符合企业内控高精度要求的空调自控设计

沈彦骅*

（上海百迈博制药有限公司，上海 201203）

符合企业内控高精度要求的空调自控设计

沈彦骅*

（上海百迈博制药有限公司，上海 201203）

介绍采用空调箱出口控制露点温度、各个送风区域设置热盘管控制温度的方法使洁净室温湿度控制在符合企业内控高精度要求的范围内（温度：20℃～24℃，相对湿度：45%～60%），并结合工程实例对其进行论证。

高精度 空调自控 露点温度 热盘管

*沈彦骅（1981-），男，工程师，主要从事暖通净化空调专业设计、项目实施及管理工作。联系地址：上海市张江高科技

园区李冰路301号，上海百迈博制药有限公司，邮编：201203。电话：13818252383，电子邮箱：shenyanhua2005@163.com

1 引言

随着设备、工艺要求的不断提高，对洁净室温湿度的控制精度要求也越来越高，设计时只做到温湿度控制在GMP标准范围（温度：18℃～26℃，相对湿度：45%～65%）已经不能满足有些企业的内控要求。现在不少企业内控高精度要求的范围为温度：20℃～24℃，相对湿度：45%～60%。在洁净室各个房间冷负荷区别较大、无散湿量的工况下，传统的以空调箱送风温湿度或回风温湿度为控制对象的空调自控系统会造成洁净室内各个房间温湿度差异及周期性的室内温湿度波动，无法满足这些企业的内控要求。那么就必须采用空调箱出口控制露点温度、各个送风区域设置热盘管控制温度的方法使洁净室温湿度控制在符合企业内控高精度要求的范围。

2 传统空调自控系统的缺陷

以空调箱送风温湿度或回风温湿度为控制对象是非常常见的空调自控系统设计方法,但是此种控制方法有以下缺陷：

1）洁净室各个房间的送风温度和相对湿度相同，当某个房间由于设备发热量大等原因造成冷负荷较大时，无法单独对其室内温湿度进行调节，这样就会导致各个房间温湿度差异，甚至有超出GMP控制范围的风险。

2）由于加湿器位于空调箱末端处理,传统空调自控系统以温度控制为优先级。此种控制方法在低温高湿工况时会引起洁净室房间温湿度的波动。当工况为低温高湿时，自控系统以根据空调箱送风温度低于设定温度比较得出的冷水阀关闭、热水阀开启为优先，不考虑空调箱送风相对湿度高于设定相对湿度而开启冷水阀的指令。当送风温度升到设定温度时,然后再考虑除湿。虽然热水阀开启后，送风相对湿度是会略微下降, 但是由于冷水阀关闭,送风绝对湿度是不会下降的。当送风温度上升到设定温度后，相比原来的高湿工况，送风相对湿度下降的量是有限的，所以必须再开启冷水阀进行除湿降温过程，周而覆始会造成各房间室内温湿度周期性的波动。

3 解决方案及控制原理和空气处理过程分析

本设计采用空调箱出口控制露点温度、各个送风区域设置热盘管控制温度的方法来解决洁净室各个房间冷负荷区别较大、无散湿量的工况。空调自控系统以送风露点温度控制为优先级。由图1净化空调流程图所示（空调系统为全新风系统），空调功能段组合顺序为：新风、初效过滤段、表冷器、风机段、均流段、加热段、加湿段、中效过滤段。在空调箱处理阶段,保证送风露点达到控制房间要求的露点温度值,送风温度只是进行预热处理,由安装在各送风区域内的再热盘管进行送风温度的最终处理,使房间温度达到企业内控要求值。

由于送风露点温度在空调箱处理阶段已经达到了控制房间的要求值，房间内无散湿量，所以达到设定的房间温度后，对应的相对湿度也符合企业内控要求。

图1 净化空调流程图

3.1 监控内容

为了更好地进行洁净室室内温湿度和室间差压控制，必须得到足够的监测数据进行控制和趋势分析。

1）室内温湿度控制监测数据：空调箱送风机状态及警报、区域重要房间的温湿度及警报、空调箱出口送风温度和送风露点温度及警报、冷水供回水温度、环境（外气）温湿度

2）室间差压控制监测数据：送风风速及警报、风机变频反馈频率、区域重要房间的室内差压及警报、空调箱初效过滤器差压警报、空调箱中效过滤器差压警报、排风箱中高效过滤器差压警报、新风风阀开关状态反馈显示、区域重要房间的高效过滤器警报。

3）消防火灾监测数据：防火阀异常状态、火灾警报信号显示

3.2 控制原理

3.2.1 温湿度控制原理

本设计温湿度控制以空调箱出口风管的送风露点传感器监测值来调节空调箱的冷水电动阀和加湿电动阀，送风温度传感器监测值来调节空调箱的冷水电动阀和加热电动阀，区域重要房间的温湿度传感器监测值来调节再热盘管加热电动阀。各个电动阀与空调箱风机风压开关联锁，空调箱风机关闭后，DDC发出指令，各个电动阀立即处于关闭状态。当空调箱开启时，DDC监测到空调箱风机运行后，根据各个传感器的监测值与设定值相比较及设定程序中的送风露点温度优先级，DDC开始从各个电动阀门执行机构的零点计算输出值。控制原理详见图2。

