风冷式恒温恒湿机组品牌（全新风多级节能型恒温恒湿机的设计）

风冷式恒温恒湿机组品牌（全新风多级节能型恒温恒湿机的设计）0 前言Gaoke Applied Science Research Institute Co. Ltd.By Qingli LiuAbstract:Aiming at high temperature and high humidity in mountainous jungle air morning and night temperature difference the status of the unattended fresh air large energy consumption high control accuracy there is a special use place that a variety of factors such as the fresh air for special design constant temperature an

江苏高科应用科学研究所有限公司/刘庆利

摘要：针对山区丛林中高温高湿空气、早晚温差大、无人值守的状况，全新风、能耗大，控制精度高、使用场所具有特殊性等多种因素制约的全新风恒温恒湿机进行特殊设计，机组制冷系统采用多级配置，梯级蒸发，对空气进行分级处理，达到控制精度和节能的效果。

关键词：全新风；山区；恒温恒湿；节能

Design of all-fresh air multistage energy-saving constant temperature and humidity machine

By Qingli Liu

Abstract:Aiming at high temperature and high humidity in mountainous jungle air morning and night temperature difference the status of the unattended fresh air large energy consumption high control accuracy there is a special use place that a variety of factors such as the fresh air for special design constant temperature and humidity machine refrigeration system using multilevel configuration cascade evaporation air classification processing to achieve the effect of control precision and energy saving.

Keywords:The fresh air The mountains Constant temperature and humidity Energy saving

Gaoke Applied Science Research Institute Co. Ltd.

0 前言

随着社会进步、科技发展，更多的场所需要对温湿度的精确控制。恒温恒湿机属于工艺性空调，可广泛应用电子工业、仪表仪器、邮电、通讯、电子厂房、计算机房、药品储存库、弹药仓库等多种特殊场合。针对一些需要使用全新风的场合，如易燃易爆车间、医院的手术室及传染病房、药检所、特殊试验室等设计一套有针对性要求的全新风恒温恒湿空调机组。本案例的使用场所需要全新风送风，室内状态点为低温低湿，外加上室外为山区丛林，气候特点是高温高湿，这就注定机组能耗大，要求控制精度高，使用环境恶劣等。本文针对实例，着重介绍恶劣工况的全新风机组设计与节能方法。

图1常规恒温恒湿机工作原理

注：1.压缩机 2.冷凝器 3.冷凝风机 4.储液器 5.过滤器 6.电磁阀 7.膨胀阀 8.蒸发器 9.电加热 10.加湿器 11.送风机

常规恒温恒湿机工作原理：根据室内温湿度要求，设计蒸发温度，制冷系统降温除湿，将空气处理到低温低湿状态，再通过电加热器提高空气温度，以实现对室温的精确控制。另外，配备电极或电热式加湿器，进行等温加湿，以实现干燥季节对室内相对湿度精确控制的需要。

一般恒温恒湿机为了达到湿度的需要，制冷系统必须采用将空气降温除湿处理，系统设计的蒸发温度就必须满足除湿露点温度的需要，相对比较低，机组的能效比也相应降低。另外，由于常规恒温恒湿机大都采用能量不可调节的压缩机，并且在控制上采用简单的双位式控制方式，即通过压缩机、电加热器和加湿器的启停来实现对温湿度的控制，这种方式对于采用回风式空调机组基本可以满足要求，但全新风机组一年四季工况变化大，山区昼夜温差甚至达到10℃以上，如果采用传统的定蒸发温度，电加热补偿方式，将会造成能量消耗增大。

2 全新风多级蒸发恒温恒湿机设计实例

项目条件：四川某部弹药发射药暂存间，温度控制范围为13℃～17℃，控制精度为±1℃，湿度控制范围为60%～80%，控制精度为±5%。基于安全要求，室内温湿度传感器必须是防爆型，适用于易燃、易爆环境中，具有防爆合格证和防爆行业生产许可证。防爆等级不低于EXdibmuAeⅡBT4。机组需采用全新风机组，使用环境为山区，环境温度：夏季42.2℃，相对湿度72%；冬季-5℃，相对湿度82%。

该系统受现场条件限制，无冷冻水、无冷却水水源可供使用，故采用风冷型直接蒸发式制冷方式。为满足机组一年四季运行，夏季高温高湿，昼夜温差大的特点，特从以下几方面进行考虑：（1）制冷系统压缩机配置，多台多系统分级工作；（2）冷凝器工作控制，恒定冷凝温度；（3）电加热PID控制投入；（4）加湿器PID控制。

2.1机组组成

主机压缩冷凝机组和空调箱，空调箱中包括初效过滤器、中效过滤器、蒸发器、电加热、电热式加湿器和送风机组成。压缩冷凝机组包括压缩机、冷凝器、冷凝风机。

2.2 机组原理，见图2。

图2 全新风多级蒸发恒温恒湿机工作原理

注：1.一级蒸发器2.二级蒸发器 3.三级蒸发器4.电加热 5.加湿器6.送风机 7.压缩机 8.冷凝器 9.冷凝风机10.过滤器 11.电磁阀12.膨胀阀13. 压力传感器 14.旁通阀

