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澳企实验 | 恒温恒湿实验室如何设计才更合理?

发布日期:2020-10-13浏览次数: 信息来源:

 一、恒温恒湿实验室方案概述

恒温恒湿实验室是将某一实验室通过某些专用设备和技术方法,使其室内温湿度符合某一调湿和试验用标准大气的要求。恒温恒湿实验室是生产企业的产品质量检验与商品质量检验把关的基础设施。恒温恒湿实验室广泛应用于棉纺、毛纺、化纤、纸张、包装、烟草生产企业以及质检、纤检等部门,按照ISO和GB有关标准规定,纺织品、纺织原料、纸张、纸品和纸箱等商品的物理项目的检验必需在标准大气条件下进行。纺织品和纺织原料检验的标准大气按ISO139和GB6529标准规定,温度20±2 ℃,相对湿度65%±2%;纸张、纸品和纸箱类商品检验的标准大气按照ISO187和GB10739标准规定,温度23±1℃,相对湿度50%±2%。除了常规温湿度的恒温恒湿实验室,还有其它特殊的5-18℃低温、30-80℃高温、相对湿度要求小于40%RH低湿、相对湿度高于80%RH的高湿等特殊要求的恒温恒湿实验室。

二、方案的设计要点

实验室的整体规划,涉及范围极广,要考虑到以下要求:需建筑、水电、空调、实验室使用者等各项专业技术人员共同参与规划。

1、设计目的:

为实验室设备创造一个既能确保其稳定可靠运行,又能满足用户使用要求及工作人员身心健康的工作场所。

2、总体设计:

全面考虑各专业之间的关系,进行严格的协调,做到不错,不漏,不碰。

3、具体设计:

采用国内外先进技术,选用既先进,性能价格比又合理的环保设备和材料,融入人性化的设计理念。

恒温恒湿实验室总体设计规划要点:


(1)温湿度控制范围;

(2)温湿度控制精度;

(3)洁净度要求;

(4)照度要求;

(5)设备的热湿量范围;

(6)空调送回风方式;

(7)空压之平衡措施;

(8)引入新风的必要性;

(9)系统排气的必要性;

(10)保温隔热的措施;

(11)设施与动力的配置;

(12)静电、振动及噪音;

(13)设备空间与空调间;

(14)进出通道及更衣缓冲区的布置;

(15)足够的维护保养空间;

(16)室内净高与楼板载重;

(17)公害、污染与防灾;

(18)安装及运转成本的衡量;

(19)美观性要求;

(20)安装成本与工期控制;

(21)运转成本;

(22)维护性与弹性等因数。

三、恒温恒湿实验室运行特点

1、恒温恒湿实验室,采用直接蒸发式独立的恒温恒湿空调系统,具有系统简单、便于调节、操作方便、节能等优点。在工程设计中,要根据实验室的温湿度精度要求合理选择系统,尽可能把房间的负荷计算详细并选取匹配的恒温恒湿机组。


2、为了满足室内恒温恒湿精度的要求,恒温恒湿空调房间的换气次数大,根据经验,±2℃的恒温室,换气次数约10~15次/h;±1℃的恒温室,换气次数约15~20次/h;±0.5℃的恒温室,换气次数约>20次/h;±0.2℃的恒温室,换气次数约>30次/h;


3、气流组织设计也是影响恒温室精度的主要因素之一,在高精度的恒温恒湿室内设计气流组织应考虑一下原则:合理的气流组织流程,充分发挥送风气流的冷却或加热作用;建立一个稳定均匀的温度场,以保证在气流到达工作区时,其平均温度与工作区的温度差不超过允许的温度波动值;气流到达工作区时,其流动速度在0.25m/s左右。±2℃及±1℃高精度的恒温恒湿实验室,采用全孔板和局部孔板送风,下部均匀回风,效果较好。


4、在恒温恒湿实验室建造中,其保温密闭性也是非常关键的;保温密闭性良好的实验室具有节约能量、提高温湿度精度、降低运行费用等优点。

四、恒温恒湿实验室组成部分

高精密恒温恒湿实验室系统主要应用于纺织品检测系统、纸张检测、计量标定、涂料检测、包装检测、精密加工、三坐标检测、科研机构等。随着对质量控制的要求越来越严格,恒温恒湿环境的需求越来越大,应用的领域也越来越宽广。

1、实验室装修:

要求严格的保温隔湿性能,建议实验室四个立面采用彩钢复合板(为了满足防火要求,一般采用岩棉彩钢板。但是岩棉保温性能差,最好是在岩棉彩钢板外侧再加封一层酚醛铝箔保温板,增加外墙保温性能,能够有效的节能减耗),为了保证密闭性,顶面应采用彩钢板密封,在顶面再加封酚醛铝箔板保温,地面则采用酚醛保温板进行保温隔湿处理;对于透视窗,要求采用双层中空玻璃窗。

