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恒温恒湿机选型设计案例,恒温恒湿机冷量计算

时间:2020-10-17 16:43:02 来源:未知 点击:

  恒温恒湿机选型设计案例

  某实验室恒温恒湿设计,已知参数与要求如下:房间吊顶完成后净高为2.8m,房间净尺寸为4m×3m;房间要求温度为20℃,波动幅度为±0.3℃;相对湿度为40%~60%,波动幅度为±5%;2m高度内同一水平面温度变化率不超过0.3℃/h,竖直方向温度梯度无要求。

  由于恒温恒湿实验室要求温度波动幅度为±0.3 ℃,不可设置外墙,虽然大车间内有舒适性空调,但与该恒温恒湿室的温差大于3℃,因此恒温恒湿室的隔墙应设保温层。

  注:恒温恒湿室围护结构的热惰性指标 D 是体现围护结构温度衰减倍数和延迟时间的纲量,D=热阻×蓄热系数。 D越大,围护结构的热稳定性就越好,越有利于减少恒温室的温度波动

  冷负荷的影响

  (1)空调负荷的计算

  空调房间的全年负荷及显热负荷由负荷计算软件计算所得。

  (2)送风温差及气流组织

  基于恒温恒湿室的基准温度及室内热湿比情况,将送风温差设定为3 ℃,气 流组织按全面孔板上送风、下回风设计,工作区风速为0.20~0.25m/s。

  设计时需要进行全面孔板的设计计算,具体的计算步骤如下:

  1)确定孔板送风风速vs;

  2)根据房间的显热冷负荷Q 和送风温差,计算送风量Ls;

  3)根据送风风速vs 和送风量Ls,计算孔口总面积k 及净孔面积比r;

  4)确定孔口中心距l和孔口数目n;

  5)校核工作区的最大风速vx,并使其不大于工作区的允许风速;

  6)校核工作区最大轴心温差Δtx,并使该值不大于室温允许波动范围;

  7)确定稳压层高度hw。

  若计算结果工作区风速超出允许风速,则表明计算的工作区最大轴心温差 Δtx 的结果会大于室温允许波动范围,无法满足设计要求。为了得到合适的工作区最大轴心温差 Δtx,笔者按上述步骤进行了逆向校核计算,具体做法如下:

  1)假设工作区的最大风速vx满足设计要求,x=0.25m/s;

  2)选取合适的孔口直径ds=8mm,确定孔板送风出口风速vs;

  3)根据vx和vs算出净孔面积比r及孔口总面积fk;

  4)根据孔口总面积fk计算出送风量Ls;

  5)根据送风量Ls送风温差计算出房间的显热负荷Q′。

  将计算得到的显热负荷 Q′与原来由软件计算所得的显热负荷Q 进行比较,发现 Q′比 Q 小了许多,由此可见对于温度波动要求高的空调区域,空调负荷是受限的。为了得到合适的温度场及速度场,要根据工作区的允许风速调整空调冷负荷,改进围护结构的构造方式,使得空调冷负荷满足校核计算所需要得到的结果。

  为了将房间的显热负荷调整到需要的数值,要先分析该房间显热负荷的组成,该工程的房间显热负荷Q主要由以下几部分组成

  1)通过围护结构传入室内的热量Q1;

  2)工艺设备的散热量Q2;

  3)照明散热量Q3;

  4)人体散热量(显热)Q4;

  5)室内没有正压时,渗透空气带入室内的显热量 Q5。

  以上 各 项 中,第 2)~4)项值基本不可调整,第5)项可以通过设置新风系统和缓冲间来消除其影响,所以可以减少显热负荷的途径只有第1)项。

  该项目逆向校核计算得到的显热负荷Q′=727W,其 中业主提供的工艺设备散热数据Q2=75W,照明负荷计算值 Q3=71W,人体散热计算值Q4=188W,渗透空气带入室内的显热量计算值Q5=0。

  由此可以推断出围护结构传入室内的热量最大限值Q1=393 W。由此提出设置空调隔间的方案,空调隔间设计温度取20℃,与恒温间无温差传热,恒温间内墙无传热。这样处理之后Q1=77W+118 W=195W

  结论

  1)高精度恒温恒湿空调室(波动幅度为±0.5 ℃下)设计计算冷负荷时应重点考虑围护结构的传热系数 K 及热惰性指标D。可采用逆向校核计算法先算出冷负荷的最大限值,进而采取措施减少冷负荷。该工程中设置的空调隔间及缓冲前室就是为了减少进入恒温室的传热量而采取的有效措施,调隔间及缓冲前室的存在隔绝了周边环境对恒温间的影响,形式简单、施工方便、效果明显。

  2)高精度恒温恒湿实验室建立合理气流组织是保证温度波动幅度的重要措施,不可以简单地认为一味地增大房间换气次数就可以保证恒温状态。恰恰相反,盲目地增加换气次数,导致工作区风速过大,度波动幅度无法保证,只有尽量减少恒温室的空调冷负荷,减少恒温室的送风量,形成合理的速度场和温度场,才是减小温度波动幅度的有效途径。

  3)高精度空调恒温室是精细化的工程,需要设计师在设计过程中对各项指标进行详细计算和反复推敲,同时也要关注建筑、电气等相关专业的参数对空调系统的影响,兼顾施工过程可能遇到的难点,方能使项目达到预期的效果。

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