浅谈恒温恒湿机房空调设计

随着化工装置自动化水平的不断提高，越来越多的化工控制室对空气调节提出了更高的要求，如何选择一个合适的空气调节方案来满足设备、人员的要求就成了暖通设计人员所必须面对的一个问题。

1.恒温恒湿机房空调

概述

恒温恒湿空调是指对室内空气温湿度允许波动范围均有严格要求的空气调节系统。其区别于一般舒适性空调的主要不同点在于：1、对相对湿度提出了严格的要求；2、对空调的温湿度允许波动范围（空调精度）提出了严格的要求。

1.1.1相对湿度的控制

相对湿度的控制有很多方法，空调系统中采用的较为普遍的是冷却除湿法。其原理大致如下：夏季工况下，由表冷器先将空气处理到相应的露点温度，以减少空气中的含湿量，然后再通过再热来控制空气的相对湿度；冬季工况下，则通过加热器控制温度，加湿器控制相对湿度。

1.1.2空调精度的控制

空调精度是空调控制系统中的一个很重要的指标，它反映了空气调节结果偏离设定值的程度。空调系统中，影响控制精度的因素很多，包括了从对象特性（包括传感器、执行器和被控对象）到控制器特性的几乎整个空调系统的各个环节。

常用的空调处理方法

1.2.1水冷表冷器定露点温度控制方式

下图1为采用该种方式的空气处理流程，图2为其对应的夏季空气处理过程的焓湿图。对于冬季处理过程的焓湿图本文不再赘述（下同）。

这种控制方式中，在室内设有温、湿度传感器，分别控制加热器和加湿器阀门的开度。另外在表冷器后设有露点温度传感器，以控制冷水阀的开度。系统运行时，房间内的相对湿度只是在冬季才由相应的湿度传感器进行控制。夏季运行时，则控制由控制目标参数而确定的露点温度，进而采用再热的方式控制送风状态点。从图1中可以看出，室内相对湿度传感器的信号并没有直接用于控制表冷器，此时露点温度的控制采用的是开环控制方式，所以此种固定露点温度的控制方式对相对湿度的控制能力就较为有限了。

从图2中可以看出，室内热湿负荷变化时（假定冷负荷不变，仅湿负荷变化），ε会如图变为ε’，由于空气的露点温度恒定，当采取再热措施时，加热器阀门的开度又只由室内温度传感器控制，送风状态点O不变，此时，室内状态点N必然会偏移到N’。所以这种控制方式只能适用在室内湿负荷很小或很稳定的场合，一般来说，其相对湿度控制精度是可以达到±5%的。

1.2.2水冷表冷器变露点温度控制方式

下图3为采用该种方式的空气处理流程，图4为夏季室内负荷变化时空气处理过程的焓湿图。

从图3中可以看出，此种控制方式与上种方式相比，取消了露点温度传感器，取而代之的是由温度传感器和相对湿度传感器共同控制表冷器以达到相应的露点温度，以兼顾表冷器降温和去湿的两种功能。加热器和加湿器的控制则同上种方式相同。系统运行时，室内温湿度传感器的信号先通过选择器经过比较，再从两者偏差信号中选取其中大值，作为有效信号来控制表冷器的运行，以补偿室内负荷的变化，达到恒定室内相对湿度的目的。

图4是室内热湿负荷变化时（同样假定仅湿负荷变化），空调系统是如何通过改变露点以满足要求的。当湿负荷变小时，由于冷负荷不变，湿度偏差信号加强，选择器采用湿度信号作为控制信号，此时冷水阀开度减小，空气的露点温度由L升至L’，然后再通过加热器将空气加热到送风状态点O’，以满足室内热湿负荷的需要。同样，当室内冷负荷也变化时，选择器亦会采用偏差信号大者来控制表冷器冷水阀开度。显然，这种控制方式较上种方式有着更广阔的应用范围和更高的控制精度，一般其相对湿度的控制能力可以达到±2%。

