計量院高精密實驗室空調設計

邢新剛

（大連冰山空調設備有限公司，遼寧大連 116033）

·應用技術·

計量院高精密實驗室空調設計

邢新剛

（大連冰山空調設備有限公司，遼寧大連 116033）

介紹了某計量院的高精密空調設計及自動控制措施。

高精密實驗室；空調；恒溫恒濕；自動控制

1 工程概況

本工程為沈陽質量技術檢驗檢測基地，建筑面積4043 m2，高度15 m，地上2層，地下1層，本實驗樓主要用于計量院的檢測用實驗室。筆者參與了該項目的空調方案論證及確定工作，現根據項目的情況及設計者的具體設計思路整理如下。

各實驗室溫濕度要求見表1、表2。由于實驗室的溫度精度要求很高，決定采用把實驗室布置成“回字型”。高精密的實驗室布置在最里面，盡量在不影響工藝流程的情況下按精度高低由內向外布置房間，在實驗室外區用走廊隔開，這里的走廊也起到緩沖間的作用，由于基準米尺實驗室必須保證米尺的測量長度50 m，所以考慮沿外墻布置。詳見圖1。

2 系統劃分

布局確定后，確定空調型式。根據使用方提供的工藝要求，把溫濕度要求相近的實驗室劃分為一個空調系統，由于園區內有制冷機房，所以采用集中空調系統，在實驗室外區設空調機房，選用冷凍水型空調機組，由風管送入室內。由于量塊和精測實驗室的高精度要求，這三個實驗室采用直接蒸發式高精密空調機組，機組內部設置除濕用的前表冷器（新風）和混合表冷氣器，將空氣處理到一定露點，空氣在經過轉輪除濕機組處理到更低的露點，經過后級表冷調溫后送到實驗室。同時為滿足試驗人員的舒適性，另設一臺新風機組，新風經處理后送入空調機組與回風混合處理后送入房間。具體的空調機組配置見表1、表2。

地下一層高精度房間（20±0.1℃～20±0.5℃）系統配置見表1。3#樓地下一層恒溫恒濕房間（20±1℃～20±2℃）系統配置見表2。

3 氣流組織

恒溫恒濕實驗室空調系統的設計關鍵是氣流組織，為此在地下一層基準米尺、量塊1～2、精測1～5、采用頂部孔板送風，回風通過防靜電架空地板孔板回風。為了保證送風均勻穩定，送風管布置在靜壓箱內，風口由風管上部開口送入靜壓箱內。對于基準米尺實驗室比較狹長，溫濕度難于控制，采用了分段送風，分段回風，同時加大送風量，減小送風溫差。其它溫度精度±1℃的實驗室采用頂部孔板送風，回風經兩側的回風夾壁（或回風管道），下部回風。溫度精度±2℃的實驗室采用頂部散流器送風下側回風的氣流形式。見圖2。

圖1 高精密實驗室空調布置圖Fig.1 Air-conditioning layout of high precision laboratory

表1 地下一層高精度房間（20±0.1℃～20±0.5℃）系統配置Table 1 The high precision underground room（20±0.1℃～20±0.5℃）system configuration

表2 3#樓地下一層恒溫恒濕房間（20±1℃～20±2℃）系統配置Table 2 Constant temperature and humidity room（20±1℃～20±2℃）system configuration for B1 of 3#building

圖2 恒溫恒濕實驗室空調系統氣流組織Fig.2 Air flow organization of air conditioning system of the constant temperature and humidity laboratory

4 空調自動化控制系統設計

4.1 高精度空調系統溫度精度指標標準

高精度空調系統最終溫度精度指標的實現，主要由圍護結構、氣流組織、空調配置和自控系統等幾個方面實現，缺一不可。因此，自控系統的編程調試及自控器件的校驗需要大量細致的工作。最終溫度指標應通過有認證資格的第三方檢測單位的現場檢測，并以出具的檢測報告作為評判依據。根據國家計量院的一般檢測方法，并參考ISO 139：1973（E）《紡織品的調濕和試用標準大氣》標準（國內目前還沒有對計量實驗室的驗收規范和標準）。認定檢測參數應符合的標準（其中房間測點為5個）見表3。

表3 認定檢測參數應符合的標準Table 3 The criteria should bemeet for recognized detection parameters

目前房間測點的確定采用5點檢測。溫度測量點高度為甲方指定的工作臺面高度或以其高度。所有測點均布置在同一平面。測點的平面布置為：房間平面對角線交點為一點，沿對角線每條延長線各設一點，每點與交點距離相等。每點與墻面距離不小于1 m。可見為了達到檢測標準，沒有精確可靠的自控系統保證是不行的，為此我們在下面幾點上嚴格控制：

1.送風溫度的調節：采用兩級PID調節，即送風溫度的高精度調節和室內溫度的高精度調節，而送風溫度的調節是最終結果實現的基礎。這個溫度精度的實現主要是在恒溫恒濕機組中實現，通過對制冷調節閥和對控制電加熱器的可控硅調功器的PID控制參數的調整適度。

