恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室如何設(shè)計(jì)才更合理？
一、恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室方案概述
恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室是將某一實(shí)驗(yàn)室通過某些專用設(shè)備和技術(shù)方法，使其室內(nèi)溫濕度符合某一調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣的要求。恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室是生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)與商品質(zhì)量檢驗(yàn)把關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施。恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室廣泛應(yīng)用于棉紡、毛紡、化纖、紙張、包裝、煙草生產(chǎn)企業(yè)以及質(zhì)檢、纖檢等部門，按照ISO和GB有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，紡織品、紡織原料、紙張、紙品和紙箱等商品的物理項(xiàng)目的檢驗(yàn)必需在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行。紡織品和紡織原料檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣按ISO139和GB6529標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，溫度20±2℃，相對(duì)濕度65%±2%；紙張、紙品和紙箱類商品檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣按照ISO187和GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，溫度23±1℃，相對(duì)濕度50%±2%。除了常規(guī)溫濕度的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，還有其它特殊的5-18℃低溫、30-80℃高溫、相對(duì)濕度要求小于40%RH低濕、相對(duì)濕度高于80%RH的高濕等特殊要求的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室。
二、方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)室的整體規(guī)劃，涉及范圍極廣，要考慮到以下要求：需建筑、水電、空調(diào)、實(shí)驗(yàn)室使用者等各項(xiàng)專業(yè)技術(shù)人員共同參與規(guī)劃。
1、設(shè)計(jì)目的：
為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備創(chuàng)造一個(gè)既能確保其穩(wěn)定可靠運(yùn)行，又能滿足用戶使用要求及工作人員身心健康的工作場所。
2、總體設(shè)計(jì)：
全面考慮各專業(yè)之間的關(guān)系，進(jìn)行嚴(yán)格的協(xié)調(diào)，做到不錯(cuò)，不漏，不碰。
3、具體設(shè)計(jì)：
采用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，選用既先進(jìn)，性能價(jià)格比又合理的環(huán)保設(shè)備和材料，融入人性化的設(shè)計(jì)理念。
恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室總體設(shè)計(jì)規(guī)劃要點(diǎn)：
(1)溫濕度控制范圍；
(2)溫濕度控制精度；
(3)潔凈度要求；
(4)照度要求；
(5)設(shè)備的熱濕量范圍；
(6)空調(diào)送回風(fēng)方式；
(7)空壓之平衡措施；
(8)引入新風(fēng)的必要性；
(9)系統(tǒng)排氣的必要性；
(10)保溫隔熱的措施；
(11)設(shè)施與動(dòng)力的配置；
(12)靜電、振動(dòng)及噪音；
(13)設(shè)備空間與空調(diào)間；
(14)進(jìn)出通道及更衣緩沖區(qū)的布置；
(15)足夠的維護(hù)保養(yǎng)空間；
(16)室內(nèi)凈高與樓板載重；
(17)公害、污染與防災(zāi)；
(18)安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)成本的衡量；
(19)美觀性要求；
(20)安裝成本與工期控制；
(21)運(yùn)轉(zhuǎn)成本；
(22)維護(hù)性與彈性等因數(shù)。
三、恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行特點(diǎn)
