符合企業內控高精度要求的空調自控設計

沈彥驊*

（上海百邁博制藥有限公司，上海 201203）

符合企業內控高精度要求的空調自控設計

沈彥驊*

（上海百邁博制藥有限公司，上海 201203）

介紹采用空調箱出口控制露點溫度、各個送風區域設置熱盤管控制溫度的方法使潔凈室溫濕度控制在符合企業內控高精度要求的范圍內（溫度：20℃～24℃，相對濕度：45%～60%），并結合工程實例對其進行論證。

高精度 空調自控 露點溫度 熱盤管

*沈彥驊（1981-），男，工程師，主要從事暖通凈化空調專業設計、項目實施及管理工作。聯系地址：上海市張江高科技

園區李冰路301號，上海百邁博制藥有限公司，郵編：201203。電話：13818252383，電子郵箱：shenyanhua2005@163.com

1 引言

隨著設備、工藝要求的不斷提高，對潔凈室溫濕度的控制精度要求也越來越高，設計時只做到溫濕度控制在GMP標準范圍（溫度：18℃～26℃，相對濕度：45%～65%）已經不能滿足有些企業的內控要求。現在不少企業內控高精度要求的范圍為溫度：20℃～24℃，相對濕度：45%～60%。在潔凈室各個房間冷負荷區別較大、無散濕量的工況下，傳統的以空調箱送風溫濕度或回風溫濕度為控制對象的空調自控系統會造成潔凈室內各個房間溫濕度差異及周期性的室內溫濕度波動，無法滿足這些企業的內控要求。那么就必須采用空調箱出口控制露點溫度、各個送風區域設置熱盤管控制溫度的方法使潔凈室溫濕度控制在符合企業內控高精度要求的范圍。

2 傳統空調自控系統的缺陷

以空調箱送風溫濕度或回風溫濕度為控制對象是非常常見的空調自控系統設計方法,但是此種控制方法有以下缺陷：

1）潔凈室各個房間的送風溫度和相對濕度相同，當某個房間由于設備發熱量大等原因造成冷負荷較大時，無法單獨對其室內溫濕度進行調節，這樣就會導致各個房間溫濕度差異，甚至有超出GMP控制范圍的風險。

2）由于加濕器位于空調箱末端處理,傳統空調自控系統以溫度控制為優先級。此種控制方法在低溫高濕工況時會引起潔凈室房間溫濕度的波動。當工況為低溫高濕時，自控系統以根據空調箱送風溫度低于設定溫度比較得出的冷水閥關閉、熱水閥開啟為優先，不考慮空調箱送風相對濕度高于設定相對濕度而開啟冷水閥的指令。當送風溫度升到設定溫度時,然后再考慮除濕。雖然熱水閥開啟后，送風相對濕度是會略微下降, 但是由于冷水閥關閉,送風絕對濕度是不會下降的。當送風溫度上升到設定溫度后，相比原來的高濕工況，送風相對濕度下降的量是有限的，所以必須再開啟冷水閥進行除濕降溫過程，周而覆始會造成各房間室內溫濕度周期性的波動。

3 解決方案及控制原理和空氣處理過程分析

本設計采用空調箱出口控制露點溫度、各個送風區域設置熱盤管控制溫度的方法來解決潔凈室各個房間冷負荷區別較大、無散濕量的工況。空調自控系統以送風露點溫度控制為優先級。由圖1凈化空調流程圖所示（空調系統為全新風系統），空調功能段組合順序為：新風、初效過濾段、表冷器、風機段、均流段、加熱段、加濕段、中效過濾段。在空調箱處理階段,保證送風露點達到控制房間要求的露點溫度值,送風溫度只是進行預熱處理,由安裝在各送風區域內的再熱盤管進行送風溫度的最終處理,使房間溫度達到企業內控要求值。

由于送風露點溫度在空調箱處理階段已經達到了控制房間的要求值，房間內無散濕量，所以達到設定的房間溫度后，對應的相對濕度也符合企業內控要求。

圖1 凈化空調流程圖

3.1 監控內容

為了更好地進行潔凈室室內溫濕度和室間差壓控制，必須得到足夠的監測數據進行控制和趨勢分析。

1）室內溫濕度控制監測數據：空調箱送風機狀態及警報、區域重要房間的溫濕度及警報、空調箱出口送風溫度和送風露點溫度及警報、冷水供回水溫度、環境（外氣）溫濕度

2）室間差壓控制監測數據：送風風速及警報、風機變頻反饋頻率、區域重要房間的室內差壓及警報、空調箱初效過濾器差壓警報、空調箱中效過濾器差壓警報、排風箱中高效過濾器差壓警報、新風風閥開關狀態反饋顯示、區域重要房間的高效過濾器警報。

3）消防火災監測數據：防火閥異常狀態、火災警報信號顯示

3.2 控制原理

3.2.1 溫濕度控制原理

本設計溫濕度控制以空調箱出口風管的送風露點傳感器監測值來調節空調箱的冷水電動閥和加濕電動閥，送風溫度傳感器監測值來調節空調箱的冷水電動閥和加熱電動閥，區域重要房間的溫濕度傳感器監測值來調節再熱盤管加熱電動閥。各個電動閥與空調箱風機風壓開關聯鎖，空調箱風機關閉后，DDC發出指令，各個電動閥立即處于關閉狀態。當空調箱開啟時，DDC監測到空調箱風機運行后，根據各個傳感器的監測值與設定值相比較及設定程序中的送風露點溫度優先級，DDC開始從各個電動閥門執行機構的零點計算輸出值。控制原理詳見圖2。

