某实验楼恒温恒湿空调改造工程设计、安装及调试
简介： 本文介绍了某实验楼，恒温恒湿空调改造工程的设计、安装及调试。空调设备采用风冷恒温恒湿空调机组，共分八个独立的空调系统。总结了该工程从设计、安装到调试，全过程的一些具体做法和体会。
关键字：恒温恒湿空调 全空气系统 电极器 自动控制
1 概述
该工程为实验楼恒温恒湿空调改造项目，共三层，空调面积约1340m2。原设空调系统，部分采用集中空调的方式,部分采用水冷柜式空调机的空调方式。系统经过多年运行，设备老化,系统陈旧,分区不合理，已不能适应当前工作的需要,为此有必要对现有系统进行技术改造,为计量实验提供必需的恒温恒湿工作环境。
2 空调设计参数、条件及空调冷负荷
2.1 设计参数
夏季室外计算干球温度33.2℃，湿球温度26.4℃
冬季室外计算干球温度-12℃，相对湿度45％
室内温度、湿度的要求见表1
根据现场观测和对原系统的分析，根据业主提出的工作需要,将实验楼改造为八个恒温恒湿空调系统，其条件、参数如表1：
系统
编号
房间名称及房号
面积
(m2)
温度
（℃）
湿度
（%RH）
工作人数
仪器发热
功率（kW）
系统1
工程技术部106
30.00
20±1.0
50±10
2
3
工程技术部107
50.00
20±1.0
50±10
3
3
交流电压室108
54.00
20±1.0
50±10
3
3
磁通量室109
49.00
20±1.0
50±10
3
3
直流仪器室110（内）
52.47
20±0.5
50±10
4
5
系统2
电容室203（内）
24.40
20±0.5
50±10
2
2
直流仪器室206(内)
23.77
20±0.5
50±10
3
3
数字仪表室210
56.63
20±1.0
50±10
2
2
交流阻抗室211(东)
54.76
20±1.0
50±10
5
3
数字仪表室211(西)
56.63
20±0.5
50±10
2
2
交流阻抗室212
25.65
20±0.5
50±10
2
2
系统3
长度基线室103
160.50
20±0.5
50±10
6
5
系统4
磁通基准室303
44.70
20±1.0
50±10
1
1
电感室304
40.00
20±1.0
50±10
2
2
交流电量室308
22.21
20±1.0
50±10
1
2
交流电量室309
41.53
20±1.0
50±10
3
2
工程技术部310
36.38
20±2.0
50±10
2
1.5
电磁测量室312
27.00
20±1.0
50±10
2
1
工程技术部318
56.63
20±2.0
50±10
3
2
交流电量室319
55.78
20±1.0
50±10
3
2
系统5
辅助室1
7.00
20±1.0
50±10
辅助室2
7.00
20±1.0
50±10
控制室
10.00
20±0.5
50±10
2
0.5
电阻测量室
32.76
20±0.5
50±10
3
5
电压测量室
27.39
20±0.5
50±10
2
5
辅助室
13.00
20±1.0
50±10
系统6
电压基准室
20.50
20±0.2
50±10
2
5
电阻基准室
20.50
20±0.2
50±10
2
5
系统7
电能基准室121
60.09
20±0.5
50±10
5
8
高压室122
50.00
20±1.0
50±10
4
5
系统8
（50万级）
光频控制室
10.00
20±1.0
50±10
2
1
试验室1
16.00
20±1.0
50±10
2
2
试验室2
16.00
20±0.5
50±10
2
2
试验室3
18.00
20±0.5
50±10
2
2
试验室4
10.00
20±0.5
50±10
2
2
试验室5
60.00
20±0.5
50±10
3
8
2.2 空调系统设计冷负荷见表２
空调系统
1
2
3
4
5
6
7
8
冷负荷
（kW）
41.98
45.91
38.42
48.81
25.9
26.33
46.42
37.72
注：新风量按每人35m3/h计算。
2.3 空调系统设计送风量见表３
空调系统
1
2
3
4
5
6
7
8
送风量
（m3/h）
11491
10279
8600
11512
5600
5600
10100
8600
注：送风温差的确定：室温允许波动范围±0.2℃，送风温差取3℃；室温允许波动范围±0.5℃，送风温差取5℃；室温允许波动范围±1～2℃，送风温差取6～7℃。
3 空调系统的设计
3.1 空调机组的选择
原机房内空调机组全部取消,新设计采用R22制冷剂,直接蒸发式制冷系统。系统1～7选用七台广东省吉荣空调设备公司生产的风冷恒温恒湿空调机组； 系统8选用一台广东省吉荣牌风冷洁净恒温恒湿空调机组。机组性能参数详见表４
空调系统
1
2
3
4
5
6
7
8
机组型号
HF49NHF49N
HF39N
HF49N
