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關(guān)于潔凈空調(diào)自控系統(tǒng)淺析
第一部分 序
一、潔凈間空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)要求
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，目前在電子、制藥、食品、生物工程、醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)崈糸g的要求越來越高，潔凈技術(shù)也隨之發(fā)展起來。它綜合了工藝、建筑、裝飾、給排水、空氣凈化、暖通空調(diào)等各方面的技術(shù)。
按照中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)GBJ73-84《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》，其與空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)為：
A、空氣潔凈度
等級每M3空氣中≥0.5微米塵粒數(shù)每M3空氣中≥0.5微米塵粒數(shù)
100級≤35×100
1000級≤35×1000≤250
10000級≤35×10000≤2500
100000級≤35×100000≤25000
B、溫、濕度
（1）滿足生產(chǎn)要求；
（2）生產(chǎn)工藝無溫、濕度要求時，潔凈室溫度為20-26℃，濕度小于70％；
（3）人員凈化用室和生活用室溫度為16-28℃。
C、潔凈室正壓
潔凈室必須維持一定的正壓。不同等級的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的靜壓差，應(yīng)不小于4.9Pa，潔凈區(qū)與室外的靜壓差，應(yīng)不于9.8Pa.。
此外，還有對于風(fēng)量，風(fēng)速等的技術(shù)要求�？傊瑵崈糸g的各項指標(biāo)都非常嚴(yán)格，因此，對其進(jìn)行精確的控制就成為必須。
二、潔凈間空調(diào)自控系統(tǒng)的實現(xiàn)
潔凈廠房的空調(diào)控制，依照《潔凈室施工驗收規(guī)范》，《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范應(yīng)》，《采通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》等國家標(biāo)準(zhǔn).
1、空氣凈化
一般的潔凈間空間系統(tǒng)中，空氣化處理采用空氣過濾器。通常情況下，安裝初效過濾器和中效過濾器后，空氣潔凈度可以達(dá)到10000級。而對于的超凈要求的潔凈間還應(yīng)安裝高效過濾器。這樣，空氣潔凈度可以達(dá)到更高（如100級甚至更高）。過濾器長期使用時，濾料上沉附的灰塵將慢慢增加，這樣會增大氣流阻力，影響整個空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，工程上應(yīng)對過濾器的氣流阻力變力進(jìn)行自動檢測和報警。通常采用差壓法測量過濾器前后的壓差Pd,并將此差壓信號進(jìn)行顯示和根據(jù)設(shè)定的差壓限值報警，以便及時清理或更換。
2、溫度控制
A、一次加熱的控制
空氣一次加熱又稱預(yù)加熱，是用來加熱新風(fēng)或加熱新風(fēng)與一次回風(fēng)的混合風(fēng)。一次加熱一般只用于冬季很冷的地區(qū)，防止新風(fēng)與一次回風(fēng)混合后達(dá)到飽和，產(chǎn)生水霧或結(jié)冰。一次加熱還應(yīng)用于一次混合不允許變動的超凈空調(diào)系統(tǒng)中。當(dāng)采用蒸氣或熱水進(jìn)行加熱時，一般采用控制蒸氣或熱水的調(diào)節(jié)閥開度實現(xiàn)溫度控制；當(dāng)采用電加熱時，通過晶閘管電力控制器，控制其加熱電功率實現(xiàn)溫度控制。
B、二次加熱與三次加熱的控制
空氣二次加熱通常設(shè)在表冷器之后或二次回風(fēng)混合段后。二次加熱的目的是在有相對濕度要求的情況下，為了保證送風(fēng)溫度或空調(diào)室內(nèi)的溫度。其控制方式與一次加熱的情況基本相同。三次加熱又成精加熱，通常是在高精度溫度控制時，用于溫度微調(diào)而設(shè)置的加熱段。其控制應(yīng)根據(jù)具體情況參照上述原理實施。
3、濕度控制
A、加濕處理及控制
潔凈間空調(diào)工程中，加濕操作一般是在冬季或過渡季節(jié)空氣干燥時進(jìn)行。空氣加濕的方法比較多。通常采用蒸汽加濕器和電加濕器的開關(guān)控制或功率調(diào)節(jié)。蒸汽加濕時，根據(jù)濕度控制要求，可通過對電磁閥進(jìn)行位式控制或采用二通調(diào)節(jié)閥的連續(xù)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。
