论文部分内容阅读
【摘 要】 近几年，恒温恒湿空调技术在我国发展比较迅速，目前我国能够生产恒温恒湿空调设备的厂家已有几十家，恒温恒湿空调系统的工程应用也日趋增多。但是，人们在重视空调设备本身调控精度的同时，却忽略了恒温恒湿空调的系统设计，导致房间温湿度的精度达不到预定的要求。其实，房间的温湿度与房间的散热设备、散湿设备、房间气流组织等相关，当这些设备的散热量、散湿量及氣流组织波动很大，且温湿度的精度要求较高时，恒温恒湿空调系统的设计就会出现新的问题。
【关键词】 恒温恒湿；空调系统；地源热泵；节能；设计
引言：
恒温恒湿空调机组在许多行业特别是工业领域中广泛应用，用来满足生产工艺所需的温湿度要求。这种空调机组常常是连续运行，能耗居高不下。随着能源形势日益紧张，“节能减排”已成为当前我国生产企业面对的首要问题，生产企业节能工作势在必行。在许多精密仪器生产厂家中，维持室内温湿度的空调机组是高耗能作业组成之一。因此降低恒温恒湿空调系统的能耗，是降低生产能耗的主要组成部分。对恒温恒湿空调系统进行节能考虑和设计，是目前广大工程技术人员需要面对的问题。地源热泵是恒温恒湿空调系统中一项非常重要的技术，它是一项高效节能、绿色环保型的空调技术，已广泛应用到不同的建筑中，本文主要分析恒温恒湿空调系统节能优化设计。
1、地源热泵恒温恒湿空调系统
1.1地源热泵恒温恒湿空调系统
为了营造合适的室内热湿环境，恒温恒湿空调系统通常采用全空气一次回风系统，由于要同时控制温度和湿度，恒温恒湿空调必须具备加热、加湿、冷却、去湿功能和完善的自控系统。通常恒温恒湿空调系统由以下四个部分组成：冷热源，空气处理机组，送回风系统，以及控制系统。冷热源为空气处理提供相应的冷热量。空气处理机组内部依次设置有空气净化装置、表冷器、加热器、加湿器以及送风风机。空气净化装置包括初效过滤器、中效过滤器、化学过滤器等，用以保证空气的洁净度。表冷器使用冷水机组制得的冷冻水对空气降温除湿；加热器可以使用热水盘管，也可以使用电加热，用于对空气加热；加湿器一般利用电能使水蒸发产生蒸汽，通过将蒸汽喷入处理空气中实现加湿。送回风系统用以完成整个系统空气的循环过程，主要由风管、风阔及送风风机组成。完善的控制系统是高精度恒温恒湿环境的保障。一般的控制过程为：在被控空间内布置温湿度传感器，通过传感器探测值与被调空间温湿度设定值的比较，利用调节器不断调整加热器、加湿器的投入量，以保持空间温湿度稳定。
1.2地源热泵节能
地源热泵与普通地暖、暖气片、空调等采暖制冷最大的区别在于，后者都是完全依赖于电能或者是燃气能源进行采暖、制冷，而地源热泵只需要基本电量维持机组工作来获取地能，后者还在依赖于传统能源。其实地源热泵的节能也是相对于传统能源获取方式的节能，从这里不难看出新能源技术是何等的重要。我们平时所说的资源枯竭等等问题都是指传统能源，一旦能开发出新型能源获取方式将会很大程度上的缓解这一问题。地源热泵就走在了这一行列的前端，从目前角度来讲地源热泵属于高端节能产品，对于传统能源的依赖是采暖、制冷设备中最小的。另外由于其室外机组都是掩埋在地下的，对于任何环境基本都可以使用。
2、目前常见的恒温恒湿空调系统的设计方法
2.1热湿负荷的研究
1）热负荷的特点。测试室的冷藏陈列柜为整体式，由陈列柜柜体、制冷系统和风循环系统三部分组成。制冷系统的冷凝器放置在陈列柜的底部，陈列柜运行时，制冷系统的冷凝器散发大量的热量，是测试室内较大的热源，且随着冷藏时间的推移，冷凝器的散热量不断变化，即冷凝器的散热量不是恒定值。此外，当制冷系统运行一段时间后，其蒸发器的表面会结霜，为了保证制冷系统的正常运行，必须定期对其进行除霜，此时，控制系统会发出融霜指令，运行加热设备来进行融霜，加热设备产生的热量部分用以融霜，其他部分散失到测试室内，这部分热量不容忽视。另外，BSEN441-4标准要求在离地板1m处测试室内的照度为600lx±100lx，则室内的照明负荷需进行详细计算。
2）湿负荷的特点。食品冷藏陈列柜内的设定温度一般为0℃～5℃，温度较低，其制冷系统的蒸发器表面温度低于0℃，陈列柜内空气中的水蒸气易在蒸发器的表面结霜，所以陈列柜在运行时具有减湿功能，减湿量由一个融霜周期内的融化水量进行确定。
2.2气流组织设计
