精密测量室恒温恒湿空调系统的优化设计讨论

精密测量室恒温恒湿空调系统的优化设
计讨论
摘要：精密测量室的恒温恒湿空调系统通常是工艺空调设计的一个难点，如何设计好精密测量室的空调系统，需要深入了解房间的使用特性，多专业和多维度来综合考虑设计，本文通过对某工业轴承车间的精密测量室的空调系统进行讨论分析和优化，对行业类似的项目提供一些参考和借鉴。

Optimized design on precision measuring room constant temperature and humidity air conditioning system
Schaeffler (China) Co., Ltd
Abstract: The constant temperature and humidity air conditioning design is always a difficulty for the precision measuring rooms, how to design a good air conditioning system for those rooms, we have to make a study deeply of the activities in the room, make the design through cross majors and multi-aspects. This thesis take the example from the air conditioning system of the precision measuring room in the bearing manufacturing plant for analyzing and optimizing, can be a design or optimization reference for the similar air conditioning projects.
关键词：精密测量室；恒温恒湿空调系统；优化设计
Key words: Precision measuring room; Constant temperature and humidity AC system; Optimized design
引言
精密测量室广泛应用于汽车、航空、机加工、磨具等行业对加工工件的行为
公差或几何量的测量，为了保证测量精度，对测量室的环境通常都有较高的温湿
度要求[1]，有时也对房间的温湿度精度、温度梯度、送风速度也有一定的要求，
如果空调温度不能保证，则对测量精度会产生较大的误差，如果湿度过高也会容
易导致金属部件和测量仪器生锈，所以合理可靠的空调系统是测量作业的前置条件，本文将对某工业轴承车间的三坐标精密测量室进行讨论和分析，优化空调系
统设计方案。

1.
精密测量室项目介绍
该研究讨论的精密测量室是用于德资企业大型工业轴承车间的三坐标CMM测
量室，该测量室位于该大型轴承的主生产车间内部并独立设置，房间长宽尺寸为
12m*10.75m，由于工艺要求房间内设置行车，吊顶下净高度为8.2米，同时房间
应尽量考虑更多的窗户以提高测量室的透明度和美观度。

房间的设计标准为德国GK3等级的实验室要求，室内温度控制要求20±1°C，温度空间梯度要求0.5°C / m，温度时间梯度要求不大于1°C / h，且不大于
2°C /day，相对湿度要求30%~60%，要求室内设备及人员办公处没有明显的送风感，以及保持测量设备的稳定性以及人员的舒适性。

1.
当前建筑及空调系统设计介绍
房间的结构设为钢结构，建筑围护设计为10cm的彩钢板岩棉夹芯板，房间
女儿墙高为10.3米并在顶部采用彩钢板岩棉夹芯板，测量部件进出房间使用
3.5m*
4.5m的PVC快速工业提升门，人员进出使用1.1米宽的人行门，房间采光
设计了4.5m高落地窗共计18米长，地坪表面采用聚氨酯自流平，且环房间内圈
设计隔振缝以减少主车间生产对测量室振动的传递，房间吊顶采用金属孔板材料
装饰。

空调系统为独立直膨式空调机组，其中室内机为卧式空气处理机位于主车间
吊顶安装，总风量12000m3/h，其中新风比为20%单独从室外引入，总制冷量为
70KW，再热量36KW采用电加热形式，房间送风采用散流器吊顶均布，并在房间
一侧墙底部设置两个紧邻的格栅回风口，房间的室内温度以回风风管的温度传感
器为控制点进行控制。

1.
系统优化设计方案探讨
1.
1.
围护结构的优化设计
房间围护结构的密封性能和保温性能对于恒温恒湿房间的影响较大，原设计
采用了PVC的快速工业提升门以及大面积的落地玻璃窗不利于该房间的温湿度稳定，外部热扰动较大[2]，因此需要从较大的门窗分别进行优化设计。

1.
门的优化设计
因该测量室的工艺特殊需求以及该房间在主车间内的特殊位置，且测量室与
车间内部的温差已经超过7°C，按照规范的要求必须在房间外侧增设门斗[3]，减
少开门时主车间对测量室的温度冲击而引起的较大波动，但由于该测量部件为大
轴承，需要使用车行车进行吊运进出，故很难再增加此缓冲门厅。

如果将现有的
快速提升门替换成普通分节提升门，虽然解决了保温问题，但由于分节提升门开
启时间较长，反而会增大房间的热扰动，通过与德国著名工业门供应商霍曼公司
沟通，其有一款产品为螺旋轨道快速门，可以快速开关门同时还有一定的保温性，虽然该门价格较高，但是使用在该测量室较适合。

1.
窗的优化设计
当前设计有多处落地窗，虽然较大的改善了房间的美观性和透明性，但是窗
户的传热性比彩钢板岩棉夹芯板要大，保温性较差，现建议将除工业门一侧的落
地窗保留外，其他墙面的的4.5米高落地窗均更换为1.4米高的窗，这样不但保
持了房间的透明性，同时也减少了房间的热损失。

1.
1.
冷热源的优化设计
原设计为分体式直膨恒温恒湿空调机组，相对于使用中央冷热水形式空调系
统有一定的独立运行的可靠性，直膨式系统通过启停压缩机和电加热器等原件来
控制，由于其本身的惯性问题和运行时间的限制导致了其控制精度较差[4]，而在
高精度要求的系统中一般不推荐使用，考虑到该项目的主车间本身具备常年的7℃冷冻水以及50℃空调热水，且靠近该测量室位置预留了冷热水的阀门接口，使用
中央冷热水有利于提高空调系统整体利用效率，同时高精度的冷热水控制阀更有
利于控制冷热水盘管阀门的开启度，更节能更有保证，同时该测量室有着较高的
温湿度精度要求和梯度要求，普通的直膨式恒温恒湿机的控制一般为DDC控制，
较固定的软件及控制模式不能结合该测量室的实际情况出发去编辑和控制，使用
中央冷热水加空调箱的形式，使用PLC控制器更有利于实现用户的需求。

