关于洁净空调自控系统浅析

第一部分  序

一、洁净间空调系统相关要求

随着经济的发展和生活水平的提高，目前在电子、制药、食品、生物工程、医疗等领域对洁净间的要求越来越高，洁净技术也随之发展起来。它综合了工艺、建筑、装饰、给排水、空气净化、暖通空调等各方面的技术。

按照中华人民共和国标准GBJ73-84《洁净厂房设计规范》，其与空调系统相关的主要技术指标为：

A、空气洁净度

等级每M3空气中≥0.5微米尘粒数每M3空气中≥0.5微米尘粒数

100级≤35×100

1000级≤35×1000≤250

10000级≤35×10000≤2500

100000级≤35×100000≤25000

B、温、湿度

（1）满足生产要求；

（2）生产工艺无温、湿度要求时，洁净室温度为20-26℃，湿度小于70％；

（3）人员净化用室和生活用室温度为16-28℃。

C、洁净室正压

洁净室必须维持一定的正压。不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的静压差，应不小于4.9Pa，洁净区与室外的静压差，应不于9.8Pa.。

此外，还有对于风量，风速等的技术要求。总之，洁净间的各项指标都非常严格，因此，对其进行精确的控制就成为必须。

 

二、洁净间空调自控系统的实现

洁净厂房的空调控制，依照《洁净室施工验收规范》，《洁净厂房设计规范应》，《采通风与空气调节设计规范》等国家标准.

1、空气净化

一般的洁净间空间系统中，空气化处理采用空气过滤器。通常情况下，安装初效过滤器和中效过滤器后，空气洁净度可以达到10000级。而对于的超净要求的洁净间还应安装高效过滤器。这样，空气洁净度可以达到更高（如100级甚至更高）。过滤器长期使用时，滤料上沉附的灰尘将慢慢增加，这样会增大气流阻力，影响整个空调系统的运行。因此，工程上应对过滤器的气流阻力变力进行自动检测和报警。通常采用差压法测量过滤器前后的压差Pd,并将此差压信号进行显示和根据设定的差压限值报警，以便及时清理或更换。

2、温度控制

A、一次加热的控制

空气一次加热又称预加热，是用来加热新风或加热新风与一次回风的混合风。一次加热一般只用于冬季很冷的地区，防止新风与一次回风混合后达到饱和，产生水雾或结冰。一次加热还应用于一次混合不允许变动的超净空调系统中。当采用蒸气或热水进行加热时，一般采用控制蒸气或热水的调节阀开度实现温度控制；当采用电加热时，通过晶闸管电力控制器，控制其加热电功率实现温度控制。

B、二次加热与三次加热的控制

空气二次加热通常设在表冷器之后或二次回风混合段后。二次加热的目的是在有相对湿度要求的情况下，为了保证送风温度或空调室内的温度。其控制方式与一次加热的情况基本相同。三次加热又成精加热，通常是在高精度温度控制时，用于温度微调而设置的加热段。其控制应根据具体情况参照上述原理实施。

3、湿度控制

A、加湿处理及控制

洁净间空调工程中，加湿操作一般是在冬季或过渡季节空气干燥时进行。空气加湿的方法比较多。通常采用蒸汽加湿器和电加湿器的开关控制或功率调节。蒸汽加湿时，根据湿度控制要求，可通过对电磁阀进行位式控制或采用二通调节阀的连续调节来实现。

B、除湿（干燥）处理及控制

空气冷却干燥处理常用表冷器来完成。表冷对空气的处理的等湿冷却二种处理过程。采用表冷器进行湿度控制时，是通过调节表冷器的冷媒（如冷冻水）流量来实现。当湿度高于要求的值时，可通过加大冷水阀的开度来加大其流量，实现除湿（即干燥）处理；反之减少流量，实现加湿处理。应该说明的是，由于空气的物理性质，其湿度的控制相对比较复杂，方法也较多。而且，空气的温度和湿度二个参数在调节过程中又相互影响。如某些原因使室内温度升高，引起空气中水蒸汽的饱和分压变化，在绝对含湿量不变的情况下，将使相对湿度减少。因此，对其中某一参数进行调节时，也会引起另一参数的变化。例如在夏季采用表冷器进行除湿调节，开大冷水阀时，在使湿度恢复正常的同时，也使温度降低。因此，在工艺设计和自控方案设计时都应充分考虑到这一特点。

4、正压控制

我国国家标准规定，不同级别洁净室之间应大于4.9Pa,洁净区与之间应大于9.8Pa。洁净室内的结构等基本确定，在运行过程中，保持正压可以通过控制新风量或回风量来实现。即通过控制新风门或回风门的开度来实现。

5、其它控制与空调节能

对洁净间而言，除上述必需保证的技术指标示，还有一些对于安全与节能等方面的要求。结合多年的工程实践，主要有如下一些方面。

A、风机故障报警。

通过检测风机的风流状态判断风机是否正常工作。若因电机烧毁或皮带松动等原因导致风机停转，应立即报警。

B、风机变频控制

为保持洁净间内稳定的正压或一定的新风/回风比，可以对机（电机）转数实施变频控制。实践证明，变频控制比单纯的风门开度调节控制效果更佳，而且可大幅度节约电力消耗。因为在空调系统中，新风/回的输送占电能消耗的最大比例。而风门控制实际上是通过节流装置（即风门）来实现气流的改变。

