恒温室温度控制

一、概述

1.1工程概述

随着全球经济高速发展，世界各国对保护和改善生活环境与生态环境，保障人体健康的认识越来越趋于一致。只有保护好环境，才能促进经济、社会环境的协调发展。在这种环境的驱使下，我国大多数城市都开始在郊区中兴建工业园区，逐步将现处于闹市区中的大小厂矿迁至于兴建的工业园区中。

成都成量工具有限公司是我国研制和生产精密优质量具刃具产品的

龙头企业，产品除满足国内需求外，尚出口六十多个国家和地区。该公司为国家一级计量企业。根据成都市政府东调规划，该公司迁址新都，建立新厂区。为使该工厂有关产品的生产和检定达到所需的特殊空气环境，该厂特在2号建筑部分区域中实施恒温恒湿中央空调工程。整个空调被调区域达800㎡。

该空调系统属于高精度温度控制领域，其基准室温度波动允许范围达到±0.1℃，全国仅有清华大学试验室、国家航空航天中心、上海国家检测中心等少数单位成功建立了这种系统。

因该工程为交钥匙工程，且技术含量较高，我公司在承接该工程后，立即组织技术人员对设计图纸的各项参数、指标做了反复的核算，发现原设计院的方案并不能满足建设方对各房间的技术指标的要求。我公司在取得建设单位同意的情况下，对该工程进行了深化设计。

该工程是一个边摸索、边设计、边施工的项目。

1.2高精度温度控制空调系统的特点

该空调工程分为两个系统，共15个房间，其中精度要求最高为基准室,技术要求如下

相对洁净度气流速度度温度变化温度梯度温房间名称湿度等级（m/s) （℃/h）（℃/m （℃））（%）6级无吹拂感≤0.1

≤0.2

基准室 20±0.1 30-50

为满足基准室对环境温湿度高精度的要求，受控房间对室内环境的温湿度、风量等相关技术指标有严格要求：

1、要有稳定的温度场。一是空调系统的制冷量能满足房间的负荷量，将房间内的温度控制在要求温度的大致范围内；二是房间内要有一个合理的气流组织，以便于温度的稳定。

2、要求控制精度高。一是控制元件灵敏度提高。针对温度控制精度为±0.1℃的环境控制，我们选用的温度传感器精度为±0.06℃，在现场调校后可满足±0.1℃的环境控制要求。

二、设计要点

2.1空调负荷的确定

根据建设方提供资料及成都地区气象情况计算出，整个空调系统的制冷量为30万大卡，选择制冷量为30万大卡的制冷机。

2.2风量及气流组织的确定

高精度的温度控制，需要减少一切可能的干扰，其系统必定是定风量系统，即保证送风的恒定，以及各个房间风量的恒定。因此，在以及

各支管和末端的风量平时都不其送风总管的风阀，平时运行时，

需要调节，只在风平衡调试时，根据需求风量调节各个风阀，使其满足设计值即可。

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，根据其他工程的成功经验，±0.1℃的恒温室，换气次数＞50次/h。具体风量计算见下表。

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，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；气流组织采用上送下回式（如下图），易形成均匀的温度场和速度场；

且±0.1℃高精度的恒温恒湿室换气次数高，送风量大，而房间高度小于4米，宜采用孔板送风，保证送风的均匀性，才能达到一个稳定的温度场，有利于温度的稳定。

送风孔板的因此我们把温度要求高的基准室设置为全孔板送风。．

开孔率按房间离地高度1.5米处，断面风速为0.25m/s设计。

2.3风速及风管规格

主管风速按设计规范取8m/s。考虑到支管上装有电加热器，支管风速不能过快或过慢，风速过快造成空气不能与电加热器进行良好的热交换，而风速过慢则造成空气不能将热量带走，两种情况的发生都不利于室内温度的控制。我们综合考虑电加热器的加热能力后，确定支管风速为4.5m/s时能取得较好的效果。

然后我们根据各主、支管的风量及风速确定了其相应的规格。

2.4电加热器的确定

为了确保室内温度的高精度控制，在加热手段上我们采用两级控制。在机组的送风管上安装有送风温度传感器，根据该信号系统PID调节冷水阀及机组电加热器，使机组的送风温度保持在设定的总管出风温度，当此温度湿度基本恒定后，则室外的气候变化的已基本不能影响室内温度湿度的变化；后级为支管电加热器的精调控制。由于后级为支管电加热器，因此后级控制只能加热，而室内照明、人员以及其他设备均为发热源，因此，总管上的送风温度必须低于20℃，考虑到送风风管的保温损耗等原因，可在送风温度设定的较低一些，但我们还需考虑电加热器本身的加热能力以及节能方面的考虑，不能一味降低送风温度。因此，我们将属于检测车间的发热量小的、且精度要求高的基准室所在空调系统K2-1的送风温度设置为18℃。

二次电加热器是作为后级的温度精度控制的唯一手段，是使用无必须

让电加为了使系统的具备可调节性，极调功器来对其进行调节。．热器的通常使用范围在其功率的20%-80%。因此二次电加热器就必须有足够的加热能力，为此我们在二次电加热器的选择上，让其温升能力达到了5℃。具体功率如下表：

K12

2.5温度传感器的确定

在有±0.1℃高精度控制要求的房间需加设两个温度传感器。

1、送风支管电加热器后加装送风温度传感器，一则可监测支管电加热器后的风管送风温度，监测电加热器的加热能力。二则如控制需要，可与室内温度一起参与串级控制，作为送风温度限定的控制，增加一种控制手段，但其并非实现最终的控制目标。我们风管温度传感器，精度为±0.19℃。串级控制原理为：由于室内温度传感器安装的位置距离电加热器较远，当电加热器做调节动作时，其室内温度不能实时跟随其动作快速变化，可能有较长的滞后时间，这样就有可能引起控制回路及室内温度的不断振荡，达不到稳态或达到稳态的时间较长，不能满足高精度的控制。而在电加热器后增加一温度传感器，离电加热器较近，这样当电加热器做调节控制时，该送风温度能迅速响应，把其作为一个中间环节参与控制，就能起到较快达到稳态的作用。

2、被控房间内设置温度传感器，由于基准室温度控制精度要求通过精密温度控℃的温度传感器，0.06我们选用精度为±℃，0.1±20．制的温度控制软件，在自控系统中进行数据修正调校及控制补偿，满足系统控制要求。

2.6.组合式空调器的选型

组合式空调器是整个空调系统的核心部分，负责将室内环境控制在一个稳定的范围内，对于它的选择至关重要。选择组合式空调器主要是要确定其几大重要功能，如降温、加热、除湿、加湿、过滤空气等。基准室所在系统的组合空调器的构造见下表，

组合式空调器构造表：