满足要求。

  恒温恒湿空调系统的任务,是将室内的温湿度及洁净度控制在一定的波动范围内,以满足工业生产、科学研究等特殊场合对室内环境的要求。近年来,随着我国生产力的发展和科技水平的不断提高,恒温恒湿空调系统的应用场合越来越多,温湿度要求也不断提高。在电子、医药、计量、纺织、光学仪器和农业育种等领域,恒温恒湿空调系统的精度和可靠性直接关系着产品的品质以及实验结果的准确性。在系统的冷热源配置、空气热湿处理、气流组织和系统控制等方面均与舒适性空调系统存在较大差异。结合近年来典型工程实践,讨论恒温恒湿系统设计中需要注意的若干问题。 1. 室内环境参数的确定 恒温恒湿间室内环境参数的确定取决于产品、实验对像或实验设备的要求。不同的精度和可靠性等要求,往往使恒温恒湿系统的复杂性大不相同,也极大地关系到系统的初投资和运行费用。肓目地提高精度要求,往往会导致初投资和运行费用成倍增加;相反,如果精度要求过低,将可能直接导致生产、实验活动的失败。因此,在系统设计之前,需要暖通专业人员与使用方根据生产和实验对像的要求,准确地提出室内环境的要求。 

主要包括: 1)控制区域。在某些生产、实验过程中,需要对整个房间的温湿度进行控制。但更多的情况是只须对特定的生产、实验区域进行严格控制。 2)基准温湿度。很多生产、实验要求基准温湿度为固定不变的值,例如很多计量实验要求的基准温度为22 ℃,一些纺织类的生产、实验要求基准相对湿度为65%。还有一些特殊的实验过程和气候室,要求室内的基准温湿度可以根据实验要求在较大范围内进行调整,此时需要确认其变化范围和变化时间。 3)温湿度精度。恒标设计实验室温湿度精度一般包括2方面的要求,即单一控制点的时间变化率和均匀度。在参数确认阶段,必须明确精度要求的涵义。均匀度要求一般针对温度精度,可以用垂直方向和水平方向的温度梯度要求的方式提出。 4)新风要求。新风要求一般根据室内工作人员数量提出。新风对室内环境扰动极大,因此新风量的确定应该尽可能合理、准确。由于一般恒温恒湿环境所需要的换气次数较多,因此不能采用最小新风比的方法确定。 5)可靠性要求。某些实验周期较长或重要的场合,对恒温恒湿环境的可靠性有明确要求,如要求系统可连续不间断运行若干时间。此时需要在设备的备用方面加以考虑。 6)其他。某些电子医药类实验环境对净化级别有严格的要求。有一些实验需要严格控制噪声和振动。还有可能要求室内保持一定正压或负压。 2. 冷热负荷和环境扰动因素 影响恒温恒湿间热湿环境的主要扰动因素包括:围护结构、新风、人员、灯光和设备等。在恒温恒湿环境的设计中,应根据要求采取不同措施减少或消除这些因素对热湿环境的影响。主要措施包括: 1)采用内保温等措施优化围护结构的隔热性能;提高门窗的密闭性。 2)合理设置房间建筑布局,较高精度要求的恒温恒湿间一般不应设在有外窗的房间;在必要时,在高精度恒温恒湿间外应设置套间,并将套间的温度控制在合理范围内[2]。 3)提高生产、实验的自动化水平,尽量减少室内人员数量;根据实验人数和卫生要求确定新风量,减少不必要的新风量要求;在一些场合需要对新风进行单独处理后再与回风混合。4)采用发热量小的节能灯具; 5)减少实验设备的散热量,对于必须的发热设备应远离温湿度控制区域,或采取局部冷却措施。 3. 空气处理过程 与舒适性空调不同,恒温恒湿环境的冷热源容量很大程度上取决于采用什么样的空气处理过程和换气次数,而不一定取决于空调负荷的大小。总体而言,恒温恒湿系统一般采用先冷却、除湿,再加热、加湿的空气处理过程,用控制加热量和加湿量的方法控制室内温湿度的精度。 3.1 新风单独除湿 定露点控制的一次回风系统由于需要将混风处理到机器露点,往往能耗较高。因此,当面积较大,且换气次数较多时,可以考虑采用新风承担主要湿负荷的系统,此时可以适当减小循环风冷却段和加热段的容量,减少冷热抵消。该系统采用表冷和转轮除湿对新风进行处理。

