如何確定恒溫恒濕實驗室的設計方(fāng)案
一、恒溫恒濕實驗室方案概述
恒溫恒濕(shī)實驗室是將某一實驗室通過某些專用設備和技術方法,使(shǐ)其室(shì)內溫濕度符合某一調濕和試驗用標準大氣的要求。恒溫恒濕實驗室是(shì)生產企業的產品質量檢驗與商品質量檢驗把關(guān)的(de)基礎設施。恒(héng)溫恒(héng)濕實驗室廣泛應用於棉紡、毛紡、化纖、紙張、包(bāo)裝、煙草生產企業以及質檢(jiǎn)、纖檢等(děng)部門(mén),按照ISO和GB有關標準規定,紡織品、紡織原(yuán)料、紙張、紙品和紙箱等商品的物(wù)理項目的檢驗必需在標準大氣(qì)條件下進行。紡織(zhī)品和紡織原(yuán)料檢驗的標準大氣按ISO139和GB6529標準規定,溫度20±2 ℃,相對濕度65%±2%;紙張、紙品和(hé)紙箱類商品檢驗的標準大氣按照ISO187和GB10739標準規定,溫度23±1℃,相對濕度50%±2%。除了常規溫濕度的恒(héng)溫恒濕實驗室,還有其它特殊的5-18℃低(dī)溫、30-80℃高溫、相對濕度要求小於40%RH低(dī)濕、相對濕度高於80%RH的高濕等特殊要求的恒溫恒濕實驗室。
二(èr)、方案的設計要點
實驗室的整體規劃,涉及範圍極廣,要考慮到以(yǐ)下要求:需建築、水電、空調(diào)、實驗室使用者等(děng)各項專(zhuān)業技(jì)術人員(yuán)共(gòng)同參與規劃。
1、設計(jì)目的:
為實驗室設備創造一個既能確保其穩(wěn)定可靠(kào)運行,又能滿足用戶使用要求及(jí)工(gōng)作人員(yuán)身心健康的工(gōng)作場所。
2、總體設(shè)計:
全麵考慮各專業之間的關係,進行嚴(yán)格的協(xié)調,做(zuò)到不錯,不漏,不碰。
3、具體(tǐ)設計:
采用國內外先(xiān)進技術,選用既先(xiān)進,性能(néng)價(jià)格(gé)比(bǐ)又合理的環保設備和材料,融入人(rén)性化的設計理念。
恒溫恒濕實驗室(shì)總體設計規劃(huá)要點:
(1)溫濕度控製範(fàn)圍;
(2)溫濕(shī)度控製精度;
(3)潔淨度要(yào)求;
(4)照度要求(qiú);
(5)設備的熱濕量範圍;
(6)空調送(sòng)回風方式;
(7)空壓之(zhī)平衡措施;
(8)引入新風的必要性;
(9)係統排氣的必要性(xìng);
(10)保溫隔熱的措(cuò)施;
(11)設施與動力(lì)的配置;
(12)靜電、振動及噪音;
(13)設備空間與空調間;
(14)進出(chū)通(tōng)道及更衣緩衝區的布置;
(15)足夠(gòu)的維護保養空間;
(16)室內淨高與樓(lóu)板載重;
(17)公(gōng)害、汙染與防災(zāi);
(18)安裝及運轉成本的衡量;
(19)美(měi)觀性要求;
(20)安裝成(chéng)本與工期控製;
(21)運轉成本;
(22)維護性與彈性等因數。
三、恒溫恒濕實驗室(shì)運行特點
1、恒(héng)溫恒(héng)濕實驗室,采用直接蒸發式獨立的恒溫(wēn)恒濕空調係統,具(jù)有係(xì)統簡單、便於調(diào)節、操作方便、節能等優點。在(zài)工程(chéng)設計(jì)中(zhōng),要根據實驗室的溫濕(shī)度精度要求合理選擇係統,盡可能把房間(jiān)的負(fù)荷計算(suàn)詳細並選取匹配的恒溫恒濕機組。
2、為了滿足室內恒溫恒濕精(jīng)度的要求,恒溫恒濕空調房間的換氣次數大,根(gēn)據經驗,±2℃的恒溫室,換氣次數約10~15次/h;±1℃的恒溫室,換氣次數約15~20次/h;±0.5℃的恒溫室,換氣次數(shù)約>20次/h;±0.2℃的恒溫室,換氣次數約>30次/h;
3、氣(qì)流組織設計也是影響恒溫室精度的主要因素之一(yī),在高精度的恒溫恒濕室內設計氣(qì)流組織(zhī)應考慮一下原則:合理的氣流組織流(liú)程,充分發揮送風氣流的冷卻或加熱作用;建立一個穩定均勻的溫度場,以保證在(zài)氣流到達工作區時,其平均溫度(dù)與工作區的溫(wēn)度差不超過允許的溫度波動值;氣流(liú)到達(dá)工作(zuò)區時,其流動速度在(zài)0.25m/s左右。±2℃及±1℃高精度的(de)恒溫(wēn)恒濕(shī)實驗室,采用全孔板和局部孔板送風,下部均勻(yún)回風,效果較好。