2、实验室空调

实验室空调是温湿度控制的心脏,要求精度高,故障率低。所以必须要求空调能调节制冷量,目前市面上有两种方式:变频调节和冷冻水调节方式。


变频调节:实际上就是通过改变供电性质而改变压缩机的功率,让压缩机实现低负荷工作或者过负荷工作,同时调节制冷系统的节流量,所以必须添加非常多的繁琐的环节,而且各环节必须完美匹配,否则出现故障。现实也的确如此,故障率非常高。


冷冻水型机组:采用7℃左右的冷水作为冷源,通过电动阀开大或者关小来控制水流量,从而轻易控制制冷量,而电动阀结构象家用水龙头一样简单,所以故障率几乎为零,控制效果最为稳定。通过合理计算房间的热湿负荷和空气露点来匹配好风量、冷量、加热量、加湿量,在通过PLC控制各个部件的无级调控,在选择灵敏度高线性好的传感器,可以做到温度±0.5℃,湿度±2%。此种方式需要通过每个实验室的实际面积和负荷来进行计算匹配,所以没有标准成型机组,都为定制加工型。一般都用组合式空调箱组合配比来实现,所以缺点是占地面积较大,整个系统稳定性差,系统维护复杂,出现问题后修复困难。

3、通风方式

通风方式经历过好几个历史阶,从最初的底出风,到上自然送风,到上散流器送风,到现在最先进的上风管+微孔天花送风,下地板回风方式,整个实验室送风柔和、均匀,温湿度控制非常稳定。

4、新风系统

新风系统的第一作用是为工作人员提供生理新鲜空气,其对实验室温湿度的稳妥定性也功不可没,也是必不可少的设备:为了让实验室不受外界的干扰,必须向实验室提供新风,以保持实验室气压为正,这样外界的空气进入不了实验室,确保实验室长年温湿度稳定。

五、空调技术参数

控制精度达:温度精度±1.0℃,湿度精度达±2.0% 以内的恒温恒湿空调,称为高精密恒温恒湿空调。因这类空调大多用于造纸、纺织、制药、烟草、电子、计量等对温湿度特别敏感的领域的实验室,所以又称实验室专用空调。


高精密恒温恒湿实验室空调与普通机房空调的区别:


1、高精密恒温恒湿实验室空调必须具备高精密温湿度传感器,要求传感器准确度:±1.5%RH, ±0.3℃(在23±2℃时);重复性:优于0.5%RH和0.1℃;稳定性:每年优于1.0%RH和0.1℃;而普通机房空调传感器精度在±3%RH, ±1℃左右就足够了。


2、高精密恒温恒湿实验室空调对风量要求更高。理论上,风量越大,送风焓差越小,温湿度越均匀;但风量越大,除湿能力越小,甚至完全丧失,所以高精密恒温恒湿空调要求保证除湿能力的基础上尽可能大风量,对风量的设计非常严格,而普通机房空调要求较低。


3、高精密恒温恒湿实验室空调要求制热量、制冷量、加湿量、除湿量可调节,因为精度的要求,高精密恒温恒湿实验室空调要求制热量、制冷量、加湿量、除湿量可调节。


(1)对于制热,根据温差大小,采用多级制热方式进行调节,温差小时只开启一级加热,温差稍大时,同时开启1,2级加热,温差再大时,同时开启1,2,3级加热;


(2)对于加湿,采用比例加湿方式,根据湿度差大小控制加湿量;


(3)对于制冷和除湿的调节,现有三种调节方式:


①第一代调节方式,采用多级制冷,一般用于大功率设备,主要用于对温度的调节,对湿度调节效果甚微。


②第二代调节方式,采用变频制冷,制冷量从50%–100%之间实现无级量制冷调节,此调节范围足以解决温湿度稳定性的问题。用于高精密恒温恒湿实验室空调,效果显著。但因控制需要,需添加很多辅助控制环节,而且各配件之间必须密切协调,某个环节稍微出现一点细小的故障则可能因连锁反应引起诸如压缩机等重要部件损坏。


③第三代调节方式,冷冻水型制冷方式,采用冷冻水(按一般中央空调水温进行设计)作冷源,盘管内运行的是普通7℃左右的冷水,电脑主板通过控制水阀的开度,轻易的实现0%至100%制冷量无级量调节。而且积分阀结构就像家用水龙头一样简单,使用寿命非常长。但其设备需维护量非常大,且出现问题后修复困难,建议尽量避免使用。


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