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關于潔凈空調自控系統淺析
第一部分 序
一、潔凈間空調系統相關要求
隨著經濟的發展和生活水平的提高，目前在電子、制藥、食品、生物工程、醫療等領域對潔凈間的要求越來越高，潔凈技術也隨之發展起來。它綜合了工藝、建筑、裝飾、給排水、空氣凈化、暖通空調等各方面的技術。
按照中華人民共和國標準GBJ73-84《潔凈廠房設計規范》，其與空調系統相關的主要技術指標為：
A、空氣潔凈度
等級每M3空氣中≥0.5微米塵粒數每M3空氣中≥0.5微米塵粒數
100級≤35×100
1000級≤35×1000≤250
10000級≤35×10000≤2500
100000級≤35×100000≤25000
B、溫、濕度
（1）滿足生產要求；
（2）生產工藝無溫、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與非潔凈區之間的靜壓差，應不小于4.9Pa，潔凈區與室外的靜壓差，應不于9.8Pa.。
此外，還有對于風量，風速等的技術要求。總之，潔凈間的各項指標都非常嚴格，因此，對其進行精確的控制就成為必須。
二、潔凈間空調自控系統的實現
潔凈廠房的空調控制，依照《潔凈室施工驗收規范》，《潔凈廠房設計規范應》，《采通風與空氣調節設計規范》等國家標準.
1、空氣凈化
一般的潔凈間空間系統中，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，空氣潔凈度可以達到10000級。而對于的超凈要求的潔凈間還應安裝高效過濾器。這樣，空氣潔凈度可以達到更高（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，影響整個空調系統的運行。因此，工程上應對過濾器的氣流阻力變力進行自動檢測和報警。通常采用差壓法測量過濾器前后的壓差Pd,并將此差壓信號進行顯示和根據設定的差壓限值報警，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加熱，是用來加熱新風或加熱新風與一次回風的混合風。一次加熱一般只用于冬季很冷的地區，防止新風與一次回風混合后達到飽和，產生水霧或結冰。一次加熱還應用于一次混合不允許變動的超凈空調系統中。當采用蒸氣或熱水進行加熱時，一般采用控制蒸氣或熱水的調節閥開度實現溫度控制；當采用電加熱時，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在表冷器之后或二次回風混合段后。二次加熱的目的是在有相對濕度要求的情況下，為了保證送風溫度或空調室內的溫度。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，用于溫度微調而設置的加熱段。其控制應根據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
潔凈間空調工程中，加濕操作一般是在冬季或過渡季節空氣干燥時進行。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控制或功率調節。蒸汽加濕時，根據濕度控制要求，可通過對電磁閥進行位式控制或采用二通調節閥的連續調節來實現。
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。采用表冷器進行濕度控制時，是通過調節表冷器的冷媒（如冷凍水）流量來實現。當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，實現除濕（即干燥）處理；反之減少流量，實現加濕處理。應該說明的是，由于空氣的物理性質，其濕度的控制相對比較復雜，方法也較多。而且，空氣的溫度和濕度二個參數在調節過程中又相互影響。如某些原因使室內溫度升高，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，對其中某一參數進行調節時，也會引起另一參數的變化。例如在夏季采用表冷器進行除濕調節，開大冷水閥時，在使濕度恢復正常的同時，也使溫度降低。因此，在工藝設計和自控方案設計時都應充分考慮到這一特點。
4、正壓控制
我國國家標準規定，不同級別潔凈室之間應大于4.9Pa,潔凈區與之間應大于9.8Pa。潔凈室內的結構等基本確定，在運行過程中，保持正壓可以通過控制新風量或回風量來實現。即通過控制新風門或回風門的開度來實現。
5、其它控制與空調節能
對潔凈間而言，除上述必需保證的技術指標示，還有一些對于安全與節能等方面的要求。結合多年的工程實踐，主要有如下一些方面。
