關(guān)于潔凈空調自控系統淺析

第一部分  序

一、潔凈間空調系統相關(guān)要求

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，目前在電子、制藥、食品、生物工程、醫療等領(lǐng)域對潔凈間的要求越來(lái)越高，潔凈技術(shù)也隨之發(fā)展起來(lái)。它綜合了工藝、建筑、裝飾、給排水、空氣凈化、暖通空調等各方面的技術(shù)。

按照中華人民共和國標準GBJ73-84《潔凈廠(chǎng)房設計規范》，其與空調系統相關(guān)的主要技術(shù)指標為：

A、空氣潔凈度

等級每M3空氣中≥0.5微米塵粒數每M3空氣中≥0.5微米塵粒數

100級≤35×100

1000級≤35×1000≤250

10000級≤35×10000≤2500

100000級≤35×100000≤25000

B、溫、濕度

（1）滿(mǎn)足生產(chǎn)要求；

（2）生產(chǎn)工藝無(wú)溫、濕度要求時(shí)，潔凈室溫度為20-26℃，濕度小于70％；

（3）人員凈化用室和生活用室溫度為16-28℃。

C、潔凈室正壓

潔凈室必須維持一定的正壓。不同等級的潔凈室以及潔凈區與非潔凈區之間的靜壓差，應不小于4.9Pa，潔凈區與室外的靜壓差，應不于9.8Pa.。

此外，還有對于風(fēng)量，風(fēng)速等的技術(shù)要求�？傊�，潔凈間的各項指標都非常嚴格，因此，對其進(jìn)行精確的控制就成為必須。

 

二、潔凈間空調自控系統的實(shí)現

潔凈廠(chǎng)房的空調控制，依照《潔凈室施工驗收規范》，《潔凈廠(chǎng)房設計規范應》，《采通風(fēng)與空氣調節設計規范》等國家標準.

1、空氣凈化

一般的潔凈間空間系統中，空氣化處理采用空氣過(guò)濾器。通常情況下，安裝初效過(guò)濾器和中效過(guò)濾器后，空氣潔凈度可以達到10000級。而對于的超凈要求的潔凈間還應安裝高效過(guò)濾器。這樣，空氣潔凈度可以達到更高（如100級甚至更高）。過(guò)濾器長(cháng)期使用時(shí)，濾料上沉附的灰塵將慢慢增加，這樣會(huì )增大氣流阻力，影響整個(gè)空調系統的運行。因此，工程上應對過(guò)濾器的氣流阻力變力進(jìn)行自動(dòng)檢測和報警。通常采用差壓法測量過(guò)濾器前后的壓差Pd,并將此差壓信號進(jìn)行顯示和根據設定的差壓限值報警，以便及時(shí)清理或更換。

2、溫度控制

A、一次加熱的控制

空氣一次加熱又稱(chēng)預加熱，是用來(lái)加熱新風(fēng)或加熱新風(fēng)與一次回風(fēng)的混合風(fēng)。一次加熱一般只用于冬季很冷的地區，防止新風(fēng)與一次回風(fēng)混合后達到飽和，產(chǎn)生水霧或結冰。一次加熱還應用于一次混合不允許變動(dòng)的超凈空調系統中。當采用蒸氣或熱水進(jìn)行加熱時(shí)，一般采用控制蒸氣或熱水的調節閥開(kāi)度實(shí)現溫度控制；當采用電加熱時(shí)，通過(guò)晶閘管電力控制器，控制其加熱電功率實(shí)現溫度控制。

B、二次加熱與三次加熱的控制

空氣二次加熱通常設在表冷器之后或二次回風(fēng)混合段后。二次加熱的目的是在有相對濕度要求的情況下，為了保證送風(fēng)溫度或空調室內的溫度。其控制方式與一次加熱的情況基本相同。三次加熱又成精加熱，通常是在高精度溫度控制時(shí)，用于溫度微調而設置的加熱段。其控制應根據具體情況參照上述原理實(shí)施。

3、濕度控制

A、加濕處理及控制

潔凈間空調工程中，加濕操作一般是在冬季或過(guò)渡季節空氣干燥時(shí)進(jìn)行�？諝饧訚竦姆椒ū容^多。通常采用蒸汽加濕器和電加濕器的開(kāi)關(guān)控制或功率調節。蒸汽加濕時(shí)，根據濕度控制要求，可通過(guò)對電磁閥進(jìn)行位式控制或采用二通調節閥的連續調節來(lái)實(shí)現。

