葛海霞

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高精度三坐標(biāo)測(cè)量室空調(diào)系統(tǒng)方案研究

葛海霞

（北京市工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100055）

高精度三坐標(biāo)測(cè)量室對(duì)空調(diào)環(huán)境的要求極高，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的復(fù)雜性和特殊性。通過(guò)調(diào)研五個(gè)項(xiàng)目的高精度三坐標(biāo)測(cè)量室，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，總結(jié)出高精度三坐標(biāo)測(cè)量室的空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)，提出三坐標(biāo)測(cè)量室空調(diào)系統(tǒng)建議方案，為此類精密空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

三坐標(biāo)測(cè)量室；空調(diào)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方案

0 引言

高精度三坐標(biāo)測(cè)量室主要用于機(jī)械、汽車、航空、軍工、模具等行業(yè)中，對(duì)各種類型的工件和模具進(jìn)行形位公差的檢測(cè)、幾何量綜合測(cè)量、沖壓件反求測(cè)量等。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種高精度的檢測(cè)設(shè)備，要求測(cè)量環(huán)境保證恒溫恒濕。因此，為保證測(cè)量精度，三坐標(biāo)測(cè)量室的空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

溫度條件對(duì)計(jì)量測(cè)試有重大影響。由于各種不同物體的膨脹系數(shù)差異甚大，因此計(jì)量時(shí)被測(cè)物體的溫度應(yīng)與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)儀器的溫度等同，如二者溫度不等會(huì)給計(jì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)帶來(lái)較大的測(cè)量誤差。在量值傳遞中必須考慮溫度條件的影響，否則所測(cè)得的數(shù)據(jù)毫無(wú)意義。測(cè)量環(huán)境溫度的變化主要包括環(huán)境溫度的變化、短時(shí)間溫度變化、長(zhǎng)時(shí)間溫度的變化、溫度梯度的變化等。為保證測(cè)量精度，必須嚴(yán)格按照要求的溫度條件進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)。

相對(duì)濕度也是保證測(cè)量精度的關(guān)鍵因素。濕度高低與金屬材料幾何尺寸無(wú)關(guān)，但對(duì)非金屬材料的幾何尺寸影響甚大。它能使儀器工作臺(tái)面變形，影響儀器精度。更為嚴(yán)重的是，若室內(nèi)相對(duì)濕度過(guò)高，加上空氣中帶酸、堿性氣體或塵埃相互結(jié)合，將促使計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器、儀器儀表表面氧化生銹，光學(xué)儀器鏡頭發(fā)霉，發(fā)光鏡鍍層脫落，甚至?xí)箖x器儀表絕緣指標(biāo)降低而把合格的儀表誤判為不合格，對(duì)粘合性不好的量塊由于室內(nèi)相對(duì)濕度過(guò)高，使不合格的量塊判為合格。為保證測(cè)量精度，必須嚴(yán)格按照要求的濕度條件進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)。

合理的空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)是保證三坐標(biāo)測(cè)量室的測(cè)量精度的前提條件。調(diào)研五個(gè)項(xiàng)目的高精度三坐標(biāo)測(cè)量室，對(duì)其空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況進(jìn)行分析研究，提出高精度三坐標(biāo)測(cè)量室的空調(diào)系統(tǒng)建議方案。

1 工程概況

調(diào)研了A某試制車間、B某焊裝車間、C某焊裝車間、D某車身車間、E某發(fā)動(dòng)機(jī)車間等五個(gè)項(xiàng)目的三坐標(biāo)測(cè)量室，五個(gè)測(cè)量室均為各車間一層的房中房。其中項(xiàng)目A、B為在舊廠房中改建新增的三坐標(biāo)測(cè)量室，C、D、E三個(gè)項(xiàng)目為廠房始建既有的三坐標(biāo)測(cè)量室。項(xiàng)目A建筑面積602m2，有兩面外墻，朝向分別為東向和北向；項(xiàng)目B建筑面積1818m2，有一面外墻，朝向?yàn)闁|向；項(xiàng)目C建筑面積3000m2，有一面外墻，朝向?yàn)槟舷颍豁?xiàng)目D建筑面積370m2，無(wú)外墻；項(xiàng)目E建筑面積300m2，無(wú)外墻。三坐標(biāo)測(cè)量室設(shè)有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、視頻測(cè)量?jī)x、計(jì)算機(jī)、測(cè)量平臺(tái)，工作人員屬于輕度勞動(dòng)。各項(xiàng)目的工藝要求室內(nèi)環(huán)境條件見(jiàn)表1。

