恒溫恒濕機(jī)選型設(shè)計案例

　　某實驗室恒溫恒濕設(shè)計，已知參數(shù)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(nèi)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(shè)置外墻，雖然大車間內(nèi)有舒適性空調(diào)，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(yīng)設(shè)保溫層。

　　注：恒溫恒濕室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo) D 是體現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度衰減倍數(shù)和延遲時間的綱量，D=熱阻×蓄熱系數(shù)。 D越大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性就越好，越有利于減少恒溫室的溫度波動

　　冷負(fù)荷的影響

　　(1)空調(diào)負(fù)荷的計算

　　空調(diào)房間的全年負(fù)荷及顯熱負(fù)荷由負(fù)荷計算軟件計算所得。

　　(2)送風(fēng)溫差及氣流組織

　　基于恒溫恒濕室的基準(zhǔn)溫度及室內(nèi)熱濕比情況，將送風(fēng)溫差設(shè)定為3 ℃，氣 流組織按全面孔板上送風(fēng)、下回風(fēng)設(shè)計，工作區(qū)風(fēng)速為0.20～0.25m/s。

　　設(shè)計時需要進(jìn)行全面孔板的設(shè)計計算，具體的計算步驟如下：

　　1)確定孔板送風(fēng)風(fēng)速vs;

　　2)根據(jù)房間的顯熱冷負(fù)荷Q 和送風(fēng)溫差，計算送風(fēng)量Ls;

　　3)根據(jù)送風(fēng)風(fēng)速vs 和送風(fēng)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(xiāng)和孔口數(shù)目n;

　　5)校核工作區(qū)的最大風(fēng)速vx，并使其不大于工作區(qū)的允許風(fēng)速;

　　6)校核工作區(qū)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(wěn)壓層高度hw。

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

　　1)假設(shè)工作區(qū)的最大風(fēng)速vx滿足設(shè)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(fēng)出口風(fēng)速vs;

　　3)根據(jù)vx和vs算出凈孔面積比r及孔口總面積fk;

　　4)根據(jù)孔口總面積fk計算出送風(fēng)量Ls;

　　5)根據(jù)送風(fēng)量Ls送風(fēng)溫差計算出房間的顯熱負(fù)荷Q′。

　　將計算得到的顯熱負(fù)荷 Q′與原來由軟件計算所得的顯熱負(fù)荷Q 進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn) Q′比 Q 小了許多，由此可見對于溫度波動要求高的空調(diào)區(qū)域，空調(diào)負(fù)荷是受限的。為了得到合適的溫度場及速度場，要根據(jù)工作區(qū)的允許風(fēng)速調(diào)整空調(diào)冷負(fù)荷，改進(jìn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式，使得空調(diào)冷負(fù)荷滿足校核計算所需要得到的結(jié)果。

　　為了將房間的顯熱負(fù)荷調(diào)整到需要的數(shù)值，要先分析該房間顯熱負(fù)荷的組成，該工程的房間顯熱負(fù)荷Q主要由以下幾部分組成

　　1)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量Q1;

　　2)工藝設(shè)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(nèi)沒有正壓時，滲透空氣帶入室內(nèi)的顯熱量 Q5。

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

　　該項目逆向校核計算得到的顯熱負(fù)荷Q′=727W，其 中業(yè)主提供的工藝設(shè)備散熱數(shù)據(jù)Q2=75W，照明負(fù)荷計算值 Q3=71W，人體散熱計算值Q4=188W，滲透空氣帶入室內(nèi)的顯熱量計算值Q5=0。

　　由此可以推斷出圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)的熱量最大限值Q1=393 W。由此提出設(shè)置空調(diào)隔間的方案，空調(diào)隔間設(shè)計溫度取20℃，與恒溫間無溫差傳熱，恒溫間內(nèi)墻無傳熱。這樣處理之后Q1=77W+118 W=195W

　　結(jié)論

　　1)高精度恒溫恒濕空調(diào)室(波動幅度為±0.5 ℃下)設(shè)計計算冷負(fù)荷時應(yīng)重點考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù) K 及熱惰性指標(biāo)D。可采用逆向校核計算法先算出冷負(fù)荷的最大限值，進(jìn)而采取措施減少冷負(fù)荷。該工程中設(shè)置的空調(diào)隔間及緩沖前室就是為了減少進(jìn)入恒溫室的傳熱量而采取的有效措施，調(diào)隔間及緩沖前室的存在隔絕了周邊環(huán)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(rèn)為一味地增大房間換氣次數(shù)就可以保證恒溫狀態(tài)。恰恰相反，盲目地增加換氣次數(shù)，導(dǎo)致工作區(qū)風(fēng)速過大，度波動幅度無法保證，只有盡量減少恒溫室的空調(diào)冷負(fù)荷，減少恒溫室的送風(fēng)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(diào)恒溫室是精細(xì)化的工程，需要設(shè)計師在設(shè)計過程中對各項指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)計算和反復(fù)推敲，同時也要關(guān)注建筑、電氣等相關(guān)專業(yè)的參數(shù)對空調(diào)系統(tǒng)的影響，兼顧施工過程可能遇到的難點，方能使項目達(dá)到預(yù)期的效果。