A、風機故障報警。
通過檢測風機的風流狀態判斷風機是否正常工作。若因電機燒毀或皮帶松動等原因導致風機停轉，應立即報警。
B、風機變頻控制
為保持潔凈間內穩定的正壓或一定的新風/回風比，可以對機（電機）轉數實施變頻控制。實踐證明，變頻控制比單純的風門開度調節控制效果更佳，而且可大幅度節約電力消耗。因為在空調系統中，新風/回的輸送占電能消耗的最大比例。而風門控制實際上是通過節流裝置（即風門）來實現氣流的改變。
C、水泵變頻控制
在一泵對一調節系統時，采用變頻調速（水泵轉數）實現流量控制比采用節流裝置（即調節閥）為佳。這種方式不僅體現在控制效果更佳，同時體現在大幅度節約電力消耗上。
D、節能程序
由于計算機控制系統的應用，使節能控制成為現實。即除了上述對空調系統工藝特點實施的節能控制手段外，計算機控制還可實現如焓差控制、夜晚循環、夜風凈化、最佳啟停、零能量區等。當然，對于某個特定的潔凈廠房，其節能程序應根據其具體情況進行編制，以達到最佳的節能效果。
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，得數是一個百分比。(也就是指某濕空氣中所含水蒸氣的質量與同溫度和氣壓下飽和空氣中所含水蒸氣的質量之比，這個比值用百分數表示。例如，某機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為露珠時候的溫度叫露點溫度。在100%的相對濕度時，周圍環境的溫度就是露點溫度。露點溫度越小于周圍環境的溫度，結露的可能性就越小，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，且R=8.31J/(kg·K)，Mg、Mq分別為空氣和水蒸氣的摩爾質量。
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量為基準，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（1Kg干空氣中含有）的水蒸氣的焓的總和。在工程上，我們可以根據一定質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
環境：22℃ 相對濕度50% 露點溫度：11.12℃ 含濕量：8.224g/kg干
環境：18℃ 相對濕度45% 露點溫度：5.905℃ 含濕量：5.754g/kg干
環境：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，設定含濕量的范圍通常設定為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（或主功能間）的絕對含濕量，絕對含濕量在設定范圍內則通過相對含濕量的比對做PID運算，調節冷水閥的開度。如遇相對濕度超過設定值，溫度在合格范圍內，而且溫度沒有到設定死區溫度的上限，加熱升溫使相對濕度在合格范圍內。
絕對含濕量在設定低限以下，表冷冷水調節閥全關。
絕對含濕量在設定高限以上，表冷冷水調節閥全開。
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定露點溫度為11℃ （11℃露點溫度對應的環境溫度：22℃ 相對濕度50% ）通過PID調節冷水閥的開度，把露點溫度處理到設定值。
2. 后表冷控制
通過含濕量控制，設定含濕量的范圍通常設定為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（或主功能間）的絕對含濕量，絕對含濕量在設定范圍內則通過相對含濕量的比對做PID運算，調節冷水閥的開度。如遇相對濕度超過設定值，溫度在合格范圍內，而且溫度沒有到設定死區溫度的上限，加熱升溫使相對濕度在合格范圍內。
說明：后表冷除濕能力有限，以降溫為主。
五、壓差控制、風量控制
1.有回風的空調機組
壓差采用累加累減式控制，設定壓差與設定的功能間的壓差做比較，進行累加累減式控制。累加的數值的大小會改變新風閥控制變化的快慢，比較范圍控制壓差寬度的變化。
風量采用累加累減式控制，設定風量與送風總管的風量做比較，進行累加累減式控制。累加的數值的大小會改變送風機頻率控制變化的快慢，比較范圍控制風量寬度的變化。
3. 無回風的空調機組
因無回風，空調的送風機頻率和新風閥的開度都會影響室內壓差和風量，因此要么固定新風閥開度調節風量，要么固定頻率調節風量。
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