HF25N
HF25N
HF49N
HJF39N
名义制冷量（kW）
49.6
49.6
39.4
49.6
25.0
25.0
49.6
39.4
名义制热量（kW）
24.0
24.0
18.0
24.0
12.0
12.0
24.0
18.0
风量
（m3/h）
11500
11500
8600
11500
5600
5600
11500
8600
机外余压
（Pa）
600
650
420
650
350
350
500
450
量
（kg/h）
8
8
8
8
4
4
8
8
温控范围及灵敏度（℃）
18～21℃±1℃
18～21℃±1℃
18～21℃±1℃
18～21℃±1℃
18～21℃±1℃
18～21℃±1℃
18～21℃±1℃
18～21℃±1℃
湿控范围及灵敏度（％RH）
50～70
±5
50～70
±5
50～70±5
50～70±5
50～70
±5
50～70±5
50～70±5
50～70±5
3.2 空调系统的设计
风冷恒温恒湿空调机组室内机设在机房内，室外机设在机房外绿化带内。空调采用全空气系统，设送风道、送风口和回风道、回风口。经空调机组处理后的空气，通过送风道、送风口送至室内，经回风口、回风道回至机房。
3.2.1 系统1、系统2、系统4采用明装风管，侧上送上回的送风方式。送风口为铝合金双层百叶风口,回风口为铝合金单层百叶风口。
3.2.2 系统3走廊吊顶内新设主送回风管道，原室内孔板送回风系统不变。
3.2.3 系统5、系统8原空调系统室内部分送风道送风口,回风道回风口不变，送回风主管道重新设置。
3.2.4 系统6新设送、回风主管道，原室内孔板送回风系统不变。
3.2.5 系统7电能基准室，原空调系统室内部分送风道送风口,回风道回风口不变，送回风主管道重新设置；高压室新设风管，明装侧上送上回的送风方式。
3.2.6 系统风速的确定：本设计为低速风道系统，主风道风速8m/s，支风道风速4.5m/s；双层百叶送风口风速2.35m/s，单层百叶回风口风速1.88m/s；孔板送风：孔口流速2.5m/s，工作区流速0.15m/s；消声静压箱流速1.0m/s。
3.3 消声减振
3.3.1 每台恒温恒湿机组送风口处、回风口处设消声静压箱，送、回风主管道上设微穿孔板消声器，机组与风道采用帆布软连接。
3.3.2 机房内恒温恒湿机组设减振基础。
4 空调系统的自动控制
本设计为独立的空调系统，机组控制程序为送风温度控制，每个空调系统送风总管道上设一个总电加热器，每个系统各房间支风管设末端微调电加热器，根据房间温度不同要求，分别选用调功器无级控制。8个空调系统36个受控房间，设8个总风管电加热器和若干个末端微调电加热器，采用一个CPU315-2DP控制。
为了节省投资，湿度按系统控制，每台空调机组回风口处设湿度传感器，控制整个系统的湿度。
为了保证系统的防火安全，每个空调系统送风管道上设压差控制器，无风压差，电加热器则不能启动。
5 本设计方案的特点
5.1 空调冷热源采用广东吉荣牌风冷恒温恒湿空调机组,压缩机采用进口全封闭压缩机，器采用电极式器,机组设计紧凑,占地面积小,采用数字式微处理器,控制精度高,可根据设定的温湿度自动开停机，全自动控制，无需专人操作。
5.2 空调系统为独立的系统，恒温恒湿精度高，使用灵活、方便，具有显著的节能效果。
6 对其他专业的要求
本工程为改造项目，各个实验室对室内温度、湿度要求较高，故空调设备、送回风系统、自控系统应按设计规范和现场实际进行设计。
为了减少外界气候条件的干扰，恒温恒湿室在建筑处理方面，必须做一些特殊的处理，这不仅有利于保证恒温恒湿的精度，而且对空调设备的投资运行费用方面，也有着重要的意义。
6.1 维护结构的热惰性及隔汽防潮。
6.2 高精度（20±0.2℃、20±0.5℃）的房间外围最好有低精度的恒温室作套间。
6.3 尽可能将恒温恒湿室布置在建筑物的底层和北面，不宜有朝东、西、南的外墙及门窗，以减少太阳辐射热。高精度的恒温室不宜有外墙。
6.4 高精度的恒温室不宜开窗，门应做成密闭保温门，设门斗。
6.5 室内保证正压及室内温度场的均匀。
6.6 如工艺允许尽可能将局部热源设在室外或套间内。
7 空调系统的安装及调试
7.1 空调系统的安装
7.1.1 恒温恒湿机组室内外机的安装，机组的基础要找平，水平允许偏差为0.2/100。
7.1.2 空调风管的制作及安装，风管的保温，应按设计图纸和国家有关施工验收规范施工，由于该工程为改造项目，部分房间室内管道、风口不变，所以施工时要考虑新设系统与老系统管道的合理连接。
7.1.3 机组室内外机制冷剂管道的安装：压缩机排气管的水平管段应有不小于1/100的坡度坡向冷凝器，严禁U型弯。管道的焊接、试压、试漏、排污、试真空、保温、加注制冷剂，应严格按施工规范及机器说明书要求进行。
7.1.4 空调风管采用30mm厚铝箔超细玻璃棉板保温，具有保温、防火效果好的优点。
7.2 空调系统的调试