B、除濕（干燥）處理及控制
空氣冷卻干燥處理常用表冷器來完成。表冷對空氣的處理的等濕冷卻二種處理過程。采用表冷器進(jìn)行濕度控制時，是通過調(diào)節(jié)表冷器的冷媒（如冷凍水）流量來實現(xiàn)。當(dāng)濕度高于要求的值時，可通過加大冷水閥的開度來加大其流量，實現(xiàn)除濕（即干燥）處理；反之減少流量，實現(xiàn)加濕處理。應(yīng)該說明的是，由于空氣的物理性質(zhì)，其濕度的控制相對比較復(fù)雜，方法也較多。而且，空氣的溫度和濕度二個參數(shù)在調(diào)節(jié)過程中又相互影響。如某些原因使室內(nèi)溫度升高，引起空氣中水蒸汽的飽和分壓變化，在絕對含濕量不變的情況下，將使相對濕度減少。因此，對其中某一參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)時，也會引起另一參數(shù)的變化。例如在夏季采用表冷器進(jìn)行除濕調(diào)節(jié)，開大冷水閥時，在使?jié)穸然謴?fù)正常的同時，也使溫度降低。因此，在工藝設(shè)計和自控方案設(shè)計時都應(yīng)充分考慮到這一特點。
4、正壓控制
我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不同級別潔凈室之間應(yīng)大于4.9Pa,潔凈區(qū)與之間應(yīng)大于9.8Pa。潔凈室內(nèi)的結(jié)構(gòu)等基本確定，在運(yùn)行過程中，保持正壓可以通過控制新風(fēng)量或回風(fēng)量來實現(xiàn)。即通過控制新風(fēng)門或回風(fēng)門的開度來實現(xiàn)。
5、其它控制與空調(diào)節(jié)能
對潔凈間而言，除上述必需保證的技術(shù)指標(biāo)示，還有一些對于安全與節(jié)能等方面的要求。結(jié)合多年的工程實踐，主要有如下一些方面。
A、風(fēng)機(jī)故障報警。
通過檢測風(fēng)機(jī)的風(fēng)流狀態(tài)判斷風(fēng)機(jī)是否正常工作。若因電機(jī)燒毀或皮帶松動等原因?qū)е嘛L(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，應(yīng)立即報警。
B、風(fēng)機(jī)變頻控制
為保持潔凈間內(nèi)穩(wěn)定的正壓或一定的新風(fēng)/回風(fēng)比，可以對機(jī)（電機(jī)）轉(zhuǎn)數(shù)實施變頻控制。實踐證明，變頻控制比單純的風(fēng)門開度調(diào)節(jié)控制效果更佳，而且可大幅度節(jié)約電力消耗。因為在空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)/回的輸送占電能消耗的最大比例。而風(fēng)門控制實際上是通過節(jié)流裝置（即風(fēng)門）來實現(xiàn)氣流的改變。
C、水泵變頻控制
在一泵對一調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，采用變頻調(diào)速（水泵轉(zhuǎn)數(shù)）實現(xiàn)流量控制比采用節(jié)流裝置（即調(diào)節(jié)閥）為佳。這種方式不僅體現(xiàn)在控制效果更佳，同時體現(xiàn)在大幅度節(jié)約電力消耗上。
D、節(jié)能程序
由于計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使節(jié)能控制成為現(xiàn)實。即除了上述對空調(diào)系統(tǒng)工藝特點實施的節(jié)能控制手段外，計算機(jī)控制還可實現(xiàn)如焓差控制、夜晚循環(huán)、夜風(fēng)凈化、最佳啟停、零能量區(qū)等。當(dāng)然，對于某個特定的潔凈廠房，其節(jié)能程序應(yīng)根據(jù)其具體情況進(jìn)行編制，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。
第二部分 控制
一、名詞解釋
相對濕度（Relative Humidity ）：用RH表示。表示空氣中的絕對濕度與同溫度和氣壓下的飽和絕對濕度的比值，得數(shù)是一個百分比。(也就是指某濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量與同溫度和氣壓下飽和空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量之比，這個比值用百分?jǐn)?shù)表示。例如，某機(jī)房平常所說的濕度為60%，即指相對濕度。)
絕對濕度：每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，即水蒸氣密度，單位為g/m3 。
