恒溫恒濕機(jī)選型設(shè)計(jì)案例

　　某實(shí)驗(yàn)室恒溫恒濕設(shè)計(jì)，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(dòng)幅度為±0.3℃;相對(duì)濕度為40%～60%，波動(dòng)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(shí)驗(yàn)室要求溫度波動(dòng)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(shí)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(dòng)

　　冷負(fù)荷的影響

　　(1)空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算

　　空調(diào)房間的全年負(fù)荷及顯熱負(fù)荷由負(fù)荷計(jì)算軟件計(jì)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(jì)，工作區(qū)風(fēng)速為0.20～0.25m/s。

　　設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行全面孔板的設(shè)計(jì)計(jì)算，具體的計(jì)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(jì)算送風(fēng)量Ls;

　　3)根據(jù)送風(fēng)風(fēng)速vs 和送風(fēng)量Ls，計(jì)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(dòng)范圍;

　　7)確定穩(wěn)壓層高度hw。

　　若計(jì)算結(jié)果工作區(qū)風(fēng)速超出允許風(fēng)速，則表明計(jì)算的工作區(qū)最大軸心溫差 Δtx 的結(jié)果會(huì)大于室溫允許波動(dòng)范圍，無法滿足設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算出送風(fēng)量Ls;

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

　　將計(jì)算得到的顯熱負(fù)荷 Q′與原來由軟件計(jì)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(duì)于溫度波動(dòng)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(chǎng)及速度場(chǎng)，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(jì)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(shí)，滲透空氣帶入室內(nèi)的顯熱量 Q5。

　　以上 各 項(xiàng) 中，第 2)～4)項(xiàng)值基本不可調(diào)整，第5)項(xiàng)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(xiàng)。

　　該項(xiàng)目逆向校核計(jì)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(jì)算值 Q3=71W，人體散熱計(jì)算值Q4=188W，滲透空氣帶入室內(nèi)的顯熱量計(jì)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(jì)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(dòng)幅度為±0.5 ℃下)設(shè)計(jì)計(jì)算冷負(fù)荷時(shí)應(yīng)重點(diǎn)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(jì)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(duì)恒溫間的影響，形式簡(jiǎn)單、施工方便、效果明顯。

　　2)高精度恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室建立合理氣流組織是保證溫度波動(dòng)幅度的重要措施，不可以簡(jiǎn)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(dòng)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(chǎng)和溫度場(chǎng)，才是減小溫度波動(dòng)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(jì)師在設(shè)計(jì)過程中對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和反復(fù)推敲，同時(shí)也要關(guān)注建筑、電氣等相關(guān)專業(yè)的參數(shù)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響，兼顧施工過程可能遇到的難點(diǎn)，方能使項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期的效果。