7.2.1 空调系统风量的调整，风量的调整按系统进行，从系统最末端的支干管开始，调节每个支干管上的对开多叶调节阀，使每个房间的风量达到设计的要求，调整房间送回风口叶片的角度，使房间的气流组织均匀。
7.2.2 机组的调试设定参数见表5
表5
系统
编号
房间名称及房号
送风量
（m3/h）
设定温度（℃）
设定湿度（%RH）
出口温度（℃）
送风口
温度（℃）
系统1
工程技术部106
1465
20±1.0
50±10
9.9
15
工程技术部107
2440
20±1.0
50±10
交流电压室108
2635
20±1.0
50±10
磁通量室109
2391
20±1.0
50±10
直流仪器室110（内）
2560
20±0.5
50±10
系统2
电容室203内
1160
20±0.5
50±10
9.8
15
直流仪器室206(内)
1130
20±0.5
50±10
数字仪表室210
2693
20±1.0
50±10
交流阻抗室211(东)
2603
20±1.0
50±10
数字仪表室211(西)
2693
20±0.5
50±10
交流阻抗室212
1220
20±0.5
50±10
系统3
长度基线室103
8600
20±0.5
50±10
9.7
13
系统4
磁通基准室303
1587
20±1.0
50±10
9.7
14
电感室304
1420
20±1.0
50±10
交流电量室308
789
20±1.0
50±10
交流电量室309
1475
20±1.0
50±10
工程技术部310
1292
20±2.0
50±10
电磁测量室312
959
20±1.0
50±10
工程技术部318
2010
20±2.0
50±10
交流电量室319
1980
20±1.0
50±10
系统5
辅助室1
404
20±1.0
50±10
9.9
13
辅助室2
404
20±1.0
50±10
控制室
576
20±0.5
50±10
电阻测量室
1888
20±0.5
50±10
电压测量室
1579
20±0.5
50±10
辅助室
749
20±1.0
50±10
系统6
电压基准室
2800
20±0.2
50±10
9.7
17
电阻基准室
2800
20±0.2
50±10
系统7
电能基准室121
5600
20±0.5
50±10
9.7
15
高压室122
4500
20±1.0
50±10
系统8
光频控制室
662
20±1.0
50±10
9.7
15
试验室1
1058
20±1.0
50±10
试验室2
1058
20±0.5
50±10
试验室3
1191
20±0.5
50±10
试验室4
662
20±0.5
50±10
试验室5
3969
20±0.5
50±10
7.3 系统调试中出现的问题及解决方法
7.3.1 系统5（20±0.5℃）电压实验室温度高于设计值。
7.3.2 系统6（20±0.2℃）北室温度不均匀，达不到设计要求。
7.3.3 系统7、系统8送风量较大，送风口风速较高，噪声较大。
7.3.4 经检查分析以上系统出现问题的原因及解决方法：
系统5电压实验室回风管道未全开，回风口部分被设备挡住，回风不畅。将阀门全部打开，设备移开。室内温度很快达到设计值。
系统6电压基准室、电阻基准室（20±0.2℃）二个房间内为原空调系统未变，房间内孔板送风，下部设三个回风口。北室室内有一台恒温油槽，油槽是一个不稳定的发热源，时开时停，故室内温度不均匀。另外回风口布置的不均匀，仅在室内一面墙的下部50%的长度处设3个回风口，并回风口部分被设备挡住，也是造成室内温度不均匀的因素之一。如果要达到设计要求的精度（20±0.2℃），就必须将局部热源移至室外，回风口均匀设置，回风畅通。
由于是改造项目，室内风管仍利用原系统风管，与新系统机组送风管连接，由于新系统设计风量比原系统大，故系统7、系统8送风道、送口风速较高，噪声较大。在二个系统中增设二台变频器，根据系统实际调出最佳工况。
7.4 系统检测结果
7.4.1 检测依据：GB50243－2002《通风与空调工程施工及验收规范》、设计施工图。
7.4.2 检测仪器：智能型温度自记仪，测量范围－40～85℃，准确度±0.3℃；HM34型数字式温湿度仪，测量范围0～90％RH，准确度±2％RH；便携式数据采集仪， 0～40℃，准确度±0.1℃。
7.4.3 检测条件：各实验室内设备均投入运行，空调系统连续运行24h以上，然后进行温湿度测量；依据国家标准GB50243－2002的规定，20±0.5℃的房间在工作区布5个测点，连续采集8h以上的数据。20±0.2℃的房间在工作区布9个测点，连续采集24h以上的数据。
7.4.4 检测结果：对20±0.5℃的房间，每隔10min采集各测点的数据，取平均值，连续采集8h；对20±0.2℃的房间，每隔10min采集各测点的数据，取平均值，连续采集24h，其检测结果见表6.
