计量院高精密实验室空调设计

邢新刚

（大连冰山空调设备有限公司，辽宁大连 116033）

·应用技术·

计量院高精密实验室空调设计

邢新刚

（大连冰山空调设备有限公司，辽宁大连 116033）

介绍了某计量院的高精密空调设计及自动控制措施。

高精密实验室；空调；恒温恒湿；自动控制

1 工程概况

本工程为沈阳质量技术检验检测基地，建筑面积4043 m2，高度15 m，地上2层，地下1层，本实验楼主要用于计量院的检测用实验室。笔者参与了该项目的空调方案论证及确定工作，现根据项目的情况及设计者的具体设计思路整理如下。

各实验室温湿度要求见表1、表2。由于实验室的温度精度要求很高，决定采用把实验室布置成“回字型”。高精密的实验室布置在最里面，尽量在不影响工艺流程的情况下按精度高低由内向外布置房间，在实验室外区用走廊隔开，这里的走廊也起到缓冲间的作用，由于基准米尺实验室必须保证米尺的测量长度50 m，所以考虑沿外墙布置。详见图1。

2 系统划分

布局确定后，确定空调型式。根据使用方提供的工艺要求，把温湿度要求相近的实验室划分为一个空调系统，由于园区内有制冷机房，所以采用集中空调系统，在实验室外区设空调机房，选用冷冻水型空调机组，由风管送入室内。由于量块和精测实验室的高精度要求，这三个实验室采用直接蒸发式高精密空调机组，机组内部设置除湿用的前表冷器（新风）和混合表冷气器，将空气处理到一定露点，空气在经过转轮除湿机组处理到更低的露点，经过后级表冷调温后送到实验室。同时为满足试验人员的舒适性，另设一台新风机组，新风经处理后送入空调机组与回风混合处理后送入房间。具体的空调机组配置见表1、表2。

地下一层高精度房间（20±0.1℃～20±0.5℃）系统配置见表1。3#楼地下一层恒温恒湿房间（20±1℃～20±2℃）系统配置见表2。

3 气流组织

恒温恒湿实验室空调系统的设计关键是气流组织，为此在地下一层基准米尺、量块1～2、精测1～5、采用顶部孔板送风，回风通过防静电架空地板孔板回风。为了保证送风均匀稳定，送风管布置在静压箱内，风口由风管上部开口送入静压箱内。对于基准米尺实验室比较狭长，温湿度难于控制，采用了分段送风，分段回风，同时加大送风量，减小送风温差。其它温度精度±1℃的实验室采用顶部孔板送风，回风经两侧的回风夹壁（或回风管道），下部回风。温度精度±2℃的实验室采用顶部散流器送风下侧回风的气流形式。见图2。

图1 高精密实验室空调布置图Fig.1 Air-conditioning layout of high precision laboratory

表1 地下一层高精度房间（20±0.1℃～20±0.5℃）系统配置Table 1 The high precision underground room（20±0.1℃～20±0.5℃）system configuration

表2 3#楼地下一层恒温恒湿房间（20±1℃～20±2℃）系统配置Table 2 Constant temperature and humidity room（20±1℃～20±2℃）system configuration for B1 of 3#building

图2 恒温恒湿实验室空调系统气流组织Fig.2 Air flow organization of air conditioning system of the constant temperature and humidity laboratory

4 空调自动化控制系统设计

4.1 高精度空调系统温度精度指标标准

高精度空调系统最终温度精度指标的实现，主要由围护结构、气流组织、空调配置和自控系统等几个方面实现，缺一不可。因此，自控系统的编程调试及自控器件的校验需要大量细致的工作。最终温度指标应通过有认证资格的第三方检测单位的现场检测，并以出具的检测报告作为评判依据。根据国家计量院的一般检测方法，并参考ISO 139：1973（E）《纺织品的调湿和试用标准大气》标准（国内目前还没有对计量实验室的验收规范和标准）。认定检测参数应符合的标准（其中房间测点为5个）见表3。

表3 认定检测参数应符合的标准Table 3 The criteria should bemeet for recognized detection parameters

目前房间测点的确定采用5点检测。温度测量点高度为甲方指定的工作台面高度或以其高度。所有测点均布置在同一平面。测点的平面布置为：房间平面对角线交点为一点，沿对角线每条延长线各设一点，每点与交点距离相等。每点与墙面距离不小于1 m。可见为了达到检测标准，没有精确可靠的自控系统保证是不行的，为此我们在下面几点上严格控制：

1.送风温度的调节：采用两级PID调节，即送风温度的高精度调节和室内温度的高精度调节，而送风温度的调节是最终结果实现的基础。这个温度精度的实现主要是在恒温恒湿机组中实现，通过对制冷调节阀和对控制电加热器的可控硅调功器的PID控制参数的调整适度。