气流组织对恒温恒湿房间精度的影响较大。据相关资料显示高精度恒温恒湿空调房间的气流组织应遵从以下原则：合理的气流组织流程，应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。
为了保证陈列柜前纵平面内的水平风速要求、室内良好的温度场及流场，本设计主要采用全面孔板送风、架空活动地板回风的上送下回式气流组织，另外采用支流风道连接狭长型风口（风口内部要设有整流叶片，保证气流均匀），来满足水平风速要求。由于水平风速要求为0.1m/s～0.2m/s，所以在设计孔板送风面积时必须使工作区的垂直风速低于0.1m/s，同时，在支流风道上装设插板来控制水平风速。
陈列柜底部的冷凝器为集中热源，陈列柜制冷系统运行时，轴流风机将热量传至陈列柜的后部下方。为了有效保证室内良好的温度分布，除了增加陈列柜后上部空调送风孔板的送风面积外，还要增加后部回风口的面积，即增加局部送回风面积。
2.3风量的确定
恒温恒湿空调房间精度也会受到送风的风量的影响，一般在温度精度为±1℃的实验室，它的换气次数的范围是在10次/h～15次/h，如果温度精度的范围是在±0.5℃时，它的换气次数的范围控制在15次/h～30次/h之间。同时这个环境进行陈列柜测试的时候，室内没有工作人员，并且测试室门要是洁净室的专用密封门，所以会采用全循环风，从而使得湿度精度得到很大的提高。 3、新式的恒温恒湿节能空调
3.1新式的恒温恒湿空调系统
历年来，恒温恒湿空调都存在一个弊端，即为了使室内湿度达到特定的要求，会通过表冷器降低室内湿度，但是在这个过程中，空调设备会在一定程度上释放出冷气，使室内温度降低，因此要想达到恒温恒湿的目的，还需要对冷气进行加热，这样一来便产生了能量的消耗。
针对这个问题，相关人员进行研究，提出了一种新式的恒温恒湿空调系统。相关人员通过研究，发现夏季室内空气湿度的产生量很小，同时回风中携带湿气量也很小，可以确定室内产湿以及回风都不会对室内湿度产生很大的影响。通过实验发现，空调在工作的过程中，会带入一部分新空气进入室内，而这一部分空气含湿量十分高，是影响室内湿度的主要因素。因此，我们只要对新空气中的湿气进行特殊的处理，便可以很容易地控制室内的相对湿度平衡了。
解决办法就是在新空气进入室内之前，对其进行除湿处理，降低其湿度，再将其与回风进行混合，降温到设置温度后再将其送入室内。同时为了使空调系统能够运行这种处理模式，需要对表冷器进行改造。
具体的方法是将表冷器分为两个部分，其中一部分用于对新空气的降湿处理，安置在新空气入口处，另一部分则放在原来的地方，用于对除湿后的新空气以及回风的混合风的处理。这样一来，便可以降低因为湿度控制而产生的温度变化量，从而减少能耗。当在冬季时，由于冬季氣候相对比较干燥，所以室内湿度相对夏天来说比较好控制，室内湿度也相对稳定，所以不需要进行特殊的处理，仍采用传统的恒温恒湿空调系统冬季运行模式即可。
3.2新式空调恒温恒湿系统能耗分析
在夏季，空调带入的新空气湿度比较大，因此新式的恒温恒湿空调系统便将新空气与混合风分开来进行处理。将新空气与回风分开来处理，即对于新空气，着重处理其湿度，使得该过程承担空调全部的湿负荷；对于混合风，着重调节其温度，使得该过程只承担室内的冷负荷。
相对于传统的空调系统，这种新式的空调系统很大程度上减少了空调因湿度调节产生过冷量而必须进行的二次加热，从而减少能源的消耗与浪费。总的来说，新式恒温恒湿空调系统在减少了冷量的同时又节省了热量，因为这个过程遵循能量守恒定律，所以保证了室内湿度与温度的相对平衡。
3.3新式恒温恒湿空调系统的智能控制
随着社会的不断进步与发展，各种高新技术如计算机技术、通讯技术和自控技术被广泛应用于机器设备中，恒温恒湿空调系统也不例外。这些高新技术使得空调自动化控制具有了可能，使其对湿度的控制和对温度的控制能够根据具体的环境进行模式的自动转换以及控制。虽然这种新式恒温恒湿空调结构虽然增加了系统的初投资，但是可以在一定程度上降低运行费用。
随着科学技术的发展，恒温恒湿类空调节能技术在不断的进行优化设计，相信在以后的时间里，恒温恒湿类空调节能技术会更加的趋于完善，从而更好的促进社会的发展。
参考文献：
[1]黎洪.恒温恒湿空调系统的节能优化设计[J].低温与特气，2008，01：33-36.