表6
空调系统编号
房间名称
面积
（㎡）
温度
（℃）
相对湿度
（％RH）
噪声
dB(A)
系统1
直流仪器室
52.47
19.80～20.50
45.3～58.6
42
系统2
电容室
24.40
19.50～19.70
47.9～53.0
48
交流阻抗室
23.77
19.78～19.98
44.6～50.9
43.5
数字仪表
56.63
19.79～19.90
47.8～51.5
48.5
系统3
长度基线室
160.50
19.90～20.10
57.4～60.0
43
系统5
电压测量室
32.76
19.8～20.40
46.6～48.9
58.5
电阻测量室
27.39
19.80～20.08
40.5～48.0
56
系统6
电阻基准室
20.50
19.8～20.10
46.4～48.7
56
电压基准室
20.50
19.70～20.00
46.6～50.0
48
系统7
电能基准室
160.09
19.95～20.20
49.1～59.8
54.5
系统8
试验室3
18.00
19.55～20.25
51.5～54.0
50
试验室4
10.00
19.58～19.98
50.4～52.3
43
试验室5
60.00
20.02～20.20
48.9～52.3
51
试验室1
16.00
19.95～20.15
49.9～54.4
53
试验室2
16.00
19.40～20.00
47.6～53.6
39
注：
1、表6仅列出房间温度为20±0.5℃及20±0.2℃的房间检测结果，其他房间温湿度经检测均高于设计要求值，故未列出。
2、以上为二次检测的结果，第一次除系统6（20±0.2℃）及系统5电阻测量室（20±0.5℃）未达到标准，其他均达到恒温恒湿精度的要求。经查找原因重新调试，第二次对系统6（20±0.2℃）及系统5电阻测量室（20±0.5℃）重新进行检测合格。
8 结束语
恒温恒湿实验室，采用直接蒸发式独立的恒温恒湿空调系统，具有系统简单、便于调节、操作管理方便、节能等优点。在改造工程中，要根据实验室的温湿度精度要求合理划分系统，尽可能将同精度要求的设在同一个系统。精度要求较高的房间，如20±0.2℃的房间和20±0.5℃的房间，应设独立的空调系统。
为了满足室内恒温恒湿精度的要求，恒温恒湿空调房间的换气次数，要比普通空调换气次数大，根据经验，±2℃的恒温室，换气次数约10次/h; ±1℃的恒温室，换气次数10～15次/h; ±0.5℃的恒温室，换气次数＞15次/h；±0.2℃的恒温室，换气次数＞30次/h。
气流组织设计也是影响恒温室精度的主要因素之一，在高精度的恒温恒湿室内设计气流组织，应考虑以下原则：合理的气流组织流程，充分发挥送风气流的冷却或加热作用；建立一个稳定均匀的温度场，以保证在气流到达工作区时，其平均温度与工作区的温度差不超过允许的温度波动值；气流到达工作区时，其流动速度在0.25m/s左右。±0.2℃及±0.5℃高精度的恒温恒湿室，采用全孔板和局部孔板送风，下部均匀回风，效果较好。
对±0.2℃及±0.5℃高精度的恒温恒湿室，以及同一个空调系统几个房间要求不同的温度，采用恒温恒湿空调机组时。系统设计需在风管末端设微调电加热器，根据房间温度不同要求，分别选用调功器无级控制。
该恒温恒湿实验室经过一年多的实际运行，效果良好，达到了设计要求。
☆张和平，男，1954年5月生，大学，高级工程师，中国制冷学会高级会员，广东省吉荣空调工程有限公司副总工程师。
通讯地址：北京市石景山区鲁谷小区依翠园16号楼18层
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