1、恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，采用直接蒸發(fā)式獨(dú)立的恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)，具有系統(tǒng)簡單、便于調(diào)節(jié)、操作方便、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。在工程設(shè)計(jì)中，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的溫濕度精度要求合理選擇系統(tǒng)，盡可能把房間的負(fù)荷計(jì)算詳細(xì)并選取匹配的恒溫恒濕機(jī)組。
2、為了滿足室內(nèi)恒溫恒濕精度的要求，恒溫恒濕空調(diào)房間的換氣次數(shù)大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，±2℃的恒溫室，換氣次數(shù)約10～15次/h；±1℃的恒溫室，換氣次數(shù)約15～20次/h；±0.5℃的恒溫室，換氣次數(shù)約>20次/h；±0.2℃的恒溫室，換氣次數(shù)約>30次/h；
3、氣流組織設(shè)計(jì)也是影響恒溫室精度的主要因素之一，在高精度的恒溫恒濕室內(nèi)設(shè)計(jì)氣流組織應(yīng)考慮一下原則：合理的氣流組織流程，充分發(fā)揮送風(fēng)氣流的冷卻或加熱作用；建立一個(gè)穩(wěn)定均勻的溫度場，以保證在氣流到達(dá)工作區(qū)時(shí)，其平均溫度與工作區(qū)的溫度差不超過允許的溫度波動(dòng)值；氣流到達(dá)工作區(qū)時(shí)，其流動(dòng)速度在0.25m/s左右?！?℃及±1℃高精度的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室，采用全孔板和局部孔板送風(fēng)，下部均勻回風(fēng)，效果較好。
4、在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室建造中，其保溫密閉性也是非常關(guān)鍵的；保溫密閉性良好的實(shí)驗(yàn)室具有節(jié)約能量、提高溫濕度精度、降低運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。
四、恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室組成部分
高精密恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)主要應(yīng)用于紡織品檢測系統(tǒng)、紙張檢測、計(jì)量標(biāo)定、涂料檢測、包裝檢測、精密加工、三坐標(biāo)檢測、科研機(jī)構(gòu)等。隨著對(duì)質(zhì)量控制的要求越來越嚴(yán)格，恒溫恒濕環(huán)境的需求越來越大，應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越寬廣。
1、實(shí)驗(yàn)室裝修：
要求嚴(yán)格的保溫隔濕性能，建議實(shí)驗(yàn)室四個(gè)立面采用彩鋼復(fù)合板(為了滿足防火要求，一般采用巖棉彩鋼板。但是巖棉保溫性能差，最好是在巖棉彩鋼板外側(cè)再加封一層酚醛鋁箔保溫板，增加外墻保溫性能，能夠有效的節(jié)能減耗)，為了保證密閉性，頂面應(yīng)采用彩鋼板密封，在頂面再加封酚醛鋁箔板保溫，地面則采用酚醛保溫板進(jìn)行保溫隔濕處理；對(duì)于透視窗，要求采用雙層中空玻璃窗。
2、實(shí)驗(yàn)室空調(diào)
實(shí)驗(yàn)室空調(diào)是溫濕度控制的心臟，要求精度高，故障率低。所以必須要求空調(diào)能調(diào)節(jié)制冷量，目前市面上有兩種方式：變頻調(diào)節(jié)和冷凍水調(diào)節(jié)方式。
變頻調(diào)節(jié)：實(shí)際上就是通過改變供電性質(zhì)而改變壓縮機(jī)的功率，讓壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷工作或者過負(fù)荷工作，同時(shí)調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)的節(jié)流量，所以必須添加非常多的繁瑣的環(huán)節(jié)，而且各環(huán)節(jié)必須完美匹配，否則出現(xiàn)故障?，F(xiàn)實(shí)也的確如此，故障率非常高。
冷凍水型機(jī)組：采用7℃左右的冷水作為冷源，通過電動(dòng)閥開大或者關(guān)小來控制水流量，從而輕易控制制冷量，而電動(dòng)閥結(jié)構(gòu)象家用水龍頭一樣簡單，所以故障率幾乎為零，控制效果最為穩(wěn)定。通過合理計(jì)算房間的熱濕負(fù)荷和空氣露點(diǎn)來匹配好風(fēng)量、冷量、加熱量、加濕量，在通過PLC控制各個(gè)部件的無級(jí)調(diào)控，在選擇靈敏度高線性好的傳感器，可以做到溫度±0.5℃，濕度±2%。此種方式需要通過每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際面積和負(fù)荷來進(jìn)行計(jì)算匹配，所以沒有標(biāo)準(zhǔn)成型機(jī)組，都為定制加工型。一般都用組合式空調(diào)箱組合配比來實(shí)現(xiàn)，所以缺點(diǎn)是占地面積較大，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜，出現(xiàn)問題后修復(fù)困難。