C、水泵变频控制

在一泵对一调节系统时，采用变频调速（水泵转数）实现流量控制比采用节流装置（即调节阀）为佳。这种方式不仅体现在控制效果更佳，同时体现在大幅度节约电力消耗上。

D、节能程序

由于计算机控制系统的应用，使节能控制成为现实。即除了上述对空调系统工艺特点实施的节能控制手段外，计算机控制还可实现如焓差控制、夜晚循环、夜风净化、最佳启停、零能量区等。当然，对于某个特定的洁净厂房，其节能程序应根据其具体情况进行编制，以达到最佳的节能效果。

第二部分  控制

一、名词解释

   相对湿度（Relative Humidity ）：用RH表示。表示空气中的绝对湿度与同温度和气压下的饱和绝对湿度的比值，得数是一个百分比。(也就是指某湿空气中所含水蒸气的质量与同温度和气压下饱和空气中所含水蒸气的质量之比，这个比值用百分数表示。例如，某机房平常所说的湿度为60%，即指相对湿度。)

绝对湿度：每立方米湿空气中所含水蒸气的质量，即水蒸气密度，单位为g/m3 。

露点（或霜点）温度： 露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。在100%的相对湿度时，周围环境的温度就是露点温度。露点温度越小于周围环境的温度，结露的可能性就越小，也就意味着空气越干燥，露点不受温度影响，但受压力影响。

含湿量：是指湿空气中与一千克干空气同时并存的水蒸气的质量（克），常用d 来表示，单位：g/kg 干空气。含湿量d几乎同水蒸气分压力Ps成正比，而同空气总压力P成反比。

d=622φPs/(P－φPs)

式中P——大气压力（Pa）；

注解

R为普适气体常数，且R=8.31J/(kg·K)，Mg、Mq分别为空气和水蒸气的摩尔质量。

Pg——干空气的分压力（Pa）；

Pq——水蒸气的分压力（Pa）；

Ps——水蒸气的饱和蒸汽压(Pa)。

φ ——相对湿度(%)

焓值：空气中的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓。工程中简称为焓，是指一千克干空气的焓和与它相对应（1Kg干空气中含有）的水蒸气的焓的总和。在工程上，我们可以根据一定质量的空气在处理过程中比焓的变化，来判定空气是得到热量还是失去了热量。空气的比焓增加表示空气中得到热量;空气的比焓减小表示空气中失去了热量。湿空气焓值计算公式化：

i=1.01t+(2500+1.84t)d 或i=(1.01+1.84d)t+2500d （kj/kg干空气）

式中： t—空气温度℃

d —空气的含湿量kg/kg干空气

1.01 —干空气的平均定压比热 kj/(kg.K)

1.84 —水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)

2500 —0℃时水的汽化潜热 kj/kg

二、温度控制主要的参考参数

   环境：22℃ 相对湿度50%    露点温度：11.12℃  含湿量：8.224g/kg干

   环境：18℃ 相对湿度45%    露点温度：5.905℃  含湿量：5.754g/kg干

   环境：26℃ 相对湿度65%    露点温度：18.926℃  含湿量：13.713g/kg干

三、单表冷控制

作为一个单表冷，表冷即作为除湿又做为降温所用。

通过含湿量控制，设定含湿量的范围通常设定为7-9g/kg（最大范围：5.754-13.713g/kg）通过温湿度传感器的反馈值计算回风（或主功能间）的绝对含湿量，绝对含湿量在设定范围内则通过相对含湿量的比对做PID运算，调节冷水阀的开度。如遇相对湿度超过设定值，温度在合格范围内，而且温度没有到设定死区温度的上限，加热升温使相对湿度在合格范围内。

绝对含湿量在设定低限以下，表冷冷水调节阀全关。

绝对含湿量在设定高限以上，表冷冷水调节阀全开。

四、双表冷控制

1.   在前表冷安装露点温度传感器，检测露点温度。

通过露点温度控制设定露点温度为11℃ （11℃露点温度对应的环境温度：22℃ 相对湿度50% ）通过PID调节冷水阀的开度，把露点温度处理到设定值。

2.   后表冷控制

通过含湿量控制，设定含湿量的范围通常设定为7-9g/kg（最大范围：5.754-13.713g/kg）通过温湿度传感器的反馈值计算回风（或主功能间）的绝对含湿量，绝对含湿量在设定范围内则通过相对含湿量的比对做PID运算，调节冷水阀的开度。如遇相对湿度超过设定值，温度在合格范围内，而且温度没有到设定死区温度的上限，加热升温使相对湿度在合格范围内。

说明：后表冷除湿能力有限，以降温为主。

五、压差控制、风量控制

1.有回风的空调机组

压差采用累加累减式控制，设定压差与设定的功能间的压差做比较，进行累加累减式控制。累加的数值的大小会改变新风阀控制变化的快慢，比较范围控制压差宽度的变化。

风量采用累加累减式控制，设定风量与送风总管的风量做比较，进行累加累减式控制。累加的数值的大小会改变送风机频率控制变化的快慢，比较范围控制风量宽度的变化。

3.   无回风的空调机组

因无回风，空调的送风机频率和新风阀的开度都会影响室内压差和风量，因此要么固定新风阀开度调节风量，要么固定频率调节风量。

     

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