B、除濕（干燥）處理及控制

空氣冷卻干燥處理常用表冷器來(lái)完成。表冷對空氣的處理的等濕冷卻二種處理過(guò)程。采用表冷器進(jìn)行濕度控制時(shí)，是通過(guò)調節表冷器的冷媒（如冷凍水）流量來(lái)實(shí)現。當濕度高于要求的值時(shí)，可通過(guò)加大冷水閥的開(kāi)度來(lái)加大其流量，實(shí)現除濕（即干燥）處理；反之減少流量，實(shí)現加濕處理。應該說(shuō)明的是，由于空氣的物理性質(zhì)，其濕度的控制相對比較復雜，方法也較多。而且，空氣的溫度和濕度二個(gè)參數在調節過(guò)程中又相互影響。如某些原因使室內溫度升高，引起空氣中水蒸汽的飽和分壓變化，在絕對含濕量不變的情況下，將使相對濕度減少。因此，對其中某一參數進(jìn)行調節時(shí)，也會(huì )引起另一參數的變化。例如在夏季采用表冷器進(jìn)行除濕調節，開(kāi)大冷水閥時(shí)，在使濕度恢復正常的同時(shí)，也使溫度降低。因此，在工藝設計和自控方案設計時(shí)都應充分考慮到這一特點(diǎn)。

4、正壓控制

我國國家標準規定，不同級別潔凈室之間應大于4.9Pa,潔凈區與之間應大于9.8Pa。潔凈室內的結構等基本確定，在運行過(guò)程中，保持正壓可以通過(guò)控制新風(fēng)量或回風(fēng)量來(lái)實(shí)現。即通過(guò)控制新風(fēng)門(mén)或回風(fēng)門(mén)的開(kāi)度來(lái)實(shí)現。

5、其它控制與空調節能

對潔凈間而言，除上述必需保證的技術(shù)指標示，還有一些對于安全與節能等方面的要求。結合多年的工程實(shí)踐，主要有如下一些方面。

A、風(fēng)機故障報警。

通過(guò)檢測風(fēng)機的風(fēng)流狀態(tài)判斷風(fēng)機是否正常工作。若因電機燒毀或皮帶松動(dòng)等原因導致風(fēng)機停轉，應立即報警。

B、風(fēng)機變頻控制

為保持潔凈間內穩定的正壓或一定的新風(fēng)/回風(fēng)比，可以對機（電機）轉數實(shí)施變頻控制。實(shí)踐證明，變頻控制比單純的風(fēng)門(mén)開(kāi)度調節控制效果更佳，而且可大幅度節約電力消耗。因為在空調系統中，新風(fēng)/回的輸送占電能消耗的最大比例。而風(fēng)門(mén)控制實(shí)際上是通過(guò)節流裝置（即風(fēng)門(mén)）來(lái)實(shí)現氣流的改變。

C、水泵變頻控制

在一泵對一調節系統時(shí)，采用變頻調速（水泵轉數）實(shí)現流量控制比采用節流裝置（即調節閥）為佳。這種方式不僅體現在控制效果更佳，同時(shí)體現在大幅度節約電力消耗上。

D、節能程序

由于計算機控制系統的應用，使節能控制成為現實(shí)。即除了上述對空調系統工藝特點(diǎn)實(shí)施的節能控制手段外，計算機控制還可實(shí)現如焓差控制、夜晚循環(huán)、夜風(fēng)凈化、最佳啟停、零能量區等。當然，對于某個(gè)特定的潔凈廠(chǎng)房，其節能程序應根據其具體情況進(jìn)行編制，以達到最佳的節能效果。

第二部分  控制

一、名詞解釋

   相對濕度（Relative Humidity ）：用RH表示。表示空氣中的絕對濕度與同溫度和氣壓下的飽和絕對濕度的比值，得數是一個(gè)百分比。(也就是指某濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量與同溫度和氣壓下飽和空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量之比，這個(gè)比值用百分數表示。例如，某機房平常所說(shuō)的濕度為60%，即指相對濕度。)

絕對濕度：每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，即水蒸氣密度，單位為g/m3 。

露點(diǎn)（或霜點(diǎn)）溫度： 露點(diǎn)溫度指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說(shuō)，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)?/span>露珠時(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。在100%的相對濕度時(shí)，周?chē)�環(huán)境的溫度就是露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度越小于周?chē)�環(huán)境的溫度，結露的可能性就越小，也就意味著(zhù)空氣越干燥，露點(diǎn)不受溫度影響，但受壓力影響。

含濕量：是指濕空氣中與一千克干空氣同時(shí)并存的水蒸氣的質(zhì)量（克），常用d 來(lái)表示，單位：g/kg 干空氣。含濕量d幾乎同水蒸氣分壓力Ps成正比，而同空氣總壓力P成反比。

d=622φPs/(P－φPs)