由于完全由新风承担室内湿负荷,这种系统对新风除湿的要求较高,需要达到较低的含湿量。 4. 冷热源的选择 恒温恒湿系统的冷源设备可以根据实际需求采用各种不同的型式。采用直接蒸发式机组可以在同一设备内实现冷源与空气处理功能,包括风冷直接蒸发式机组和水冷直接蒸发式机组。目前的柜式恒温恒湿机组大部分均采用这2种方式,在精度和控制要求不高的场合(如±0.5 ℃),可以直接采用这种机组。 采用直接蒸发式机组时,由于风系统的隋性小,机组启停时系统温湿度变化非常剧烈,这就对控制系统的调试提出了更高的要求。因此当系统较大、精度要求较高时,一般推荐采用风冷冷水机组或水冷冷水机组制备冷水作为冷源,并单独设置空气处理机组。 需要注意的一点是,无论选择哪种型式的冷源,一般都需要其在全年具有制冷能力,包括过渡季和冬季。当采用风冷型机组时,需要考虑当地的冬季室外温度,尤其是北方地区,保证冷凝压力在合理范围内。对可靠性要求较高的场合,还应考虑冷源的备用问题。 恒温恒湿系统的热源根据需要可以选择热水、蒸汽或电加热等型式,根据控制要求可采用一级或多级加热。对于精调加热器,应选择调节性能较好的电加热器 5. 风系统和气流组织的设计 根据系统不同的精度要求,风系统应采用不同的换气次数。在系统划分时,不同基准温度要求的房间的风系统应分开独立设置。相同基准温度、不同精度要求的房间可划分为同一系统,但应采用不同的换气次数,并设置调节阀门,也可以在各送风支管上设置精调加热器。 末端气流组织形式一般采用上送下回。应确保温湿度控制区域的风速衰减至正常范围,并使送风与室内空气充分混合后进入工作区。回风口应设置在室内散热设备位置或人员活动区。当均匀度要求较高时,应采用孔板送风方式。

为了真实地反映试验环境温湿度条件还必须考虑以下参数:

控制恒定率:调节器和控制器对控制传感器所在位置的恒定控制。

传感器精度:温度和湿度传感器的不确定度。

均匀度:由空气不流通,热源、潮湿的物品,或者与相邻空间的空气流动而导致的室内温湿度的变化梯度。

例如,如果规定的条件是23℃±2℃/50%RH±5%,而且记录仪器显示相对湿度的精度控制在±2%以内。但是考虑均匀度和传感器精度以后,肯定达不到规定温湿度的要求。要达到更精确的试验温湿度条件需要考虑以下参数:

1.目前市场上最好的湿度传感器的精度为±1%。

2.通风情况下,热源的位置会影响实验室的均匀度,一般在±1%到±6%之间。

3.将以上参数加到显示的精度(±2%)会得到整个空间的精度在±4%到±9%之间。

试验箱或试验间要想真正达到规定的温湿度条件,设计者要分别考虑以下三方面因素的影响。

单点恒定率(控制部分)

在此影响因素中,必须考虑调节器与控制器间的调节变化、昼夜的变化、季节的更替以及突发情况(如试验设备的开启或关闭、开关灯或是实验室门的开启等等)对实验室内温湿度的影响。此影响因素的大小取决于设备的调节能力和控制能力。

实验室内没有突发情况引起温湿度变化时,可以对调节器短期的控制能力进行评定。调节器的调节变化方式包括降温、加热、加湿和去湿等。

昼夜的变化、季节的更替、突发情况等感应性因素和潜在性因素都将会引起实验室温湿度的高低变化,并对实验室温湿度的长期稳定造成影响。良好的封闭、与外界温湿度隔离、使用适当的方式补充空气,对减少实验室温湿度变化将起到很好的效果。

应依据最大可预期的潜在性因素和感应性因素来设计温湿度调节系统。潜在性因素主要来自于人员、泄漏、水池排放和新鲜空气的补充。感应性因素来自于灯光、实验设备、人员、泄漏和新鲜空气的补充。整个调节系统必须有能力对由于昼夜的变化、季节的更替引起的温度变化进行控制。

