低湿度恒温恒湿环境的实现方法

2006年2月 第

期 总153期

INSTALLATION

Feb.2006 No.

2

Total No.153

·通风空调安装技术·

柯文飞 隋 闯

(广东省工业设备安装公司，广州510260)

摘 要:通过对一种新型恒温恒湿空调器的设计、安装及调试介绍，说明实现低湿度恒温恒湿环境的方法。该恒温恒湿

空调器适用于电子、电池生产等行业低湿度、高精度恒温恒湿要求的场合。

关键词:低湿度；恒温恒湿空调器；冷冻水；压缩机；调试

中图分类号:TU831.31 文献标识码:B 文章编号:1002-3607(2006)02-0033-03

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0 引言

随着电子生产行业的飞速发展，电子产品实验室所需的低湿度恒温恒湿环境要求不断提高，采用普通的冷冻水型恒温恒湿空调器往往达不到要求；采用进口的精密式恒温恒湿空调器，不仅造价昂贵，而且系统管线布置比较复杂，并占用大量空间。在某半导体有限公司的新厂房施工过程中，部分实验室、工艺房要求温度为22±1℃，湿度为40±3％。我公司采用了一种新型的冷冻水型恒温恒湿空调器，实现了工艺房间的低湿度、高精度恒温恒湿空调环境要求，该空调器具有控制精度高，造价低、节能的优点。经过两年多时间的运行，该恒温恒湿空调器完全满足工艺环境的要求。

负荷

K 1：是人体产湿因子，与工作人员的劳动强度有关。本工程中，工作人员从事一般的体力劳动，故K1规定为2.5。

1.1.3 工艺房间的门、窗、地板等外围结构渗漏空气产生的湿负荷

被控制对象渗漏产生的湿负荷（g/h）＝[外围环境空气含湿量(g/kg)－被控制空间空气含湿量(g/kg)]×空气比重(kg/m3)×被控制空间的体积(m3)×K2(/h)

K 2：是空间渗漏因子，与空间的大小有关。根据本工程的实际情况，空间小于200m3，K 2=0.4。

1.1.4 工作人员开、关门的时候外界环境带进的湿开、关门进入空间的流量计算公式如下：

开、关门造成的流入空气量（m3/h）＝门的面积(m2)×3(m/s)×每次开门时间(s)×每小时开关门的次数(/h)，本工程中每个被控制空间中有3个人，每个人每小时进出被控制房间约为2次，每次开关门时间6s。

1 工艺房间热、湿分析

本工程要求恒温恒湿的工艺房间包括化学试验室、晶片切割室等,热、湿负荷分析如下：

1. 1 湿负荷计算

由于本工程的工艺房间生产设备及生产工艺过程中不会产生湿量，因此被控对象湿度增加主要因素有以下几个方面：

1.1.1 新风系统带进的湿负荷

新鲜空气带进被控制空间的湿负荷按下面公式计算：

新鲜空气的湿负荷（g/h）=新鲜空气的流量(m3/h)× 空气比重(kg/m3)×[新鲜空气的绝对湿度(g/kg)－被控制空间的绝对湿度(g/kg)]。

1.1.2 工艺房间工作人员呼吸产生的湿负荷工作人员在被控制空间的产湿量（g/h）＝人数×K1×0.065 (m3/h)×空气比重(kg/m3)×1000万方数据　

1.2 热负荷计算

热负荷一般是由以下几个部分组成：

1.2.1 工作人员发热，按照一般体力劳动，按175w/人计算；

1.2.2 围护结构对被控制环境的换热，一般按照每175w/m2设计；

1.2.3 工艺房间中实验设备发热产生的热量，以及照明产生的热量；

1.2.4 新风产生的热负荷，以及围护结构、人员开关门渗漏空气所带来的热量。

2 恒温恒湿空调器结构的确定

为了实现通过中央空调系统冷冻水制冷实现低湿度的

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第

期

低湿度恒温恒湿环境的实现方法

目的，实现的基本方法主要有两种，一种是增加表面冷却器的铜管排数，使空气的温度尽量低，降低空气的绝对湿度；另一种方法是在普通的恒温恒湿空调器基础上增加一个除湿器，实现空气的低湿度。我们经过对比，参考其它精密恒温恒湿空调的结构形式，在与设备生产厂商充分沟通、讨论及技术论证后，决定采用第二种方法，并共同确定采用普通空调器+除湿机结构形式进行空气处理，其空气处理功能为：新风预冷段+新回风混合段+初效段+表冷段+除湿段+加湿段+送风段。恒温恒湿空调器的各功能段组成见图1，系统原理见图2。

图中由状态1到状态2，析出凝结水，温度下降；新风与回风

混合后，被预冷器冷却后，由状态4到状态5，继续析出冷凝水；经过压缩机的蒸发器低温冷却，空气中的水分进一步被析出，由状态5变为状态6；再进入冷凝器，吸收热量而升温，相对湿度降低，变为状态7；最后由后冷器进行冷却，将温度降低到送风状态8，由风机送入房间。