1.
1.
空调风系统的优化设计
空调的风系统一般是由送风末端设备、送回风管路以及送回风口组成，送风
末端设备以及送回风气流组织对于恒温恒湿房间的空调系统有着较大的影响，结
合该房间的特殊需求和现有的空调设计方案，现对空调风系统作如下优化设计：1.
优化送风量
对于温度精度和梯度要求较高的房间一般是采用大风量小温差的送风形式，
当前设计的总换气次数约9.8次，虽然满足我国工艺性空调对换气次数的要求，
但由于该测量室对于温度梯度的空间要求较高，建议将风量提高到17000m3/h，换气次数约13.8次，则更有利于保证房间的温度精度及梯度要求。

1.
优化新风管路
当前设计的新风引自室外，且20%比例的新风量较大，空调需要处理较大的新风冷热负荷以及湿负荷，不利于空调的温度控制和稳定性，鉴于现有车间有中央新风送风管路，且常年送风温度在25°C左右，故考虑将新风引自该新风管路以获得较稳定温度的新风，同时也保持了室内的正压要求和人员的卫生要求。

1.
优化送回风口
现有设计的送风口为常规的散流器形式，按照现有调整增大的风量计算下来送风风速较大，室内温度场分布不均，会使人感觉到风速而不舒适，现考虑将送风支管路与送风口在吊顶里面断开而设置送风阀，将现有的吊顶板以及散流器全部更换为送风铝合金孔板，计算下来送风风速在0.27m/s左右，较好的保证了温度场的均匀性以及人员的舒适度，同时将单个回风口拉开距离分开设置在两个柱角侧，使用彩钢板岩棉夹芯板作为回风风道跟钢柱的装修包护结合在一起，既优化了房间的气流组织，也省却了现有的风管增强了房间的美观度。

1.
1.
空气处理机的优化设计
空气处理机为空调系统最重要的部件之一，最常用的几个参数为制冷量、制热量、再热量、送风量、加湿量、净化等级等，在上面的讨论中我们已经增大了送风量，下面我们将对制冷量和制热盘管进行优化设计讨论。

1.
优化制冷量
由于该测量室设置在车间里面，测量室没有考虑设置门斗，房间本身高度较
高又设计了较多较大面积的窗户，物流门较大且开关频繁，故测量室会时常有车
间侵入的冷热负荷以及湿负荷，在车间空气侵入测量室时，空调箱需要在最短的
时间内进行制冷和除湿等运行模式，因现在加大了送风量，故非常有必要将现有
的制冷量提高，计算下来建议增加到到84KW，以满足在车间不利的环境影响下可
以快速的进行制冷，以满足在低温高湿环境下的除湿要求。

1.
优化制热盘管
因冷热源优化为中央冷水的空调箱系统，常规的设计一般会使用中央空调的
热水进行加热或再热功能，但考虑到再热盘管在开启后再关闭时，盘管内滞留的
热水余热还会对冷却了的空气再进行加热，最后盘管会跟表冷后的空气温度接近，而此时空气却又被加热而影响室内的送风温度，故建议将再热盘管改为电加热器，使用可控硅进行无极调节，同时将再热量增大到52KW，以满足在高湿环境下的除
湿要求，同时对制冷盘管的进水水管再设置一组旁通阀门，将现有的热水管加设
电动阀，作为房间制热情况下的备用热源，减少制热模式下使用电加热器，节省
在制热模式下的能耗。

1.
1.
控制系统的优化设计
房间的控制系统使用全套西门子PLC控制系统及元器件，采用高精度的铂电
阻温湿度传感器以及复位时间较短的阀门执行器，原设计在送风管路和回风管道
上设置温湿度传感器，现建议在房间里高度约2.5米处的CMM测量机旁边以及温
度要求重要点位增加4个温湿度传感器，房间的控制温度由这4个重要的点位的
温湿度作为控制点位进行PID比较和计算，在HMI界面上可以显示空调系统各个
点位温湿度参数以及运行历史曲线，同时在自控界面上还考虑备选几个温度控制
模式，以方便整个自控系统在调试和运行时选择最适合房间温湿度控制的模式，
这样相对于直膨式空调的控制更灵活可靠。

1.
结语
通过以上对该测量室空调系统的优化设计分析和讨论，分别对测量室空调房
间的围护结构、空调的冷热源选择、制冷量及制热量、送风气流组织以及控制系
统都做了不同形式的优化，在实际运行时空调系统及室内温湿度均控制得较稳定。

通过此案例我们建议对于高要求的恒温恒湿房间空调系统不能全盘套用常规的设
计思维，而需要深入项目了解房间的工作特性、建筑围护结构的设计概况、整体
项目空调配置情况、不同空调系统的应用特性等多维度进行分析研究和综合设计，这样设计的空调系统才更能满足用户的要求，达到较好的运行效果。

参考文献
[1] 葛海霞.高精度三坐标测量室空调系统方案研究[J]. 制冷与空调，2018（05）:528-533.
[2] 黄培雷，杨志新，蒋哲敏.高精度计量实验室空调系统设计[J].制冷与
空调，2013（04）:343-347.
[3] GB 50736-2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国
建筑工业出版社，2012.
[4] 宋俊峰等.高精度恒温恒湿空调智能控制策略研究[J].智能建筑与智慧
城市，2018（12）:22-24.。