圖2 溫濕度控制原理圖

3.2.2 室間差壓控制原理

室間差壓控制采用在空調箱出口風管控制送風風速的方法。在空調出口風管上安有畢托管，利用微差壓傳感器測量空調箱的全壓與靜壓的差壓，DDC將這個差壓值（動壓）轉算成送風風速。根據潔凈室風量調試后得出的空調箱出口風管送風風速監測值作為設定值，空調箱風機變頻器根據此設定值作為依據進行調節。

此種室間差壓控制設計的優點：用調節風機變頻器來代替調節空調箱出口閥門，既提高了控制精度，又可以動態適應空調箱過濾器阻力上升對風量的影響。控制原理詳見圖3。

圖3 室間差壓控制原理圖

3.3 空氣處理過程

（1） 夏季新風（圖4中的1號狀態點）在空調箱中經過初效過濾、表冷器冷卻除濕（圖4中的1→2過程）、中效過濾的過程后，達到設定的17℃送風溫度和12.55℃露點溫度（圖4中的2號狀態點）再由風管經過送風區域設置的熱盤管加熱達到所需的送風溫度后送入室內（由于各房間的顯熱負荷及換氣次數不同，故相應送風溫度也不同，圖中沒有具體表示出該點），最終使房間溫濕度達到設定的22℃溫度和55%相對濕度（圖4中的3號狀態點）。

圖4 夏季空氣處理過程i-d圖

圖5 冬季空氣處理過程i-d圖

（2）冬季新風（圖5中的1號狀態點）在空調箱中經過初效過濾、加熱盤管升溫（圖5中的1→2過程）、干蒸汽加濕器加濕（圖5中的2→3過程）、中效過濾的過程后，達到設定的17℃送風溫度和12.55℃露點溫度（圖5中的3號狀態點）。

再由風管經過送風區域設置的熱盤管加熱到所需送風溫度后送入室內，使房間溫濕度達到設定的22℃溫度和55%相對濕度（圖5中的4號狀態點）。

4 工程實例分析

4.1 工程概況

上海某藥廠微生物室為混合結構，層高為4.0m，建筑面積為151m2。其中萬級區域為85.85 m2，吊頂高度為2.4m。空調系統設計為潔凈中央空調，車間夏季冷水工況為7℃～12℃，由工廠集中處理供應；加熱采用蒸汽降壓到0.4MPa，加濕采用蒸汽降壓到0.1MPa進行處理，蒸汽由供熱公司集中供應。

4.2 工程特點

萬級區溫度20℃～24℃，相對濕度45%～60%。潔凈區設有臭氧滅菌系統。

4.3 空調箱主要技術指標

空調處理設備采用組合式空調機組，總風量為7000m3/h，新風比100%，制冷量為131.1kW，加熱量為73.1kW，加濕量為60kg/h。

4.4 施工調試過程中的注意點

為保證該方案能夠順利實施，應在調試過程中注意以下幾點：

1）每個企業要求潔凈室溫濕度不同，可通過調節各房間的設定溫度和調節空調箱出口的送風露點溫度設定值來改變整個潔凈室的溫濕度。

2）由于再熱盤管主要根據風量來選型，設計時需對每個送風區域的送風量進行精密計算。風量調試時，需盡量接近設計值，以避免達不到設定溫度。

3）再熱盤管的電動閥必須做到與送風風壓開關做連鎖，防止安全事故的發生。

4）冷水供水溫度必須為7℃～10℃，才能保證在高濕季節達到設定的送風露點溫度。

圖6 微生物室2房間設定溫度為21.8℃，設定濕度為55%時，一天的溫濕度監測數據

4.5 運行數據

圖6是空調系統調試完成后重要房間溫濕度一天的監測數據。調試后將微生物室2房間（區域重要房間）的設定溫度調節為21.8℃，設定相對濕度調節為55%。從圖中可以看出，溫度曲線（藍色曲線）范圍為21.7℃～21.9℃；相對濕度曲線（紅色曲線）范圍為53%～56%。，符合企業的內控標準。

5 結論

傳統的以空調箱送風溫濕度或回風溫濕度為控制對象的空調自控系統在潔凈室各個房間冷負荷區別較大、無散濕量的工況下不適用的原因是，空調箱送風溫濕度集中控制無法對冷負荷不同的房間進行局部溫濕度調節。采用空調箱出口控制露點溫度、各個送風區域設置熱盤管控制溫度的方法后，各個房間的室內溫濕度幾乎沒有差異，而且從監測數據趨勢圖來看，一天的波動也較小，符合企業內控的高精度要求。

[1]趙榮義，范存養，薛殿華，錢以明. 空氣調節（第三版）[M]. 北京：中國建筑工業出版社, 2002.

[2]徐德勝, 陳維剛 主編. 空調工程與設備—原理、結構、操作、維修[M]. 上海：上海交通大學出版社2001.8

[3]徐德勝, 尉遲斌 主編. 制冷工程技術辭典[M]. 上海：上海交通大學出版社, 1987

[4]尉遲斌 主編. 實用制冷與空調工程手冊[M]. 北京：機械工業出版社, 2002

[5]蔣能照 主編. 家用中央空調實用技術[M]. 北京：機械工業出版社, 2002

Design of air-conditioning automatic control system which fi t in with high-precision business internal control requirements

Shen YanHua
（Shanghai SINE Pharmaceutical Co., Ltd.，Shanghai 201206）

This article aims at introducing the following method of controlling dew point temperature at air conditioner‘s air outlets and controlling dry bulb temperature by installing heating coils in various air supply regions that makes temperature and humidity of the clean room within high-precision business internal control requirements （temperature∶ 20℃～24℃, relative humidity∶ 45%～60% ）.The engineering examples are also presented in this article for illustration.

high-precision；air-conditioning automatic control system；dew point temperature；heating coils