图1 恒温恒湿空调器的各功能段组成

3.2 参数的确定

3.2.1 风量的确定室内空气热湿比：ε=Q/W

选取送风温差△t，得送风状态点8（t 8 ，i 8，φ8）

系统总送风量： G＝Q/（i 3-i 8） 根据系统需要，确定新风比m，得新风量Gx ＝m×G，回风量Gh ＝G-Gx

3.2.2 新风处理

新风所带进来的湿负荷对室内的湿度影响最大，因此新风的湿度要尽量降低。本工程在新风冷却器的冷冻管路上只安装手动调节阀，在调试完成后不再调整。

新风处理所需冷量：Q x =Gx ×（i 1-i 2）新风除湿量：W x =GX ×（d 1-d 2）3.2.3 送风预冷处理

经处理过的新风和回风混合于点4，

3 技术论证

3. 1 空气处理过程

以夏天工况为例进行分析。恒温恒湿空调器进行空气处理时，空气参数变化过程见图3。

室外新风被吸入后，被新风冷却器冷却到露点温度，在

i 4=(Gh ×i 3+Gx ×i 2)/G得：i 4=i3+m×（i 2-i 3）

预冷器处理送风所需冷量：Q y =G×（i 4-i 5）预冷器除湿量：W y =Gy ×（d 4-d 5）3.2.4 除湿处理

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第

期

低湿度恒温恒湿环境的实现方法

送风经过除湿机的蒸发器冷却后，空气的湿度进一步下降。

冷冻除湿机的蒸发器制冷量为：Q L =G×（i 5－i 6）冷冻除湿机的冷凝器排热量为：Q R =G×（i 7－i 6）送风减湿量：W c =G×（d 5－d6）压缩机的轴功率：N i =G×（i 7－i 5）3.2.5 送风后冷处理

后冷器对经过除湿机冷凝器加热后的送风进行冷却处理，以满足送风点的参数要求。

后冷器处理送风所需冷量：Q h ＝G×（i 7－i 8）

3.3 工艺流程

3.4 工艺参数

状态点温度T相对湿度RH

含水量d

焓i风量G露点T (℃)(%)

(g/kg)(Kj/kg)(m3/h)(°C)1358530.811830031.0213958.93730012.5322406.63927007.8419.9476.838.830008.4513958.937300010.565955.11830004.3731.318.25.14530004.38

15

48

5.1

28

3000

4.3

4 恒温恒湿空调器的调试

本恒温恒湿空调器的操作系统采用触摸屏，并采用西门子的控制模块，通过对菜单参数进行设定、监测及自动调整。具体的方法如下：

4. 1 参数设定

对空调系统通电后，触摸屏自检通过后，进入系统运行准备状态，可以进行系统参数的设定。

4.1.1 室内温度、湿度参数的设定：根据设计要求，现场设定回风温度T为22℃，相对湿度RH 为40％。

4.1.2 加湿器的加湿下限设定为37.0％，停止加湿上限为43.0％。即当回风湿度低于37％时，加湿器工作，当回风温度高于43％时，加湿器停止工作。

4.1.3 电动风门打开下限为40％，关闭上限为43％。即万　

方数据系统的除湿机在化霜前5min及化霜10min后，回风湿度传感器感应到回风湿度低于40％时，电动风门打开，当回风湿度高于43％时，电动风门关闭。

4.1.4 换向阀失电上限为60min，得电时间为120s。换向阀失电时间为除湿机正常工作时间，当累计达到此时间时，电磁换向阀得电化霜，化霜时间为换向阀得电时间120s。换向阀得电、失电按此循环。

4.2 参数校正

由于温度、湿度传感器的精度、安装位置影响，以及传输线路长短的影响，设定的回风参数与实际测量的结果存在一定的误差，必须通过回风温度T、回风湿度RH 进行补偿，以进行校正。具体方法是，根据空调空间的大小，在室内约1m高的空间均匀布点，用精度高的水银温度计、毛发湿度计进行测量，通过对处理结果进行统计分析，把结果与在显示屏显示的温度、湿度进行比较，找出偏差值，在触摸屏上进行补偿设定。

4.3 冷冻水路控制阀门的检查

在自动状态下，冷冻水路的温度、湿度控制阀门均由PLC根据设定值与测量值的偏差控制其开度的大小。通过显示屏，可以对阀门的开度进行观察，根据显示屏观察的

开度百分值（0％为全关，100％为全开）与实际进行比较，两者应基本一致。

4.4 加湿器的工作检查

首先进行加湿器试运转检查。如果室内的湿度值没有达到43％以下，可以改变系统湿度参数设定，将湿度设定值调到比室内湿度稍高，观察电极加湿器是否工作，加湿管雾化是否正常。然后将湿度设定值调回原参数，让系统投入运行。本工程的室内产湿量主要为人体散湿、新风带进来的水份等，因此一般只有在冬天非常干燥的环境才会加湿。

4.5 蒸发器化霜检查

在正常工作60min内，除湿机按照正常流程工作，当超过60min后，系统处于化霜状态，除湿机不停机，电磁换向阀得电，制冷机雪种流向改变，开始化霜。120s后，化霜停止，电磁换向阀失电，除湿机正常工作，时间重新从0算起。

5 效果验证

恒温恒湿空调器投入运行以后，我们在工艺房间布置了温度、湿度自动记录仪，对控制环境进行温度、湿度测量。测量的数据与设备液晶显示屏上显示的温度、湿度数据一致，均满足温度22±1℃，湿度40±3％的工艺要求，达到了预期的目的。

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低湿度恒温恒湿环境的实现方法

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柯文飞， 隋闯

广东省工业设备安装公司,广州,510260安装

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1. 郑幼明. 俞春尧. 张学军 博物馆恒温恒湿文物环境控制系统的建立和优化设计[期刊论文]-文物保护与考古科学 2008(z1)

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