教程温湿度独立控制空调系统设计应用基础

温度湿度控制的空调系统，就是向室内送入经过处理的新风，承担室内湿负荷，根据气候差异，一般夏季对新风进行降温处理，冬季对新风进行加热加湿处理，有的地区新风全年需要降温。在温湿度控制空调系统中，新风不仅承担排除室内二氧化碳和VOC等卫生方面的要求，还要起到调节室内湿环境的作用；采用另外的系统夏季产生17～20℃冷水、冬季产生32～40℃的热水送入室内干式末端装置，承担室内显热负荷。

采用两套的系统分别控制和调节室内湿度和温度，从而避免了常规系统中温湿度联合处理所带来的能源浪费和空气品质的降低；由新风来调节湿度，显热末端调节温度，可满足房间热湿比不断变化的要求，避免了室内湿度过高过低的现象。

其冷热水的温度、新风处理、室内末端及室内环境控制方式方面均有所不同，详情见下表1。

1、为突出温湿度控制空调系统设计方法的特点，将其与常规集中空调系统进行比较，见表2：

2、温湿度控制空调系统的设计要点

新风承担室内湿负荷（潜热负荷），而由其他设备排除其余显热，因此对新风的送风温度要求并不严格，只须按式（一）确定送风含湿量：

其中，ρ为空气密度，kg/m3；G为人均新风量，m3/h•人；ωr为室内设计含湿量，g/kg；ωo为新风送风含湿量，g/kg；L为人均湿负荷，g/hr•人。

例如，当室内含湿量设定值为12.6g/kg，人均湿负荷为150g/ hr•人，人均新风量为30m3/h•人，则根据上式计算得到的新风的送风含湿量为8.4g/kg。

在温湿度控制空调系统中，只需要17~20℃的冷水来带走显热负荷，此温度范围的冷源可由多种方式提供：如a、冷源（如土壤源换热器、水源热泵等），该方式适用于我国年平均气温低于15℃的地区；b、人工冷源（比如离心式冷水机组），如广西属夏热冬暖地区，年平均气温为21.6℃，宜采用该方式。

a、干式风机盘管

温、湿度控制空调系统中的风机盘管在干工况下运行，设计选型时需要注意ⅰ如果样本上给出了干工况下的运行参数，可参照样本选择。目前已有相关厂商提供了电子样本。

ⅱ若是根据一般风机盘管样本选择，可根据标准供热量及供回水温度由式(二)反算出 KF， Q h＝KFΔt m，h(二)

将求得的KF带入式(三)，根据供冷工况下设计供水温度，得到干工况下实际供冷量， Qc＝KFΔt m，c(三)

由上述办法核算结果举例如表3。由计算结果可以看出，给定供回水温度的情况下，同一盘管干工况的供冷量约为湿工况的 40%，但由于不需要，盘管所需承担的负荷减小，实际增加的盘管面积需根据工况仔细计算。

b、辐射冷板

目前采用的辐射冷板主要有两种形式：

一种是毛细管辐射板：可采用金属或塑料为材料，制成模块化的辐射板；毛细管本身是一种优良的干式末端，其主要优势为热效率高、调节速度快、占用空间小、可灵活配合各种装修方式，更适于冷负荷较大、调节要求高的场所。但由于目前产品主要依靠进口，造价偏高。

另一种是冷辐射板：该方式沿袭辐射供暖板的思想，将塑料管直接埋入水泥板中，形成冷辐射地板或顶板，地板辐射供暖已在工程中广泛应用，这为冷辐射地板夏天供冷提供了思路，目前已有成功应用的范例。

由于供水温度的限制，一般冷辐射板的供冷量不超过80W/m2，因此采用冷辐射板建筑的围护结构及室内发热量不能太大。

一般冷辐射板：管径17×2.0mm，间距 150mm。

毛细管辐射板：管径4.3×0.8mm，间距 30mm。

优点：运行满足全年新风处理要求，无需冷却塔等辅助设备；湿度处理效率较高。机组的能系数COP可达5.5左右。

缺点：体积大，造价高；经溴化锂溶液处理后的空气是否满足卫生安全标准仍存争议。

不同类型新风机组比较表

b.冷凝型新风机组

冷冻水盘管，对新风进行初步的降温；深度装置，对新风进行深度的降温。

该新风机组是集新风加湿、处理段，过滤段，风机段为一体的新风处理设备，其两组盘管的冷热源来自不同的主机。主要的与生产企业是YS、GR等公司。

优点：机组体积小，布置位置与传统新风机组相似；湿度处理效率较高。

缺点：需双冷源供给冷冻水，系统较复杂。

该新风机组是集冷热源，新风加湿、处理段，过滤段，风机段为一体的新风处理设备，主要的与生产企业是YS、GR公司。

优点：可全年运行满足新风处理要求，湿度处理效率较高。自带主机可以是空气源热泵型，也可是水（地）源热泵型。

缺点：体积稍大，造价偏高；系统较溶液调湿型机组复杂。

新风设备：冷却水冷却。

温湿度控制空调系统的控制系统较常规空调系统更为简单，总体思路是通过调节送风的含湿量和风量来控制室内的湿度，而通过调节室内末端（如干式风机盘管）的制冷量（如调节风机盘管的风量）和冷机的出水温度来控制室内的温度，从而实现的室内热环境控制和调节。