項(xiàng)目A測(cè)量室要求室內(nèi)基準(zhǔn)溫度為20℃±1℃，溫度梯度在時(shí)間方向的要求為每小時(shí)＜1℃，每天＜2℃，每周＜2℃；溫度梯度在空間方向的要求為每米＜1℃；

項(xiàng)目B、C、D三個(gè)測(cè)量室要求室內(nèi)基準(zhǔn)溫度為22℃±1℃，溫度梯度在時(shí)間方向的要求為每小時(shí)＜1.5℃，每天＜2℃，每周＜2℃；溫度梯度在空間方向的要求為每米＜1℃；

項(xiàng)目E測(cè)量室要求室內(nèi)基準(zhǔn)溫度為20℃±1℃，溫度梯度在時(shí)間方向的要求為每小時(shí)＜0.4℃，每天＜0.8℃，每周＜1℃；溫度梯度在空間方向的要求為每米＜0.2℃。

表1 工藝要求室內(nèi)環(huán)境條件

2 方案分析

2.1 高精度三坐標(biāo)測(cè)量室的空調(diào)冷、熱、濕負(fù)荷及風(fēng)量研究

三坐標(biāo)室均為設(shè)在廠房?jī)?nèi)的房中房。夏季空調(diào)冷負(fù)荷主要包括通過(guò)外墻傳入的非穩(wěn)態(tài)傳熱形成的逐時(shí)冷負(fù)荷、人體、照明和設(shè)備等散熱形成的逐時(shí)冷負(fù)荷、內(nèi)墻及樓板溫差傳熱形成的冷負(fù)荷，以及距外墻2m范圍內(nèi)的地面?zhèn)鳠嵝纬傻睦湄?fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷。冬季空調(diào)熱負(fù)荷主要包括外墻、內(nèi)墻、樓板、地面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫差傳熱形成的熱負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷。房間濕負(fù)荷則由人員濕負(fù)荷和新風(fēng)濕負(fù)荷構(gòu)成。這五個(gè)項(xiàng)目三坐標(biāo)室的空調(diào)冷熱濕負(fù)荷見(jiàn)表2。

各個(gè)項(xiàng)目送風(fēng)量的確定，是通過(guò)比較夏季送風(fēng)溫差計(jì)算得出的送風(fēng)量、冬季送風(fēng)溫差計(jì)算得出的送風(fēng)量、房間換氣次數(shù)計(jì)算得出的送風(fēng)量，取其中較大值為送風(fēng)量。各個(gè)項(xiàng)目的新風(fēng)量的計(jì)算有所不同，項(xiàng)目A按每人30m3/h確定的新風(fēng)量；項(xiàng)目B、C、D、E按送風(fēng)量的10%計(jì)算新風(fēng)量。風(fēng)量大小見(jiàn)表2。

五個(gè)項(xiàng)目同處北京地區(qū)，但結(jié)果顯示冷熱濕負(fù)荷和風(fēng)量差異極大，原因在于各個(gè)項(xiàng)目的外墻大小、基礎(chǔ)溫度不同、臨室溫度不同，以及選用新風(fēng)量不同。因此，即使是同一地區(qū)，不同項(xiàng)目的冷熱濕負(fù)荷也應(yīng)詳細(xì)計(jì)算，不可估算，避免主機(jī)、輸配系統(tǒng)及末端設(shè)備選大而給控制、節(jié)能和環(huán)保帶來(lái)潛在問(wèn)題。

表2 各項(xiàng)目的空調(diào)冷熱濕負(fù)荷及風(fēng)量統(tǒng)計(jì)