露點（或霜點）溫度： 露點溫度指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)?/span>露珠時候的溫度叫露點溫度。在100%的相對濕度時，周圍環(huán)境的溫度就是露點溫度。露點溫度越小于周圍環(huán)境的溫度，結(jié)露的可能性就越小，也就意味著空氣越干燥，露點不受溫度影響，但受壓力影響。
含濕量：是指濕空氣中與一千克干空氣同時并存的水蒸氣的質(zhì)量（克），常用d 來表示，單位：g/kg 干空氣。含濕量d幾乎同水蒸氣分壓力Ps成正比，而同空氣總壓力P成反比。
d=622φPs/(P－φPs)
式中P——大氣壓力（Pa）；
R為普適氣體常數(shù)，且R=8.31J/(kg·K)，Mg、Mq分別為空氣和水蒸氣的摩爾質(zhì)量。
Pg——干空氣的分壓力（Pa）；
Pq——水蒸氣的分壓力（Pa）；
Ps——水蒸氣的飽和蒸汽壓(Pa)。
φ ——相對濕度(%)
焓值：空氣中的焓值是指空氣中含有的總熱量，通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn)，稱作比焓。工程中簡稱為焓，是指一千克干空氣的焓和與它相對應(yīng)（1Kg干空氣中含有）的水蒸氣的焓的總和。在工程上，我們可以根據(jù)一定質(zhì)量的空氣在處理過程中比焓的變化，來判定空氣是得到熱量還是失去了熱量。空氣的比焓增加表示空氣中得到熱量;空氣的比焓減小表示空氣中失去了熱量。濕空氣焓值計算公式化：
i=1.01t+(2500+1.84t)d 或i=(1.01+1.84d)t+2500d （kj/kg干空氣）
式中： t—空氣溫度℃
d —空氣的含濕量kg/kg干空氣
1.01 —干空氣的平均定壓比熱 kj/(kg.K)
1.84 —水蒸氣的平均定壓比熱kj/(kg.K)
2500 —0℃時水的汽化潛熱 kj/kg
二、溫度控制主要的參考參數(shù)
環(huán)境：22℃ 相對濕度50% 露點溫度：11.12℃ 含濕量：8.224g/kg干
環(huán)境：18℃ 相對濕度45% 露點溫度：5.905℃ 含濕量：5.754g/kg干
環(huán)境：26℃ 相對濕度65% 露點溫度：18.926℃ 含濕量：13.713g/kg干
三、單表冷控制
作為一個單表冷，表冷即作為除濕又做為降溫所用。
通過含濕量控制，設(shè)定含濕量的范圍通常設(shè)定為7-9g/kg（最大范圍：5.754-13.713g/kg）通過溫濕度傳感器的反饋值計算回風(fēng)（或主功能間）的絕對含濕量，絕對含濕量在設(shè)定范圍內(nèi)則通過相對含濕量的比對做PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)冷水閥的開度。如遇相對濕度超過設(shè)定值，溫度在合格范圍內(nèi)，而且溫度沒有到設(shè)定死區(qū)溫度的上限，加熱升溫使相對濕度在合格范圍內(nèi)。
絕對含濕量在設(shè)定低限以下，表冷冷水調(diào)節(jié)閥全關(guān)。
絕對含濕量在設(shè)定高限以上，表冷冷水調(diào)節(jié)閥全開。
四、雙表冷控制
1. 在前表冷安裝露點溫度傳感器，檢測露點溫度。
通過露點溫度控制設(shè)定露點溫度為11℃ （11℃露點溫度對應(yīng)的環(huán)境溫度：22℃ 相對濕度50% ）通過PID調(diào)節(jié)冷水閥的開度，把露點溫度處理到設(shè)定值。
2. 后表冷控制
通過含濕量控制，設(shè)定含濕量的范圍通常設(shè)定為7-9g/kg（最大范圍：5.754-13.713g/kg）通過溫濕度傳感器的反饋值計算回風(fēng)（或主功能間）的絕對含濕量，絕對含濕量在設(shè)定范圍內(nèi)則通過相對含濕量的比對做PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)冷水閥的開度。如遇相對濕度超過設(shè)定值，溫度在合格范圍內(nèi)，而且溫度沒有到設(shè)定死區(qū)溫度的上限，加熱升溫使相對濕度在合格范圍內(nèi)。
說明：后表冷除濕能力有限，以降溫為主。
五、壓差控制、風(fēng)量控制
1.有回風(fēng)的空調(diào)機(jī)組
壓差采用累加累減式控制，設(shè)定壓差與設(shè)定的功能間的壓差做比較，進(jìn)行累加累減式控制。累加的數(shù)值的大小會改變新風(fēng)閥控制變化的快慢，比較范圍控制壓差寬度的變化。
風(fēng)量采用累加累減式控制，設(shè)定風(fēng)量與送風(fēng)總管的風(fēng)量做比較，進(jìn)行累加累減式控制。累加的數(shù)值的大小會改變送風(fēng)機(jī)頻率控制變化的快慢，比較范圍控制風(fēng)量寬度的變化。
3. 無回風(fēng)的空調(diào)機(jī)組
因無回風(fēng)，空調(diào)的送風(fēng)機(jī)頻率和新風(fēng)閥的開度都會影響室內(nèi)壓差和風(fēng)量，因此要么固定新風(fēng)閥開度調(diào)節(jié)風(fēng)量，要么固定頻率調(diào)節(jié)風(fēng)量。
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