沈彥驊*

（上海百邁博制藥有限公司，上海 201203）

符合企業(yè)內(nèi)控高精度要求的空調(diào)自控設(shè)計(jì)

沈彥驊*

（上海百邁博制藥有限公司，上海 201203）

介紹采用空調(diào)箱出口控制露點(diǎn)溫度、各個送風(fēng)區(qū)域設(shè)置熱盤管控制溫度的方法使?jié)崈羰覝貪穸瓤刂圃诜掀髽I(yè)內(nèi)控高精度要求的范圍內(nèi)（溫度：20℃～24℃，相對濕度：45%～60%），并結(jié)合工程實(shí)例對其進(jìn)行論證。

高精度 空調(diào)自控 露點(diǎn)溫度 熱盤管

*沈彥驊（1981-），男，工程師，主要從事暖通凈化空調(diào)專業(yè)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施及管理工作。聯(lián)系地址：上海市張江高科技

園區(qū)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(shè)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(shè)計(jì)時(shí)只做到溫濕度控制在GMP標(biāo)準(zhǔn)范圍（溫度：18℃～26℃，相對濕度：45%～65%）已經(jīng)不能滿足有些企業(yè)的內(nèi)控要求。現(xiàn)在不少企業(yè)內(nèi)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(fù)荷區(qū)別較大、無散濕量的工況下，傳統(tǒng)的以空調(diào)箱送風(fēng)溫濕度或回風(fēng)溫濕度為控制對象的空調(diào)自控系統(tǒng)會造成潔凈室內(nèi)各個房間溫濕度差異及周期性的室內(nèi)溫濕度波動，無法滿足這些企業(yè)的內(nèi)控要求。那么就必須采用空調(diào)箱出口控制露點(diǎn)溫度、各個送風(fēng)區(qū)域設(shè)置熱盤管控制溫度的方法使?jié)崈羰覝貪穸瓤刂圃诜掀髽I(yè)內(nèi)控高精度要求的范圍。

2 傳統(tǒng)空調(diào)自控系統(tǒng)的缺陷

以空調(diào)箱送風(fēng)溫濕度或回風(fēng)溫濕度為控制對象是非常常見的空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(fēng)溫度和相對濕度相同，當(dāng)某個房間由于設(shè)備發(fā)熱量大等原因造成冷負(fù)荷較大時(shí)，無法單獨(dú)對其室內(nèi)溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就會導(dǎo)致各個房間溫濕度差異，甚至有超出GMP控制范圍的風(fēng)險(xiǎn)。

2）由于加濕器位于空調(diào)箱末端處理,傳統(tǒng)空調(diào)自控系統(tǒng)以溫度控制為優(yōu)先級。此種控制方法在低溫高濕工況時(shí)會引起潔凈室房間溫濕度的波動。當(dāng)工況為低溫高濕時(shí)，自控系統(tǒng)以根據(jù)空調(diào)箱送風(fēng)溫度低于設(shè)定溫度比較得出的冷水閥關(guān)閉、熱水閥開啟為優(yōu)先，不考慮空調(diào)箱送風(fēng)相對濕度高于設(shè)定相對濕度而開啟冷水閥的指令。當(dāng)送風(fēng)溫度升到設(shè)定溫度時(shí),然后再考慮除濕。雖然熱水閥開啟后，送風(fēng)相對濕度是會略微下降, 但是由于冷水閥關(guān)閉,送風(fēng)絕對濕度是不會下降的。當(dāng)送風(fēng)溫度上升到設(shè)定溫度后，相比原來的高濕工況，送風(fēng)相對濕度下降的量是有限的，所以必須再開啟冷水閥進(jìn)行除濕降溫過程，周而覆始會造成各房間室內(nèi)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(shè)計(jì)采用空調(diào)箱出口控制露點(diǎn)溫度、各個送風(fēng)區(qū)域設(shè)置熱盤管控制溫度的方法來解決潔凈室各個房間冷負(fù)荷區(qū)別較大、無散濕量的工況?？照{(diào)自控系統(tǒng)以送風(fēng)露點(diǎn)溫度控制為優(yōu)先級。由圖1凈化空調(diào)流程圖所示（空調(diào)系統(tǒng)為全新風(fēng)系統(tǒng)），空調(diào)功能段組合順序?yàn)椋盒嘛L(fēng)、初效過濾段、表冷器、風(fēng)機(jī)段、均流段、加熱段、加濕段、中效過濾段。在空調(diào)箱處理階段,保證送風(fēng)露點(diǎn)達(dá)到控制房間要求的露點(diǎn)溫度值,送風(fēng)溫度只是進(jìn)行預(yù)熱處理,由安裝在各送風(fēng)區(qū)域內(nèi)的再熱盤管進(jìn)行送風(fēng)溫度的最終處理,使房間溫度達(dá)到企業(yè)內(nèi)控要求值。