在湿度控制中，溶液新风机（以下简称新风机）能够接收上级控制系统（模块）的调节命令，对送风的含湿量和风量进行调节，考虑到自动控制系统的复杂和可靠，通过该控制模块调节送风含湿量到设定值），通过调节各空调房间的送风量实现对湿度的控制。需要说明的是，虽然送风温度对房间负荷有一定的影响，但由于新风机送风温度一般都在18~23℃之间变化，均低于室内温度，且温湿度空调系统有单的温度控制方式，因此对送风温度一般不再单调节。在各空调房间放置温度和（相对）湿度传感器，自控系统可以通过房间当前温湿度状态得到该房间需求的新风量，并控制相应末端风机的风量到需求值，满足湿度控制要求。同时，通过放置在新风机送风口的压力传感器控制送风机的频率，保持新风机送风口的压力稳定，以保证在部分房间风量变化时其它房间风量维持不变。需要注意的是：，系统设计时选择的新风机风量要合适，在最不利工况下需要的风量不得超过新风机额定风量；第二，应合理布置送、回风道，特别是送风道要能够保证最不利工况（风量最小或负荷）房间的送风量能够满足要求。

在温度控制中，主要是通过调节显热处理装置的制冷量来控制室内温度。自控系统可以得到各空调房间需求冷量与当前供冷量的关系，以干式风机盘管为例，通过调节干式风机盘管的风量（调节风量档次），来满足房间温度控制需求。当通过调节风机盘管的风量无法满足室内显热负荷需求时，则需要通过调节冷水温度来满足需求，比如风机盘管风量时冷量不够，则需要降低冷水的出水温度。同时，如果当前房间显热负荷较小，风机盘管最小风量时冷量仍然较大，则可以通过风机盘管的通断控制来调节供冷量。

上述温湿度控制系统的自控原理如下图所示：

功能规划：

空调系统控制（时间控制及程式控制）；

多系统参数检测及图形、文字动态显示；

各控制系统硬件故障巡检及显示；

空调系统控制参数远程设定与修改；

管理；

监控点历史及趋势记录。

空调系统恒温恒湿控制；

手术室内（回风）温度参数实时采集显示（现场显示界面为可选配置）；

空调系统控制参数设定与修改；

机组起停控制模式转换；

系统硬件故障自检及显示；

送风机运行状态、故障状态监测与指示；

初效、中效过滤器压差监测，提醒运行管理人员及时清洗或更换；

当控制器接到消防站传来的消防信号，立即关闭机组，并发出；

机组缺风保护及高温保护；

装置与空调机组的连锁控制功能。

消防连锁：当控制器接到消防站/防火阀传来的消防信号，立即关闭机组，并发出；

缺风保护：在送风机前后设置缺风保护压差开关，对加热器、加湿器实现保护，即缺风保护压差开关不接通，则上述加热器、加湿器不得投入工作；且如果开机3分钟后缺风保护压差开关仍未接通，则发出缺风故障。

停机延时：需关闭和空调系统时，先关掉加热、蒸汽加湿，室外机，送风机延时3分钟后关闭，以清除机组内残留的余热余湿。

过滤器压差：在过滤器前后设置压差开关，当过滤器前后压差超过设定值时指示。

防冻保护：（北方地区新风机及自取新风机组含）在冷热水盘管后安装温度开关（设定5℃），系统发出防冻信号并立即关闭机组。

高温保护：在电加热后安装高温断路器，当送风过热时，高温断路器发出信号，并立即关闭电加热，需手动复位。

掉电保护：蒸汽加热电动调节阀/蒸汽加湿器电动执行器均为断电复位型，系统突然掉电时，可以自行关闭；

电气安全保护：为保证机组安全可靠运行，机组控制柜提供以下安全保护功能：电机过载保护，电源、运行及过载指示，具有远程/就地控制转换等能。

本控状态下，可通过控制柜起停开关直接起停；

状态下，可通过远程起停开关或情报面板按键直接起停；

设有站的系统，可通过站启停机组。

根据回风温湿度，控制冷水阀（或室外机）、热水阀（或电加热）及加湿阀的投入实现恒温恒湿控制；

双PID算法，彻底解决传统单PID算法在呆滞区内易出现的加热、降温相互抵消不节能的问题。

积分分离、积分饱和抑制、分程控制等多种算法的运用保证高恒温恒湿的实现。

二进制三输出八级高细微调节，确保系统控制。

需多级同时投入时，错峰延时起动降低冲击电流。

根据送风压力（或风速），调节变频器的频率实现送风恒风压（或恒风量）控制；

正常/值机工况转换运行：

正常状态时，送风机高频率运行, 制冷、加热、加湿设备根据回风温湿度连续调节，实现恒温恒湿控制。

值班状态时，送风机低频率运行，采用温度及湿度高低限控制模式，在高限温湿度及低限温湿度之间，所有制冷、加热、加湿设备不投入，实现值机节能控制。

随机组起停联锁控制新风阀开关，保证机组停机时无新风进入机组，全新风机组先开新风阀，延时开送风机，防止负压过大新风阀打不开。

排风机控制：与机组起停及房间自动门开关联锁控制排风机起停。

负压控制：

接收到负压排风信号时，先开负压排风机30S,后启动机组；关机时，先关闭机组，30S后再关闭负压排风机，以保证室内负压停机状态。

灯控制：灯供电与风机联锁控制—风机停止灯投入工作0.5H（可设）后停止。

可根据具体用户和工程总包单位的要求进行配合设计，一般功能设置有：

室内（回风）温湿度实时显示；

室内（回风）温湿度设定值修改（一般不予湿度修改权限）；

手术室内滤网指示；

手术室内控制机组起停控制；

空调机组起停、运行及故障状态显示；

手术室内控制值班状态显示及转换控制。

不建议采用硬接线方式；减少接线，减轻工作量。

系统原理图：