空气温度的精确控制要求对相对湿度进行严格控制。假设在12℃结露点上空气的含水率保持恒定,但空气温度在1.0℃之间变化,那么相对湿度就在47%和53%之间波动,0.2℃的空气温度变化将引起大于0.5%的相对湿度的变化。

传感器精度

温度传感器比湿度传感器更精确并容易校准。由于精度为0.1℃的温度传感器比较容易买到,因此湿度的测量就成为这一领域的主要问题。

目前,市场上出售的湿度传感器的公称精度大多数为+1%,这是一台新的传感器在一个温湿度相对稳定的条件下所能达到的最高精度。购买了一台湿度传感器以后,需在预期使用的整个温湿度范围内,反复验证其公称精度。例如,如果计划进行温湿度交变试验,那么应确保湿度传感器能够在预期的变化范围内进行温度的补偿并保证它的精度不会随温度而漂移。

大多数湿度传感器在相对湿度为85%到90%的情况下精度会降低。

由于湿度传感器在使用过程中精度会漂移,因此必须对其进行定期的校准。校准的间隔时间不同,取决于传感器的类型和工作环境(如温湿度变化范围、空气的洁净程度以及各种化学药品的浓度)。通常情况下,校准的间隔时间是一年,必须确认校准程度涵盖整个工作温湿度变化范围,用来校准的仪器需要有文件记录。

可溯源的意思是仪器依据一个主要标准或者引用标准进行校准。大多数的传感器都有一份出厂校准报告,这份报告只说明其生产时的精度并不能真实反映其在实际使用过程中的情况。控制器或调节器的精度是整机电路分路上传感器的精度,它们会影响读出的精度。

在系统运行过程中依据引用标准对控制传感器校准可以避免这些误差。

均匀度

均匀度是对在整个温湿度控制区域内点对点的温度和湿度的差异。影响均匀度的主要因素包括:全部热源(明显的热源与潜在的热源)、影响温湿度的负载的位置、控制传感器的位置、通风情况、空气流动量的大小、适当的隔热设施和阻隔水蒸气装置。

全部热源(灯光、实验设备、人员、从墙壁和管道透过的热量、补充空气导致的热量变化)如果在整个受控区域内完全没有对温、湿度产生影响的负载,那么均匀度将很容易控制。一个安装有3.6米×3米×3米的恒温恒湿设备的试验室内,如果室内空气流量为600CFM(每小时换气30次),并有一个3,000BTU(880瓦特)的负载,那么实验室的供给空气与回流实验室的空气温度会相差2.6℃。如果进入实验室的空气条件为23℃/50%RH并假定没有含水率的变化,那么回流实验室的空气的温湿度将为25.6℃/43%RH。增加空气流动量或者减少影响温湿度的负载,能减少这些误差。

3000BTU(880瓦特)室内负载

进入空气每小时空气流量回流空气

23℃/50%RH15次(300CFM)300立方英尺/分钟27.8℃/37%RH

23℃/50%RH30次(600CFM)600立方英尺/分钟25.6℃/43%RH

23℃/50%RH45次(900CFM)900立方英尺/分钟24.5℃/45%RH

23℃/50%RH60次(1200CFM)1200立方英尺/分钟23.9℃/48%RH

空气的流通总量是设计空调系统并使温度负载的影响降到最低的重要因素。根据具体的操作程序与室内温湿度的负载情况,每小时25次至45次的换气量是最理想的。负载的位置也是一个重要因素。如果条件允许,最好将影响温湿度的负载安装在空气回流管道的附近,尽可能避免对剩余实验室受控空间的影响。负载的位置还会影响控制传感器的位置。控制传感器不应该安装在主要影响温湿度的负载源下方或者在回流管道的下方。

空气管道应该适当的通过实验室。通常情况下,顶篷的供气管道与回流管道应该紧贴着受控温湿度实验室的外壁,应该避免供气管道与回流管道同时在顶篷的设计。

安装适当的隔热设施、阻隔水蒸气装置与通风道来隔绝周围环境的影响是非常必要的。建造通风道要得当,不能过大也不能过小。为了增加通风道内空气流通的速度,应在通风道内开一个破洞,其效果要比在试验间内开一个同样大小的破洞好很多。不建外墙、不开窗户、避免过低的天花板,这些对实验室温湿度控制都是有利的。


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