由于送風(fēng)露點(diǎn)溫度在空調(diào)箱處理階段已經(jīng)達(dá)到了控制房間的要求值，房間內(nèi)無散濕量，所以達(dá)到設(shè)定的房間溫度后，對應(yīng)的相對濕度也符合企業(yè)內(nèi)控要求。

圖1 凈化空調(diào)流程圖

3.1 監(jiān)控內(nèi)容

為了更好地進(jìn)行潔凈室室內(nèi)溫濕度和室間差壓控制，必須得到足夠的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和趨勢分析。

1）室內(nèi)溫濕度控制監(jiān)測數(shù)據(jù)：空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)狀態(tài)及警報(bào)、區(qū)域重要房間的溫濕度及警報(bào)、空調(diào)箱出口送風(fēng)溫度和送風(fēng)露點(diǎn)溫度及警報(bào)、冷水供回水溫度、環(huán)境（外氣）溫濕度

2）室間差壓控制監(jiān)測數(shù)據(jù)：送風(fēng)風(fēng)速及警報(bào)、風(fēng)機(jī)變頻反饋頻率、區(qū)域重要房間的室內(nèi)差壓及警報(bào)、空調(diào)箱初效過濾器差壓警報(bào)、空調(diào)箱中效過濾器差壓警報(bào)、排風(fēng)箱中高效過濾器差壓警報(bào)、新風(fēng)風(fēng)閥開關(guān)狀態(tài)反饋顯示、區(qū)域重要房間的高效過濾器警報(bào)。

3）消防火災(zāi)監(jiān)測數(shù)據(jù)：防火閥異常狀態(tài)、火災(zāi)警報(bào)信號顯示

3.2 控制原理

3.2.1 溫濕度控制原理

本設(shè)計(jì)溫濕度控制以空調(diào)箱出口風(fēng)管的送風(fēng)露點(diǎn)傳感器監(jiān)測值來調(diào)節(jié)空調(diào)箱的冷水電動閥和加濕電動閥，送風(fēng)溫度傳感器監(jiān)測值來調(diào)節(jié)空調(diào)箱的冷水電動閥和加熱電動閥，區(qū)域重要房間的溫濕度傳感器監(jiān)測值來調(diào)節(jié)再熱盤管加熱電動閥。各個電動閥與空調(diào)箱風(fēng)機(jī)風(fēng)壓開關(guān)聯(lián)鎖，空調(diào)箱風(fēng)機(jī)關(guān)閉后，DDC發(fā)出指令，各個電動閥立即處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)空調(diào)箱開啟時(shí)，DDC監(jiān)測到空調(diào)箱風(fēng)機(jī)運(yùn)行后，根據(jù)各個傳感器的監(jiān)測值與設(shè)定值相比較及設(shè)定程序中的送風(fēng)露點(diǎn)溫度優(yōu)先級，DDC開始從各個電動閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的零點(diǎn)計(jì)算輸出值?？刂圃碓斠妶D2。

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(diào)箱出口風(fēng)管控制送風(fēng)風(fēng)速的方法。在空調(diào)出口風(fēng)管上安有畢托管，利用微差壓傳感器測量空調(diào)箱的全壓與靜壓的差壓，DDC將這個差壓值（動壓）轉(zhuǎn)算成送風(fēng)風(fēng)速。根據(jù)潔凈室風(fēng)量調(diào)試后得出的空調(diào)箱出口風(fēng)管送風(fēng)風(fēng)速監(jiān)測值作為設(shè)定值，空調(diào)箱風(fēng)機(jī)變頻器根據(jù)此設(shè)定值作為依據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

此種室間差壓控制設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)變頻器來代替調(diào)節(jié)空調(diào)箱出口閥門，既提高了控制精度，又可以動態(tài)適應(yīng)空調(diào)箱過濾器阻力上升對風(fēng)量的影響?？刂圃碓斠妶D3。

圖3 室間差壓控制原理圖

3.3 空氣處理過程

（1） 夏季新風(fēng)（圖4中的1號狀態(tài)點(diǎn)）在空調(diào)箱中經(jīng)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(dá)到設(shè)定的17℃送風(fēng)溫度和12.55℃露點(diǎn)溫度（圖4中的2號狀態(tài)點(diǎn)）再由風(fēng)管經(jīng)過送風(fēng)區(qū)域設(shè)置的熱盤管加熱達(dá)到所需的送風(fēng)溫度后送入室內(nèi)（由于各房間的顯熱負(fù)荷及換氣次數(shù)不同，故相應(yīng)送風(fēng)溫度也不同，圖中沒有具體表示出該點(diǎn)），最終使房間溫濕度達(dá)到設(shè)定的22℃溫度和55%相對濕度（圖4中的3號狀態(tài)點(diǎn)）。