2.2 高精度三坐標(biāo)測(cè)量室的氣流組織方案研究

五個(gè)項(xiàng)目的氣流組織方式均為上送下側(cè)回。風(fēng)口形式、個(gè)數(shù)及風(fēng)口風(fēng)速、送風(fēng)換氣次數(shù)等詳見(jiàn)表3。其中不同項(xiàng)目的送風(fēng)口形式不同，分別采用直片散流器、旋流風(fēng)口、方形散流器以及孔板送風(fēng)。回風(fēng)口均為單層百葉，其中項(xiàng)目A、D、E的回風(fēng)口距地0.4m，項(xiàng)目B及項(xiàng)目C的回風(fēng)口距地2.0m和2.8m，回風(fēng)口越近地面，空調(diào)區(qū)的氣流分布越均勻，但考慮到側(cè)墻處設(shè)有辦公設(shè)備及內(nèi)窗等，回風(fēng)口只能適當(dāng)抬高，因?yàn)闇y(cè)量臺(tái)在測(cè)量室中央部位，故測(cè)量區(qū)內(nèi)空氣速度分布及溫度分布受風(fēng)口位移影響較小。建議辦公設(shè)備盡量設(shè)在房間的短邊，以使回風(fēng)口盡量近地面布置，使整個(gè)測(cè)量室的空氣流速和溫度分布更均勻。各項(xiàng)目送回風(fēng)口布置見(jiàn)圖1～5。

表3 氣流組織方案

圖2 項(xiàng)目B送、回風(fēng)口布置圖

圖3 項(xiàng)目C送、回風(fēng)口布置圖

圖4 項(xiàng)目D送、回風(fēng)口布置圖

圖5 項(xiàng)目E送、回風(fēng)口布置圖

2.3 高精度三坐標(biāo)測(cè)量室的空氣處理方案及冷熱源方案研究

五個(gè)項(xiàng)目的空氣處理方案及冷熱源方案詳見(jiàn)表4。

表4 空氣處理方案及冷熱源方案

空調(diào)處理設(shè)備的選擇由車間的冷熱源形式?jīng)Q定，當(dāng)車間提供冷熱水時(shí)，采用組合式空調(diào)，如項(xiàng)目B、C；當(dāng)車間不供冷熱水時(shí)，采用直膨式風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組，如項(xiàng)目A、D、E。根據(jù)項(xiàng)目的安全等級(jí)要求不同，選擇是否設(shè)置備用熱源，如項(xiàng)目C，工藝要求必須設(shè)置備用熱源，一旦熱水不能滿足要求需有急救措施，不影響正常工作，故設(shè)電加熱作為備用熱源。

2.4 高精度三坐標(biāo)測(cè)量室的空調(diào)系統(tǒng)控制方案研究。

項(xiàng)目A、D、E采用的是直接膨脹風(fēng)冷式恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組，三坐標(biāo)室內(nèi)設(shè)有溫度濕度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別布置在工作臺(tái)周邊的柱子上的距地2m處。直接膨脹風(fēng)冷式恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組自帶智能集中控制器，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)控制壓縮機(jī)、冷凝器、加濕器等，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常運(yùn)行。

項(xiàng)目B采用的是直接膨脹風(fēng)冷式恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組+組合式新風(fēng)機(jī)組，與項(xiàng)目A、D、E的不同之處在于其設(shè)置了組合式新風(fēng)機(jī)組，空調(diào)控制方式的差異也在于新風(fēng)機(jī)組的控制。新風(fēng)系統(tǒng)冬季根據(jù)室外空氣條件控制熱水盤(pán)管及電加熱盤(pán)管，用于冬季處理加熱新風(fēng)；夏季新風(fēng)負(fù)荷由恒溫恒濕空調(diào)承擔(dān)，新風(fēng)機(jī)組夏季運(yùn)行時(shí)僅運(yùn)行風(fēng)機(jī)，作為新風(fēng)送風(fēng)機(jī)使用。

項(xiàng)目C采用的是組合式恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組，三坐標(biāo)室內(nèi)設(shè)有溫度濕度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別布置在工作臺(tái)周邊的柱子上的距地2m處?？照{(diào)機(jī)組自帶智能集中控制器，以執(zhí)行機(jī)組切換、風(fēng)機(jī)啟停、水閥開(kāi)關(guān)、加濕及盤(pán)管切換等動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常運(yùn)行。