2.房间温度的调节：通过调整可控硅调功器控制的房间内的微调电加热器（设置在房间的送风支管内）的控制程序，实现房间温度的精度要求。主要是反复调整DDC中此部分的PID各项系数的程序改变，经过不断比较，以达到最稳定的温度精度为准。

3.室内正压的调整：为了避免和减少因房间密封及进出人员外界空气对室内温度的扰动，必须保证室内保持一定的空气正压，以10 Pa为宜。通过采用空气压力计的测定，并调整电动新风阀的开度，实现合适的室内空气正压。

4.2 冷冻水型高精度恒温恒湿机组检测内容

在路由器进行数据传输之前，需要在系统中完成注册阶段。首先，路由器将其和传感器的公钥(Kr,Ks)和随机数R2发送给证书中心。然后，证书中心核实2个公钥的身份信息，如果信息真实可靠，则生成路由器和传感器间的会话密钥KKA。最后，使用传感器公钥对会话密钥和路由器公钥进行加密ES，并返回给路由器。

控制内容：冷冻水型高精度恒温恒湿机组主要位于3#楼地下一层和二层空调机房。负责地下一层检测区域的温度湿度调节。

监控点包括：新风、回风、送风温湿度检测；过滤网状态显示及报警；热水流量的调节；冷水流量的调节；加湿控制；二次再热连续调节控制；新风阀门开关控制；送风机的启停控制、运行、故障、手自动状态以及变频控制；排风机的启停控制、运行、故障。

各空调系统的参数设定值由中央站进行设定，现场由现场操作面板自动设定。

4.3 直接蒸发式高精度恒温恒湿空调机组检测内容

控制内容：直接蒸发式高精度恒温恒湿机组主要位于3#楼地下一层。负责地下一层基准米尺、量块室、精测室的温度湿度调节。

监控点包括：新风、回风、送风温度检测；回风湿度检测；过滤网状态显示及报警；压缩机的逻辑启停、故障及保护；室外冷凝风机的启停、调节；加湿控制；电加热连续调节控制；新风阀门开关控制；送风机的启停控制、运行、故障、手自动状态。

机组的内部逻辑参数由现场操作面板自动设定，温湿度参数设定值可由中央站进行设定。

5 其它补充说明

墙壁及屋顶——为保证实验室围护墙体、顶板的保温性和密封性，围护结构均采用洁净型50 mm厚聚苯夹芯保温彩钢板（企口板），彩钢板为厚度0.5 mm的喷塑镀锌彩钢板，颜色：乳白色，聚苯板容重为18 kg，安装后壁板垂直度不超过 ±2～3 mm/m；所有墙角包括阴角、阳角、三维阴角及阳角全部镶嵌圆弧铝，圆弧角R≥50，铝型材厚度不小于0.95 mm，表面氧化处理；夹芯板安装快捷，保温性能好，外观易达成一致，明亮、美观。

【】【】房间屋顶洁净型50 mm厚聚苯夹芯保温彩钢板（企口板），彩钢板下方采用600×600装配式铝孔板，构成一个大的送风静压箱，保证实验室室内净高3.0 m。整体采用环氧树脂缝隙密封并做大正压保压试验。

缓冲间——对于高精度要求的实验室，为了避免人员进出对实验室内的环境造成大的影响，设置缓冲过渡间，过渡间由实验室余压阀泄漏风来满足其温湿度及对实验室温湿度的保护。本工程共设置了三个缓冲过渡间。

地面处理——地下一层土建部分采用防潮处理（由土建工程完成）。温度要求在0.5℃以内及风流速尽量小的房间地板采用600×600防静电架空地板（配相应孔板地板用作回风口），架空地板离地面900 mm，构成一个回风静压箱，用作回风通道，并根据温湿度要求做相应的地面保温处理；并做网状接地处理，以达到防静电的效果。其余房间地面采用2 mm防静电pvc地板。

［1］陆耀庆.使用供热空调设计手册［G］.北京：中国建筑出版社，2008.

Air Conditioning Design For High Precision Laboratory In M etrology Institute

XING Xingang
（Dalian Bingshan Air Conditioning Equipment Co.，Ltd.，Dalian 116033，China）

Describes the high precision air conditioning system design of ameasurement and controlmeasures.

automatic control；high precision lab；constant temperature and humidity；air conditioning

TU831.8

A

1007-7804（2014）03-0044-05

10.3969/j.issn.1007-7804.2014.03.013

邢新刚（1970），男，1994年毕业于中国纺织大学（现东华大学）供热通风与空调专业，其后一直在大连冷冻机股份有限公司和大连冰山空调设备有限公司从事相关暖通空调专业的工作。

2014-04-30