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(fēng)（圖5中的1號狀態(tài)點(diǎn)）在空調(diào)箱中經(jīng)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(dá)到設(shè)定的17℃送風(fēng)溫度和12.55℃露點(diǎn)溫度（圖5中的3號狀態(tài)點(diǎn)）。

再由風(fēng)管經(jīng)過送風(fēng)區(qū)域設(shè)置的熱盤管加熱到所需送風(fēng)溫度后送入室內(nèi)，使房間溫濕度達(dá)到設(shè)定的22℃溫度和55%相對濕度（圖5中的4號狀態(tài)點(diǎn)）。

4 工程實(shí)例分析

4.1 工程概況

上海某藥廠微生物室為混合結(jié)構(gòu)，層高為4.0m，建筑面積為151m2。其中萬級區(qū)域?yàn)?5.85 m2，吊頂高度為2.4m?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為潔凈中央空調(diào)，車間夏季冷水工況為7℃～12℃，由工廠集中處理供應(yīng)；加熱采用蒸汽降壓到0.4MPa，加濕采用蒸汽降壓到0.1MPa進(jìn)行處理，蒸汽由供熱公司集中供應(yīng)。

4.2 工程特點(diǎn)

萬級區(qū)溫度20℃～24℃，相對濕度45%～60%。潔凈區(qū)設(shè)有臭氧滅菌系統(tǒng)。

4.3 空調(diào)箱主要技術(shù)指標(biāo)

空調(diào)處理設(shè)備采用組合式空調(diào)機(jī)組，總風(fēng)量為7000m3/h，新風(fēng)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(diào)試過程中的注意點(diǎn)

為保證該方案能夠順利實(shí)施，應(yīng)在調(diào)試過程中注意以下幾點(diǎn)：

1）每個企業(yè)要求潔凈室溫濕度不同，可通過調(diào)節(jié)各房間的設(shè)定溫度和調(diào)節(jié)空調(diào)箱出口的送風(fēng)露點(diǎn)溫度設(shè)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(jù)風(fēng)量來選型，設(shè)計(jì)時(shí)需對每個送風(fēng)區(qū)域的送風(fēng)量進(jìn)行精密計(jì)算。風(fēng)量調(diào)試時(shí)，需盡量接近設(shè)計(jì)值，以避免達(dá)不到設(shè)定溫度。

3）再熱盤管的電動閥必須做到與送風(fēng)風(fēng)壓開關(guān)做連鎖，防止安全事故的發(fā)生。

4）冷水供水溫度必須為7℃～10℃，才能保證在高濕季節(jié)達(dá)到設(shè)定的送風(fēng)露點(diǎn)溫度。

圖6 微生物室2房間設(shè)定溫度為21.8℃，設(shè)定濕度為55%時(shí)，一天的溫濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)

4.5 運(yùn)行數(shù)據(jù)

圖6是空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試完成后重要房間溫濕度一天的監(jiān)測數(shù)據(jù)。調(diào)試后將微生物室2房間（區(qū)域重要房間）的設(shè)定溫度調(diào)節(jié)為21.8℃，設(shè)定相對濕度調(diào)節(jié)為55%。從圖中可以看出，溫度曲線（藍(lán)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(yè)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

傳統(tǒng)的以空調(diào)箱送風(fēng)溫濕度或回風(fēng)溫濕度為控制對象的空調(diào)自控系統(tǒng)在潔凈室各個房間冷負(fù)荷區(qū)別較大、無散濕量的工況下不適用的原因是，空調(diào)箱送風(fēng)溫濕度集中控制無法對冷負(fù)荷不同的房間進(jìn)行局部溫濕度調(diào)節(jié)。采用空調(diào)箱出口控制露點(diǎn)溫度、各個送風(fēng)區(qū)域設(shè)置熱盤管控制溫度的方法后，各個房間的室內(nèi)溫濕度幾乎沒有差異，而且從監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢圖來看，一天的波動也較小，符合企業(yè)內(nèi)控的高精度要求。

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

[2]徐德勝, 陳維剛 主編. 空調(diào)工程與設(shè)備—原理、結(jié)構(gòu)、操作、維修[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社2001.8

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[4]尉遲斌 主編. 實(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2002

[5]蔣能照 主編. 家用中央空調(diào)實(shí)用技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)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