2.房間溫度的調節：通過調整可控硅調功器控制的房間內的微調電加熱器（設置在房間的送風支管內）的控制程序，實現房間溫度的精度要求。主要是反復調整DDC中此部分的PID各項系數的程序改變，經過不斷比較，以達到最穩定的溫度精度為準。

3.室內正壓的調整：為了避免和減少因房間密封及進出人員外界空氣對室內溫度的擾動，必須保證室內保持一定的空氣正壓，以10 Pa為宜。通過采用空氣壓力計的測定，并調整電動新風閥的開度，實現合適的室內空氣正壓。

4.2 冷凍水型高精度恒溫恒濕機組檢測內容

在路由器進行數據傳輸之前，需要在系統中完成注冊階段。首先，路由器將其和傳感器的公鑰(Kr,Ks)和隨機數R2發送給證書中心。然后，證書中心核實2個公鑰的身份信息，如果信息真實可靠，則生成路由器和傳感器間的會話密鑰KKA。最后，使用傳感器公鑰對會話密鑰和路由器公鑰進行加密ES，并返回給路由器。

控制內容：冷凍水型高精度恒溫恒濕機組主要位于3#樓地下一層和二層空調機房。負責地下一層檢測區域的溫度濕度調節。

監控點包括：新風、回風、送風溫濕度檢測；過濾網狀態顯示及報警；熱水流量的調節；冷水流量的調節；加濕控制；二次再熱連續調節控制；新風閥門開關控制；送風機的啟停控制、運行、故障、手自動狀態以及變頻控制；排風機的啟停控制、運行、故障。

各空調系統的參數設定值由中央站進行設定，現場由現場操作面板自動設定。

4.3 直接蒸發式高精度恒溫恒濕空調機組檢測內容

控制內容：直接蒸發式高精度恒溫恒濕機組主要位于3#樓地下一層。負責地下一層基準米尺、量塊室、精測室的溫度濕度調節。

監控點包括：新風、回風、送風溫度檢測；回風濕度檢測；過濾網狀態顯示及報警；壓縮機的邏輯啟停、故障及保護；室外冷凝風機的啟停、調節；加濕控制；電加熱連續調節控制；新風閥門開關控制；送風機的啟停控制、運行、故障、手自動狀態。

機組的內部邏輯參數由現場操作面板自動設定，溫濕度參數設定值可由中央站進行設定。

5 其它補充說明

墻壁及屋頂——為保證實驗室圍護墻體、頂板的保溫性和密封性，圍護結構均采用潔凈型50 mm厚聚苯夾芯保溫彩鋼板（企口板），彩鋼板為厚度0.5 mm的噴塑鍍鋅彩鋼板，顏色：乳白色，聚苯板容重為18 kg，安裝后壁板垂直度不超過 ±2～3 mm/m；所有墻角包括陰角、陽角、三維陰角及陽角全部鑲嵌圓弧鋁，圓弧角R≥50，鋁型材厚度不小于0.95 mm，表面氧化處理；夾芯板安裝快捷，保溫性能好，外觀易達成一致，明亮、美觀。

【】【】房間屋頂潔凈型50 mm厚聚苯夾芯保溫彩鋼板（企口板），彩鋼板下方采用600×600裝配式鋁孔板，構成一個大的送風靜壓箱，保證實驗室室內凈高3.0 m。整體采用環氧樹脂縫隙密封并做大正壓保壓試驗。

緩沖間——對于高精度要求的實驗室，為了避免人員進出對實驗室內的環境造成大的影響，設置緩沖過渡間，過渡間由實驗室余壓閥泄漏風來滿足其溫濕度及對實驗室溫濕度的保護。本工程共設置了三個緩沖過渡間。

地面處理——地下一層土建部分采用防潮處理（由土建工程完成）。溫度要求在0.5℃以內及風流速盡量小的房間地板采用600×600防靜電架空地板（配相應孔板地板用作回風口），架空地板離地面900 mm，構成一個回風靜壓箱，用作回風通道，并根據溫濕度要求做相應的地面保溫處理；并做網狀接地處理，以達到防靜電的效果。其余房間地面采用2 mm防靜電pvc地板。

［1］陸耀慶.使用供熱空調設計手冊［G］.北京：中國建筑出版社，2008.

Air Conditioning Design For High Precision Laboratory In M etrology Institute

XING Xingang
（Dalian Bingshan Air Conditioning Equipment Co.，Ltd.，Dalian 116033，China）

Describes the high precision air conditioning system design of ameasurement and controlmeasures.

automatic control；high precision lab；constant temperature and humidity；air conditioning

TU831.8

A

1007-7804（2014）03-0044-05

10.3969/j.issn.1007-7804.2014.03.013

邢新剛（1970），男，1994年畢業于中國紡織大學（現東華大學）供熱通風與空調專業，其后一直在大連冷凍機股份有限公司和大連冰山空調設備有限公司從事相關暖通空調專業的工作。

2014-04-30