[2]王培.恒温恒湿空调系统的节能研究[D].南京理工大学，2008.
[3]俞春尧.恒温恒湿空调系统节能研究[D].浙江大学，2011.
【关键词】 恒温恒湿；空调系统；地源热泵；节能；设计
引言：
恒温恒湿空调机组在许多行业特别是工业领域中广泛应用，用来满足生产工艺所需的温湿度要求。这种空调机组常常是连续运行，能耗居高不下。随着能源形势日益紧张，“节能减排”已成为当前我国生产企业面对的首要问题，生产企业节能工作势在必行。在许多精密仪器生产厂家中，维持室内温湿度的空调机组是高耗能作业组成之一。因此降低恒温恒湿空调系统的能耗，是降低生产能耗的主要组成部分。对恒温恒湿空调系统进行节能考虑和设计，是目前广大工程技术人员需要面对的问题。地源热泵是恒温恒湿空调系统中一项非常重要的技术，它是一项高效节能、绿色环保型的空调技术，已广泛应用到不同的建筑中，本文主要分析恒温恒湿空调系统节能优化设计。
1、地源热泵恒温恒湿空调系统
1.1地源热泵恒温恒湿空调系统
为了营造合适的室内热湿环境，恒温恒湿空调系统通常采用全空气一次回风系统，由于要同时控制温度和湿度，恒温恒湿空调必须具备加热、加湿、冷却、去湿功能和完善的自控系统。通常恒温恒湿空调系统由以下四个部分组成：冷热源，空气处理机组，送回风系统，以及控制系统。冷热源为空气处理提供相应的冷热量。空气处理机组内部依次设置有空气净化装置、表冷器、加热器、加湿器以及送风风机。空气净化装置包括初效过滤器、中效过滤器、化学过滤器等，用以保证空气的洁净度。表冷器使用冷水机组制得的冷冻水对空气降温除湿；加热器可以使用热水盘管，也可以使用电加热，用于对空气加热；加湿器一般利用电能使水蒸发产生蒸汽，通过将蒸汽喷入处理空气中实现加湿。送回风系统用以完成整个系统空气的循环过程，主要由风管、风阔及送风风机组成。完善的控制系统是高精度恒温恒湿环境的保障。一般的控制过程为：在被控空间内布置温湿度传感器，通过传感器探测值与被调空间温湿度设定值的比较，利用调节器不断调整加热器、加湿器的投入量，以保持空间温湿度稳定。
1.2地源热泵节能
地源热泵与普通地暖、暖气片、空调等采暖制冷最大的区别在于，后者都是完全依赖于电能或者是燃气能源进行采暖、制冷，而地源热泵只需要基本电量维持机组工作来获取地能，后者还在依赖于传统能源。其实地源热泵的节能也是相对于传统能源获取方式的节能，从这里不难看出新能源技术是何等的重要。我们平时所说的资源枯竭等等问题都是指传统能源，一旦能开发出新型能源获取方式将会很大程度上的缓解这一问题。地源热泵就走在了这一行列的前端，从目前角度来讲地源热泵属于高端节能产品，对于传统能源的依赖是采暖、制冷设备中最小的。另外由于其室外机组都是掩埋在地下的，对于任何环境基本都可以使用。
2、目前常见的恒温恒湿空调系统的设计方法
2.1热湿负荷的研究
1）热负荷的特点。测试室的冷藏陈列柜为整体式，由陈列柜柜体、制冷系统和风循环系统三部分组成。制冷系统的冷凝器放置在陈列柜的底部，陈列柜运行时，制冷系统的冷凝器散发大量的热量，是测试室内较大的热源，且随着冷藏时间的推移，冷凝器的散热量不断变化，即冷凝器的散热量不是恒定值。此外，当制冷系统运行一段时间后，其蒸发器的表面会结霜，为了保证制冷系统的正常运行，必须定期对其进行除霜，此时，控制系统会发出融霜指令，运行加热设备来进行融霜，加热设备产生的热量部分用以融霜，其他部分散失到测试室内，这部分热量不容忽视。另外，BSEN441-4标准要求在离地板1m处测试室内的照度为600lx±100lx，则室内的照明负荷需进行详细计算。
2）湿负荷的特点。食品冷藏陈列柜内的设定温度一般为0℃～5℃，温度较低，其制冷系统的蒸发器表面温度低于0℃，陈列柜内空气中的水蒸气易在蒸发器的表面结霜，所以陈列柜在运行时具有减湿功能，减湿量由一个融霜周期内的融化水量进行确定。
2.2气流组织设计
气流组织对恒温恒湿房间精度的影响较大。据相关资料显示高精度恒温恒湿空调房间的气流组织应遵从以下原则：合理的气流组织流程，应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。
