恒温恒湿实验室设计方法及分析

　　对于同时控制温度和湿度的空调系统必须具备加热、加湿、冷却、去湿功能和完善的自控系统；为保证达到控制精度和区域内温湿度均匀，必须符合规范对送风换气次数及送风温差的规定[2]。因此，恒温恒湿空调系统通常采用全空气定风量方式。 

　　1、目前常见的三种设计方法 

　　在冬季加热加湿工况条件下，各种设计方法控制温湿度的手段是一致的，要实现湿度控制精度达到±2％也较容易，主要的区别在于夏季冷却去湿工况。 

　　(1)选用恒温恒湿空调机，机组有风冷型和水冷型两种，配备有多级电加热器和电极加湿罐及微电脑控制器。在冷却去湿工况条件下，蒸发盘管使空气温度低于露点温度而去湿，通过加热器的再热控制室内温度保持在设定值。该类机组由于冷量的调节一般仅二档或三档，机组出口空气的机器露点不易稳定，对室内相对湿度的控制能力较低，一般宜用于相对湿度控制精度在±5％的试验室。 

　　(2)选用风冷柜式空调机，加装电加热器、加湿器以及专用微机温湿度控制器，该类系统为非定型产品。在冷却去湿工况条件下，压缩机持续运行，向气流中投入相对稳定的冷量，通过闭环自动控制系统调节加热量和加湿量，从而达到设定的温度和湿度，系统抗干扰能力较强，可以达到相对湿度±2％的精度要求[3]。 

　　(3)选用空调箱以冷冻水作冷却介质，配备过滤、表冷或喷淋、加热、加湿等功能段。在冷却去湿工况条件下，由室内相对湿度信号控制送风的机器露点，室温信号控制加热器的再热量来保持室内的恒温恒湿，可以达到相对湿度±2％的精度要求[4]。 

　　2、造成能量损耗的原因分析 

　　一般情况下对实验室内湿度的干扰量可仅考虑引入室外新风时带入的湿量。为了消除新风带入的湿量对室内湿度的影响，必须将经表冷器或蒸发器后的空气处理至机器露点。而露点送风温差过大，不满足规范要求，为此需将空气再热以满足送风温差的要求，由此产生了冷热量的抵消，增大了空调系统的能耗。由于恒温恒湿室实验室一般采用全空气定风量系统，因此实际运行中当实验室内空调冷负荷减小时，只有通过提高送风温度的手段来维持室内空气参数，冷热量的抵消的情况会进一步加剧。从全年运行考虑，这部分的能量损失将是巨大的。 

　　二、非再热系统的节能设计 

　　从前面的论述中可以看出，常规恒温恒湿空调的设计通常都存在冷热抵消过程。为了避免这种情况，对空气处理过程进行了优化设计。 

　　1、在具体实现方式上，考虑到目前市场上新风空调箱对单一实验室来说，新风处理能力过大，而且将新风处理到与室内空气含湿量相同的机器露点由于焓差过大也很难实现，因此采用部分回风和新风混合的方法，一方面降低入口空气焓值，满足新风机组处理焓差能力的要求；另一方面也解决了最小规格新风机组的处理风量大于实验室所需新风量的问题。 

　　2、对新风进行集中专门处理，以除去新风中可能带入室内的多余湿量，从源头上消除了室外空气对室内相对湿度的干扰。 

　　3、回风比例由满足新风机组处理焓差能力确定，新风采用固定露点的自控方法，在控制室内温度的同时也限制了相对湿度的波动范围，避免了普通恒温恒湿机组温湿度联控时顾此失彼的现象，能很好得满足实验室控制精度的要求。 

　　三、优化设计前后的空调系统能耗分析 

　　仅从直观的再热造成冷热量抵消考虑，其实际损失的能耗应为再热量的两倍。由图2可见无效能耗应为Q=2GC（ts-tL），式中G为空调送风量(kg/s)，C为空气比热(kJ／kg·℃)。随着恒温恒湿精度要求的提高，送风温差设定值就会更小，所需换气次数和处理风量G就会增大，能量的浪费也愈加严重。而这又正是恒温恒湿类空调，特别是洁净室空调工程为获得良好的气流组织或一定的洁净度而不得不加大换气次数所必然会带来的后果。 

　　在文献[4]介绍的设计中，一间129m2的纺织品实验室，设计冷负荷为12.75KW，采用了2℃送风温差，空调送风量为18000m3/h，再热量为18.5 KW，再热量达到了设计冷负荷的1.45倍，送风换气次数高达42次/h，不但再热量损失巨大，而且风机动力消耗也极大。 

　　四、结束语 

　　空调节能离不开恒温恒湿类空调的节能，而恒温恒湿空调系统的节能，首先要采用合理的空气处理方式，杜绝冷热抵消后的节能效果是巨大的。按照笔者设计的空调处理方式，可节省再热系统所产生的能耗。同时新风机组在过渡季节的全新风运行，也可大大降低空调系统全年运行费用。因此，对于恒温恒湿实验室空调系统，本方案无疑是一种合理的节能方案。