3 系統(tǒng)運(yùn)行中的問(wèn)題分析與空調(diào)方案建議

五個(gè)項(xiàng)目均投入使用2年以上，對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行分析，給出了以下空調(diào)方案建議，供設(shè)計(jì)參考。

（1）項(xiàng)目B作為改造項(xiàng)目，外墻自帶保溫，故未做改造，導(dǎo)致外墻出現(xiàn)結(jié)露，使冬季加濕量不夠；另外工作臺(tái)靠外墻，工作人員反應(yīng)體感冷，建議三坐標(biāo)室應(yīng)盡量減少外墻或?qū)ν鈮M(jìn)行多層保溫，提高外墻內(nèi)表面溫度。

（2）項(xiàng)目A使用初期，冬季工況下工作區(qū)域的溫度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，分析原因是吊頂較高（7.2m），現(xiàn)場(chǎng)安裝的送風(fēng)口是貼附射流的方形散流器，導(dǎo)致冬季熱風(fēng)吹不下來(lái)，更換為直片式散流器后即解決了該問(wèn)題。項(xiàng)目B和項(xiàng)目C的吊頂也相對(duì)較高（分別為8.65m和7m），均采用旋流風(fēng)口作為送風(fēng)口，在不同工況下調(diào)節(jié)風(fēng)口送風(fēng)角度，使工作區(qū)域溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。建議當(dāng)送風(fēng)口較高時(shí)（空間溫度梯度每米＜1℃），采用直片散流器或旋流風(fēng)口作為送風(fēng)口。

（3）項(xiàng)目E原設(shè)計(jì)為方形散流器送風(fēng)，經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn)，無(wú)法滿足空間溫度梯度每米＜0.2℃的要求，后改為孔板送風(fēng)，經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn)，能達(dá)到該精度要求，后按此方案施工，投入使用后環(huán)境溫度濕度滿足工藝要求。

4 結(jié)論

通過(guò)調(diào)研五個(gè)項(xiàng)目的高精度三坐標(biāo)測(cè)量室，對(duì)其空調(diào)系統(tǒng)的冷熱濕負(fù)荷及風(fēng)量、氣流組織、空氣處理及冷熱源方案、空調(diào)系統(tǒng)控制方案等進(jìn)行研究，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行情況，得出以下方案建議，為此類精密空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

（1）當(dāng)三坐標(biāo)測(cè)量室設(shè)有辦公設(shè)備時(shí)，建議辦公設(shè)備盡量設(shè)在房間的短邊，以使回風(fēng)口布置在長(zhǎng)邊近地面處，使整個(gè)測(cè)量室的空氣流速和溫度分布更均勻。

（2）無(wú)論是新建還是改造項(xiàng)目，建議三坐標(biāo)測(cè)量室應(yīng)盡量減少外墻，若有外墻宜對(duì)外墻進(jìn)行多層保溫，提高外墻內(nèi)表面溫度，防止結(jié)露及保證空調(diào)區(qū)域的溫度梯度。

（3）當(dāng)送風(fēng)口較高時(shí)，建議采用直片散流器或旋流風(fēng)口作為送風(fēng)口，使熱風(fēng)能夠送至工作區(qū)，保證冬季溫度梯度的要求。

（4）當(dāng)空間溫度梯度要求較高時(shí)（如項(xiàng)目E要求每米＜0.2℃），建議采用孔板送風(fēng)。

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Study on Air Conditioning System for High Precision CMM Room

Ge Haixia

( Beijing Industrial Designing & Researching Institute Co., Ltd, Beijing, 100055 )

There is a high requirement for air conditioning environment in High Precision CMM room. The design of air conditioning system has certain complexity and particularity. By researching the air conditioning system in five projects, the characteristics of air conditioning system in CMM room are summarized, the proposal of air conditioning system in three coordinate measuring room is proposed. The reference is provided for the optimization design of this kind of precision air conditioning system.

CMM room; air conditioning system; scheme design

TU831

A

葛海霞（1985.10-），女，碩士，工程師，E-mail：gehaixia2015@126.com

2017-11-01

1671-6612（2018）05-528-06