式中P——大氣壓力（Pa）；

注解

R為普適氣體常數，且R=8.31J/(kg·K)，Mg、Mq分別為空氣和水蒸氣的摩爾質(zhì)量。

Pg——干空氣的分壓力（Pa）；

Pq——水蒸氣的分壓力（Pa）；

Ps——水蒸氣的飽和蒸汽壓(Pa)。

φ ——相對濕度(%)

焓值：空氣中的焓值是指空氣中含有的總熱量，通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準，稱(chēng)作比焓。工程中簡(jiǎn)稱(chēng)為焓，是指一千克干空氣的焓和與它相對應（1Kg干空氣中含有）的水蒸氣的焓的總和。在工程上，我們可以根據一定質(zhì)量的空氣在處理過(guò)程中比焓的變化，來(lái)判定空氣是得到熱量還是失去了熱量�？諝獾谋褥试黾颖硎究諝庵械玫綗崃�;空氣的比焓減小表示空氣中失去了熱量。濕空氣焓值計算公式化：

i=1.01t+(2500+1.84t)d 或i=(1.01+1.84d)t+2500d （kj/kg干空氣）

式中： t—空氣溫度℃

d —空氣的含濕量kg/kg干空氣

1.01 —干空氣的平均定壓比熱 kj/(kg.K)

1.84 —水蒸氣的平均定壓比熱kj/(kg.K)

2500 —0℃時(shí)水的汽化潛熱 kj/kg

二、溫度控制主要的參考參數

   環(huán)境：22℃ 相對濕度50%    露點(diǎn)溫度：11.12℃  含濕量：8.224g/kg干

   環(huán)境：18℃ 相對濕度45%    露點(diǎn)溫度：5.905℃  含濕量：5.754g/kg干

   環(huán)境：26℃ 相對濕度65%    露點(diǎn)溫度：18.926℃  含濕量：13.713g/kg干

三、單表冷控制

作為一個(gè)單表冷，表冷即作為除濕又做為降溫所用。

通過(guò)含濕量控制，設定含濕量的范圍通常設定為7-9g/kg（最大范圍：5.754-13.713g/kg）通過(guò)溫濕度傳感器的反饋值計算回風(fēng)（或主功能間）的絕對含濕量，絕對含濕量在設定范圍內則通過(guò)相對含濕量的比對做PID運算，調節冷水閥的開(kāi)度。如遇相對濕度超過(guò)設定值，溫度在合格范圍內，而且溫度沒(méi)有到設定死區溫度的上限，加熱升溫使相對濕度在合格范圍內。

絕對含濕量在設定低限以下，表冷冷水調節閥全關(guān)。

絕對含濕量在設定高限以上，表冷冷水調節閥全開(kāi)。

四、雙表冷控制

1.   在前表冷安裝露點(diǎn)溫度傳感器，檢測露點(diǎn)溫度。

通過(guò)露點(diǎn)溫度控制設定露點(diǎn)溫度為11℃ （11℃露點(diǎn)溫度對應的環(huán)境溫度：22℃ 相對濕度50% ）通過(guò)PID調節冷水閥的開(kāi)度，把露點(diǎn)溫度處理到設定值。

2.   后表冷控制

通過(guò)含濕量控制，設定含濕量的范圍通常設定為7-9g/kg（最大范圍：5.754-13.713g/kg）通過(guò)溫濕度傳感器的反饋值計算回風(fēng)（或主功能間）的絕對含濕量，絕對含濕量在設定范圍內則通過(guò)相對含濕量的比對做PID運算，調節冷水閥的開(kāi)度。如遇相對濕度超過(guò)設定值，溫度在合格范圍內，而且溫度沒(méi)有到設定死區溫度的上限，加熱升溫使相對濕度在合格范圍內。

說(shuō)明：后表冷除濕能力有限，以降溫為主。

五、壓差控制、風(fēng)量控制

1.有回風(fēng)的空調機組

壓差采用累加累減式控制，設定壓差與設定的功能間的壓差做比較，進(jìn)行累加累減式控制。累加的數值的大小會(huì )改變新風(fēng)閥控制變化的快慢，比較范圍控制壓差寬度的變化。

風(fēng)量采用累加累減式控制，設定風(fēng)量與送風(fēng)總管的風(fēng)量做比較，進(jìn)行累加累減式控制。累加的數值的大小會(huì )改變送風(fēng)機頻率控制變化的快慢，比較范圍控制風(fēng)量寬度的變化。

3.   無(wú)回風(fēng)的空調機組

因無(wú)回風(fēng)，空調的送風(fēng)機頻率和新風(fēng)閥的開(kāi)度都會(huì )影響室內壓差和風(fēng)量，因此要么固定新風(fēng)閥開(kāi)度調節風(fēng)量，要么固定頻率調節風(fēng)量。

     

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