为了保证陈列柜前纵平面内的水平风速要求、室内良好的温度场及流场，本设计主要采用全面孔板送风、架空活动地板回风的上送下回式气流组织，另外采用支流风道连接狭长型风口（风口内部要设有整流叶片，保证气流均匀），来满足水平风速要求。由于水平风速要求为0.1m/s～0.2m/s，所以在设计孔板送风面积时必须使工作区的垂直风速低于0.1m/s，同时，在支流风道上装设插板来控制水平风速。
陈列柜底部的冷凝器为集中热源，陈列柜制冷系统运行时，轴流风机将热量传至陈列柜的后部下方。为了有效保证室内良好的温度分布，除了增加陈列柜后上部空调送风孔板的送风面积外，还要增加后部回风口的面积，即增加局部送回风面积。
2.3风量的确定
恒温恒湿空调房间精度也会受到送风的风量的影响，一般在温度精度为±1℃的实验室，它的换气次数的范围是在10次/h～15次/h，如果温度精度的范围是在±0.5℃时，它的换气次数的范围控制在15次/h～30次/h之间。同时这个环境进行陈列柜测试的时候，室内没有工作人员，并且测试室门要是洁净室的专用密封门，所以会采用全循环风，从而使得湿度精度得到很大的提高。 3、新式的恒温恒湿节能空调
3.1新式的恒温恒湿空调系统
历年来，恒温恒湿空调都存在一个弊端，即为了使室内湿度达到特定的要求，会通过表冷器降低室内湿度，但是在这个过程中，空调设备会在一定程度上释放出冷气，使室内温度降低，因此要想达到恒温恒湿的目的，还需要对冷气进行加热，这样一来便产生了能量的消耗。
针对这个问题，相关人员进行研究，提出了一种新式的恒温恒湿空调系统。相关人员通过研究，发现夏季室内空气湿度的产生量很小，同时回风中携带湿气量也很小，可以确定室内产湿以及回风都不会对室内湿度产生很大的影响。通过实验发现，空调在工作的过程中，会带入一部分新空气进入室内，而这一部分空气含湿量十分高，是影响室内湿度的主要因素。因此，我们只要对新空气中的湿气进行特殊的处理，便可以很容易地控制室内的相对湿度平衡了。
解决办法就是在新空气进入室内之前，对其进行除湿处理，降低其湿度，再将其与回风进行混合，降温到设置温度后再将其送入室内。同时为了使空调系统能够运行这种处理模式，需要对表冷器进行改造。
具体的方法是将表冷器分为两个部分，其中一部分用于对新空气的降湿处理，安置在新空气入口处，另一部分则放在原来的地方，用于对除湿后的新空气以及回风的混合风的处理。这样一来，便可以降低因为湿度控制而产生的温度变化量，从而减少能耗。当在冬季时，由于冬季氣候相对比较干燥，所以室内湿度相对夏天来说比较好控制，室内湿度也相对稳定，所以不需要进行特殊的处理，仍采用传统的恒温恒湿空调系统冬季运行模式即可。
3.2新式空调恒温恒湿系统能耗分析
在夏季，空调带入的新空气湿度比较大，因此新式的恒温恒湿空调系统便将新空气与混合风分开来进行处理。将新空气与回风分开来处理，即对于新空气，着重处理其湿度，使得该过程承担空调全部的湿负荷；对于混合风，着重调节其温度，使得该过程只承担室内的冷负荷。
相对于传统的空调系统，这种新式的空调系统很大程度上减少了空调因湿度调节产生过冷量而必须进行的二次加热，从而减少能源的消耗与浪费。总的来说，新式恒温恒湿空调系统在减少了冷量的同时又节省了热量，因为这个过程遵循能量守恒定律，所以保证了室内湿度与温度的相对平衡。
3.3新式恒温恒湿空调系统的智能控制
随着社会的不断进步与发展，各种高新技术如计算机技术、通讯技术和自控技术被广泛应用于机器设备中，恒温恒湿空调系统也不例外。这些高新技术使得空调自动化控制具有了可能，使其对湿度的控制和对温度的控制能够根据具体的环境进行模式的自动转换以及控制。虽然这种新式恒温恒湿空调结构虽然增加了系统的初投资，但是可以在一定程度上降低运行费用。
随着科学技术的发展，恒温恒湿类空调节能技术在不断的进行优化设计，相信在以后的时间里，恒温恒湿类空调节能技术会更加的趋于完善，从而更好的促进社会的发展。
参考文献：
[1]黎洪.恒温恒湿空调系统的节能优化设计[J].低温与特气，2008，01：33-36.
[2]王培.恒温恒湿空调系统的节能研究[D].南京理工大学，2008.
[3]俞春尧.恒温恒湿空调系统节能研究[D].浙江大学，2011.