1.2.3中、小型恒温恒湿机组

这种控制方式亦是采用冷却除湿原理，也是属于固定露点温度的控制方式。与上两种方式相比，对空气的冷却和除湿，恒温恒湿机组用直接蒸发的蒸发器代替了水冷表冷器。而空气的加热和加湿则是通过电加热器和电加湿器来完成。其在H-D图上表现出来的空气处理过程与上两种方式也基本相同。

这种控制方式中，蒸发器后并没有设置专门的露点温度传感器，其对蒸发压力和温度并不做主动控制，机组降温和除湿通常是通过启停压缩机来实现的。由于蒸发器的蒸发温度与蒸发压力、进出口空气参数、制冷剂流量、制冷剂含油量等诸多因素有关，存在着不确定性，其表面温度并不像冷水盘管那样易于控制，所以其处理的露点温度也无法精确控制。但是，对于一定蒸发器结构和新风比的机组而言，通过蒸发器处理后的空气露点温度必然会落在一定的范围内，这也是恒温恒湿机组的控制原理。从以上叙述来看，由于机器露点不易稳定，对相对湿度的控制能力较低，所以，这种控制方式一般适用于相对湿度控制精度在±5%以上的场合。

2、化工控制室恒温恒湿空调的设计

控制室空调系统对温湿度的设计方案有很多种，但归结起来，大致有如下三种：

2.1冷风降温机

这里所说的冷风降温机是指没有湿度控制措施的柜式空调、多联机等我们常见的直接蒸发式空调机。其一般适用于对温度要求不高，而对相对湿度不做要求的场合。

从化工控制室设计规定可以看到，对于控制室，即便是DCS控制室，其温度基数和控制精度的要求并不高，一般的冷风降温机就能满足要求了。此时，由于表冷器同时具有降温和除湿的功能，冷风降温机也是具有一定的除湿能力的。但是有除湿能力，并不代表其对湿度有控制能力，特别是冬季工况下，由于缺少加湿器，控制室内的湿度常常会达不到要求。而且，这种空调方式对DCS控制室还有很多不能达到的功能，如通常不设专门的新风处理措施；通常不易设置空气净化过滤措施；通常不易设置室内压力控制措施等。所以，这种空调方式通常可适用于常规仪表控制室。

2.2恒温恒湿机房空调机组

这种空调方式是我们在化工控制室最常见的一种空调方式，其空气处理过程前文已经叙述过了。由前文来看，恒温恒湿空调机组式是可以满足DCS控制室±2℃，±10%的空调精度要求的。这种空调方式灵活方便，既可以仅用作循环处理控制室空气，也可以集中处理新、回风混合空气，从而满足控制室对空气品质、压力控制等的要求。而且，此种空调方式并不需要冷冻水，这对常常没有专门空调冷源的化工厂来说是尤为合适的。

恒温恒湿机房空调机组也有许多缺点，如机组风机的选型通常会受到限制，其提供的风压往往有限，不能满足空调系统对空气净化过滤、较大系统空气输送等的要求；机组通常是整合式的，这就造成了一些功能段的设置受到限制；机组容量有限，对大型控制室，往往要使用很多机组，造成设备分散，维护管理不便。所以，其一般适用于中、小型的控制室中。

2.3水冷表冷式集中空调

从前面的叙述来看，该种空调方式，无论是采用定露点还是变露点均能够满足化工控制室对温湿度精度的要求。与恒温恒湿机组相比，它可以解决恒温恒湿机组余压小、功能段设置受限制等缺点，也较为方便实现新风单独处理、二次回风、室内压力控制等过程，但是其初投资通常较高，需要较大的机房，还需要另设空调冷源制备装置。所以，其通常适用于有空调冷源的要求较高的大型控制室。

3．结论

从以上的叙述来看，不同的温、湿度控制精度要求的恒温恒湿空调系统，其采用的空气处理方法是不尽相同的。设计时，应做到因地制宜，根据要求合理选用，既要避免空调系统不能满足要求，也要避免空调系统设计过于浪费。