3、通風(fēng)方式
通風(fēng)方式經(jīng)歷過好幾個(gè)歷史階，從最初的底出風(fēng)，到上自然送風(fēng)，到上散流器送風(fēng)，到現(xiàn)在最先進(jìn)的上風(fēng)管+微孔天花送風(fēng)，下地板回風(fēng)方式，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)柔和、均勻，溫濕度控制非常穩(wěn)定。
4、新風(fēng)系統(tǒng)
新風(fēng)系統(tǒng)的第一作用是為工作人員提供生理新鮮空氣，其對(duì)實(shí)驗(yàn)室溫濕度的穩(wěn)妥定性也功不可沒，也是必不可少的設(shè)備：為了讓實(shí)驗(yàn)室不受外界的干擾，必須向?qū)嶒?yàn)室提供新風(fēng)，以保持實(shí)驗(yàn)室氣壓為正，這樣外界的空氣進(jìn)入不了實(shí)驗(yàn)室，確保實(shí)驗(yàn)室長年溫濕度穩(wěn)定。
五、空調(diào)技術(shù)參數(shù)
控制精度達(dá)：溫度精度±1.0℃，濕度精度達(dá)±2.0%以內(nèi)的恒溫恒濕空調(diào)，稱為高精密恒溫恒濕空調(diào)。因這類空調(diào)大多用于造紙、紡織、制藥、煙草、電子、計(jì)量等對(duì)溫濕度特別敏感的領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室，所以又稱實(shí)驗(yàn)室專用空調(diào)。
高精密恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室空調(diào)與普通機(jī)房空調(diào)的區(qū)別：
1、高精密恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室空調(diào)必須具備高精密溫濕度傳感器，要求傳感器準(zhǔn)確度：±1.5%RH,±0.3℃(在23±2℃時(shí))；重復(fù)性：優(yōu)于0.5%RH和0.1℃；穩(wěn)定性：每年優(yōu)于1.0%RH和0.1℃；而普通機(jī)房空調(diào)傳感器精度在±3%RH,±1℃左右就足夠了。
2、高精密恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室空調(diào)對(duì)風(fēng)量要求更高。理論上，風(fēng)量越大，送風(fēng)焓差越小，溫濕度越均勻；但風(fēng)量越大，除濕能力越小，甚至完全喪失，所以高精密恒溫恒濕空調(diào)要求保證除濕能力的基礎(chǔ)上盡可能大風(fēng)量，對(duì)風(fēng)量的設(shè)計(jì)非常嚴(yán)格，而普通機(jī)房空調(diào)要求較低。
3、高精密恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室空調(diào)要求制熱量、制冷量、加濕量、除濕量可調(diào)節(jié)，因?yàn)榫鹊囊螅呔芎銣睾銤駥?shí)驗(yàn)室空調(diào)要求制熱量、制冷量、加濕量、除濕量可調(diào)節(jié)。
(1)對(duì)于制熱，根據(jù)溫差大小，采用多級(jí)制熱方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，溫差小時(shí)只開啟一級(jí)加熱，溫差稍大時(shí)，同時(shí)開啟1，2級(jí)加熱，溫差再大時(shí)，同時(shí)開啟1，2，3級(jí)加熱；
(2)對(duì)于加濕，采用比例加濕方式，根據(jù)濕度差大小控制加濕量；
(3)對(duì)于制冷和除濕的調(diào)節(jié)，現(xiàn)有三種調(diào)節(jié)方式：
①第一代調(diào)節(jié)方式，采用多級(jí)制冷，一般用于大功率設(shè)備，主要用于對(duì)溫度的調(diào)節(jié)，對(duì)濕度調(diào)節(jié)效果甚微。
②第二代調(diào)節(jié)方式，采用變頻制冷，制冷量從50%–100%之間實(shí)現(xiàn)無級(jí)量制冷調(diào)節(jié)，此調(diào)節(jié)范圍足以解決溫濕度穩(wěn)定性的問題。用于高精密恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室空調(diào)，效果顯著。但因控制需要，需添加很多輔助控制環(huán)節(jié)，而且各配件之間必須密切協(xié)調(diào)，某個(gè)環(huán)節(jié)稍微出現(xiàn)一點(diǎn)細(xì)小的故障則可能因連鎖反應(yīng)引起諸如壓縮機(jī)等重要部件損壞。
③第三代調(diào)節(jié)方式，冷凍水型制冷方式，采用冷凍水(按一般中央空調(diào)水溫進(jìn)行設(shè)計(jì))作冷源，盤管內(nèi)運(yùn)行的是普通7℃左右的冷水，電腦主板通過控制水閥的開度，輕易的實(shí)現(xiàn)0%至100%制冷量無級(jí)量調(diào)節(jié)。而且積分閥結(jié)構(gòu)就像家用水龍頭一樣簡單，使用壽命非常長。但其設(shè)備需維護(hù)量非常大，且出現(xiàn)問題后修復(fù)困難，建議盡量避免使用。
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