2.3设计计算

机组按换气次数15次取值，风量计算为5000m3/h。要求参数温度控制范围为13℃～17℃，控制精度为±1℃，湿度控制范围为60%～80%，控制精度为±5%，取露点温度为11℃，机组总制冷量为173kW。

第一级蒸发温度设定为12.5℃，出风温度控制在24℃，制冷量为110kW。采用双系统制冷循环，每个系统55kW 选用谷轮涡旋压缩机VR190两台，压缩机功率为12.5kW/台。

第二级蒸发温度设定为8℃，出风温度控制在16℃，制冷量为45kW，采用双系统制冷循环，每个系统22.5kW，选用谷轮涡旋压缩机VR94两台，压缩机功率为6.15kW/台。

第三级蒸发温度设定为3.5℃，出风温度控制在11℃，制冷量为23kW，采用双系统制冷循环，每个系统11.5kW，选用谷轮涡旋压缩机VR61两台，压缩机功率为4.2kW/台。其中一个系统增加热气旁通阀，用于恶劣工况的卸载。

电加热量按39kW配置，PID控制。电热式加湿器35kg/h；风机功率3.0kW；机组夏季总制冷量为178kW 制冷功率为45.7kW 风机功率为3.0kW，制冷能效为3.655。

3 性能比较

3.1节能效果比较

系统采用多级蒸发的方式，在冷凝温度相同的情况下提高前级的蒸发温度，从而提高机组的能效。

如采用常规恒温恒湿机原理设计来进行冷负荷设计与选型，机组蒸发温度设定3.5℃，出风温度控制在11℃，制冷量为178kW，如选用双系统制冷循环的话，因谷轮压缩机无这么大型号压缩机，故选3台，每个系统59.5kW，选用谷轮涡旋压缩机ZR310三台，压缩机功率为19.9kW/台。

机组夏季总制冷量为178kW 制冷功率为59.7kW 风机功率为3.0kW，制冷能效为2.84。

比较两种型式，采用多级蒸发系统方式比常规式能效比提高28.7%，压缩机节能效率达到30.6%，节能效果显著。

3.2适应工况比较

采用多级蒸发型式，可以根据新风温度判断制冷系统的启停的级别。在新风进风口安装温度探头，当新风温度高于24℃，三级制冷系统全部启动；当新风温度低于24℃且高于16℃时，一级制冷系统不启动，二、三级制冷系统启动；当新风温度低于16℃且高于11℃时，一、二级制冷系统不启动，三级制冷系统启动；当新风温度低于11℃时，电加热启动，检测新风含湿量，判断是否启动加湿器。

机组可以根据外界新风温度自动多级卸载，适用各种工况，有利于压缩机稳定运行，避免频繁启停，延长压缩机的使用寿命。而常规方式设计的恒温恒湿机，只是根据检测的室内工况进行卸载，无法提前判断，造成压缩机频繁启停，温度波动范围较大。

机组投入运行已经有一年半时间，经历春夏秋冬四季不同工况的考验，整机性能稳定，运行平稳，能保证房间温湿度波动都在控制范围内，表1是各个工况下，不同季节有代表性的机组运行记录数据摘要。

表1 四季运行记录数据

3.3其他节能控制技术原理性介绍

电加热采用PID控制，能根据蒸发器后的出风温度与设定温度之间的差值分步投入，避免了分组投入时一次性投入量过大，造成温度忽高忽低的温度波动，能将温度精确的控制在范围精度之内。

电热式加湿器的一般电加热投入采用分组控制，这样会导致加湿蒸汽的产生忽高忽低，造成湿度漂移。采用PID控制电热式加湿器的电加热量投入，能根据蒸汽需求量精细控制电加热的投入，从而控制蒸汽产生量，达到精确控制相对湿度的目的。

4 结论

根据机组实际使用场所和环境工况、使用目的，进行针对性的设计，全新风机组蒸发系统采用多级蒸发，提高前级的蒸发温度从而达到提高机组能效比和节能的目的。机组已经调试完成，正常运行已达一年之久，在一年四季各种工况下均能满足室内温湿度及精度要求。

参考文献

1 《空气调节设计手册》.电子工业部第十设计研究院主编.中国建筑出版工业出版社.

2 韩有文 彭涛 陈创新.机房空调利用风道实现节能降耗[J].电信技术 2007 2:79-80

3 陈鹏飞 张吉礼 高甫生.程控机房新风供冷空调方式及节能分析[J].暖通空调 2007 37(10):93-97

4 赵庆 苏伟胜.恒温恒湿空调方案的选用.制冷与空调，2009.10:57-60

5 常征.恒温恒湿空调节能控制.节能技术.2008.6：539-542

作者：

刘庆利，女，1975年生人，中级工程师，现从事制冷设备研发设计；

通讯地址：南京市浦口区沿江街道南浦路327号