图2 温湿度控制原理图

3.2.2 室间差压控制原理

室间差压控制采用在空调箱出口风管控制送风风速的方法。在空调出口风管上安有毕托管，利用微差压传感器测量空调箱的全压与静压的差压，DDC将这个差压值（动压）转算成送风风速。根据洁净室风量调试后得出的空调箱出口风管送风风速监测值作为设定值，空调箱风机变频器根据此设定值作为依据进行调节。

此种室间差压控制设计的优点：用调节风机变频器来代替调节空调箱出口阀门，既提高了控制精度，又可以动态适应空调箱过滤器阻力上升对风量的影响。控制原理详见图3。

图3 室间差压控制原理图

3.3 空气处理过程

（1） 夏季新风（图4中的1号状态点）在空调箱中经过初效过滤、表冷器冷却除湿（图4中的1→2过程）、中效过滤的过程后，达到设定的17℃送风温度和12.55℃露点温度（图4中的2号状态点）再由风管经过送风区域设置的热盘管加热达到所需的送风温度后送入室内（由于各房间的显热负荷及换气次数不同，故相应送风温度也不同，图中没有具体表示出该点），最终使房间温湿度达到设定的22℃温度和55%相对湿度（图4中的3号状态点）。

图4 夏季空气处理过程i-d图

图5 冬季空气处理过程i-d图

（2）冬季新风（图5中的1号状态点）在空调箱中经过初效过滤、加热盘管升温（图5中的1→2过程）、干蒸汽加湿器加湿（图5中的2→3过程）、中效过滤的过程后，达到设定的17℃送风温度和12.55℃露点温度（图5中的3号状态点）。

再由风管经过送风区域设置的热盘管加热到所需送风温度后送入室内，使房间温湿度达到设定的22℃温度和55%相对湿度（图5中的4号状态点）。

4 工程实例分析

4.1 工程概况

上海某药厂微生物室为混合结构，层高为4.0m，建筑面积为151m2。其中万级区域为85.85 m2，吊顶高度为2.4m。空调系统设计为洁净中央空调，车间夏季冷水工况为7℃～12℃，由工厂集中处理供应；加热采用蒸汽降压到0.4MPa，加湿采用蒸汽降压到0.1MPa进行处理，蒸汽由供热公司集中供应。

4.2 工程特点

万级区温度20℃～24℃，相对湿度45%～60%。洁净区设有臭氧灭菌系统。

4.3 空调箱主要技术指标

空调处理设备采用组合式空调机组，总风量为7000m3/h，新风比100%，制冷量为131.1kW，加热量为73.1kW，加湿量为60kg/h。

4.4 施工调试过程中的注意点

为保证该方案能够顺利实施，应在调试过程中注意以下几点：

1）每个企业要求洁净室温湿度不同，可通过调节各房间的设定温度和调节空调箱出口的送风露点温度设定值来改变整个洁净室的温湿度。

2）由于再热盘管主要根据风量来选型，设计时需对每个送风区域的送风量进行精密计算。风量调试时，需尽量接近设计值，以避免达不到设定温度。

3）再热盘管的电动阀必须做到与送风风压开关做连锁，防止安全事故的发生。

4）冷水供水温度必须为7℃～10℃，才能保证在高湿季节达到设定的送风露点温度。

图6 微生物室2房间设定温度为21.8℃，设定湿度为55%时，一天的温湿度监测数据

4.5 运行数据

图6是空调系统调试完成后重要房间温湿度一天的监测数据。调试后将微生物室2房间（区域重要房间）的设定温度调节为21.8℃，设定相对湿度调节为55%。从图中可以看出，温度曲线（蓝色曲线）范围为21.7℃～21.9℃；相对湿度曲线（红色曲线）范围为53%～56%。，符合企业的内控标准。

5 结论

传统的以空调箱送风温湿度或回风温湿度为控制对象的空调自控系统在洁净室各个房间冷负荷区别较大、无散湿量的工况下不适用的原因是，空调箱送风温湿度集中控制无法对冷负荷不同的房间进行局部温湿度调节。采用空调箱出口控制露点温度、各个送风区域设置热盘管控制温度的方法后，各个房间的室内温湿度几乎没有差异，而且从监测数据趋势图来看，一天的波动也较小，符合企业内控的高精度要求。

[1]赵荣义，范存养，薛殿华，钱以明. 空气调节（第三版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2002.

[2]徐德胜, 陈维刚 主编. 空调工程与设备—原理、结构、操作、维修[M]. 上海：上海交通大学出版社2001.8

[3]徐德胜, 尉迟斌 主编. 制冷工程技术辞典[M]. 上海：上海交通大学出版社, 1987

[4]尉迟斌 主编. 实用制冷与空调工程手册[M]. 北京：机械工业出版社, 2002

[5]蒋能照 主编. 家用中央空调实用技术[M]. 北京：机械工业出版社, 2002

Design of air-conditioning automatic control system which fi t in with high-precision business internal control requirements

Shen YanHua
（Shanghai SINE Pharmaceutical Co., Ltd.，Shanghai 201206）

This article aims at introducing the following method of controlling dew point temperature at air conditioner‘s air outlets and controlling dry bulb temperature by installing heating coils in various air supply regions that makes temperature and humidity of the clean room within high-precision business internal control requirements （temperature∶ 20℃～24℃, relative humidity∶ 45%～60% ）.The engineering examples are also presented in this article for illustration.

high-precision；air-conditioning automatic control system；dew point temperature；heating coils