4、在(zài)恒溫恒濕實(shí)驗室建造中,其保溫密閉性也(yě)是非常關鍵的;保溫密閉性良好的實驗室具(jù)有節(jiē)約能(néng)量(liàng)、提高溫濕度精度、降低運行費用等優點。
四、恒溫恒(héng)濕實驗室組成部分
高精密恒溫恒濕實驗室係統主要應用於紡織品檢測(cè)係統、紙張檢測、計量標定、塗料檢測、包裝(zhuāng)檢測、精密加工、三坐標檢(jiǎn)測、科研機構等。隨著對質量控製的要(yào)求越來越嚴格,恒溫恒濕環境的需求越來越大,應用的領域(yù)也越來(lái)越寬廣。
1、實驗室裝修:
要求嚴格(gé)的保溫隔濕性能,建議實驗室四個立麵采用彩鋼複合板(為(wéi)了(le)滿(mǎn)足防火(huǒ)要求(qiú),一般采用岩棉彩(cǎi)鋼板。但是岩棉保溫性能差,最好是在岩棉彩鋼板外(wài)側(cè)再(zài)加封(fēng)一層酚醛鋁箔保溫板,增加外牆保溫性能,能夠有效的節能減耗),為(wéi)了保證密閉性,頂麵(miàn)應采用彩鋼板密封,在頂麵再加封酚醛鋁(lǚ)箔板保溫,地麵則采用酚醛保溫板進行保溫隔濕處理;對於透(tòu)視窗,要求采用雙層中空玻璃窗。
2、實(shí)驗室空(kōng)調
實驗室空調是溫濕度控(kòng)製的心髒,要求精度高,故障率低。所(suǒ)以必須要求空調能調節製冷量,目前市麵上有兩種方式:變頻調節和(hé)冷凍水調節方式。
變頻調節:實際上(shàng)就是通過改變供電(diàn)性質而(ér)改變(biàn)壓縮機的功率,讓壓縮機實現低負荷工(gōng)作或者過負荷工作,同時調節製冷係(xì)統的節流量(liàng),所以必須添加非常多的繁瑣的環節,而且各環節必須完美匹(pǐ)配,否則(zé)出現故障。現實(shí)也的確如此,故障率非常高(gāo)。
冷凍水型機組:采用7℃左右(yòu)的冷水作為冷源,通過電動閥開大或者關小來控(kòng)製水流量,從而輕易控製製冷量,而電動閥結構象家用水龍頭一樣簡單,所以(yǐ)故障率幾乎為零,控製效果(guǒ)最為穩定。通過合理(lǐ)計算房間的熱濕負荷和空氣(qì)露點來匹配好風量、冷量、加熱量(liàng)、加濕量,在通過PLC控製各個部件的無級調(diào)控,在(zài)選擇靈(líng)敏度高(gāo)線性好的傳(chuán)感器,可以(yǐ)做到溫度±0.5℃,濕度±2%。此種方式需(xū)要通過每個實驗室的實際麵積和負荷來進(jìn)行計算匹配,所以沒有標準成型機(jī)組,都為定製(zhì)加工型。一般都用組合式空調箱(xiāng)組合配比來實現,所以缺點是占地麵積較大,整個係統穩定性差,係統維護複(fù)雜,出現問題後修複困難(nán)。
3、通風方式
通風方式經曆(lì)過好幾個曆史階,從(cóng)最初的底出風,到上(shàng)自然送風,到上散流器送(sòng)風,到現在最先進的上風管+微孔天花(huā)送風,下地板回風方式(shì),整個實驗室送風柔和、均勻(yún),溫濕度控製非常穩定。
4、新風係統(tǒng)
新風係統的第一作用(yòng)是為工作人員(yuán)提供生理新鮮空氣(qì),其對(duì)實驗室溫濕度的穩妥定性也功不可沒,也是必不可少的設備:為了讓實驗室不受外界的幹擾,必須向實驗室提供新風,以(yǐ)保持實驗室氣壓為正,這樣(yàng)外界的空氣進入不了實驗室,確保實驗室長年溫濕度穩定。
五、空調技術參數
控製精度達:溫度精度±1.0℃,濕度精度達±2.0% 以(yǐ)內的(de)恒溫恒濕空調,稱為高精密恒溫恒濕空調。因這類空調大多用於(yú)造(zào)紙、紡織、製藥、煙草、電子、計量等對溫濕度特別敏感的(de)領域的實驗室(shì),所以又(yòu)稱實驗室專用(yòng)空調。
高精(jīng)密恒溫恒濕實驗室空調與普(pǔ)通(tōng)機房空調的區別:
1、高精密恒溫恒濕(shī)實驗室空調必須具備高精密溫濕(shī)度傳感器,要求傳感器(qì)準確度:±1.5%RH, ±0.3℃(在23±2℃時);重複性:優於0.5%RH和0.1℃;穩定性:每年(nián)優於1.0%RH和0.1℃;而普(pǔ)通機房空調傳感器精度在±3%RH, ±1℃左右就足夠了。
2、高精密(mì)恒溫恒濕實驗室空調對風量要求更高。理論上,風量越大,送風焓差越小,溫(wēn)濕度越均勻;但風量越大,除濕能力越(yuè)小,甚至完全喪失(shī),所以高精密恒溫恒濕空(kōng)調要(yào)求保證除濕(shī)能力的基礎上(shàng)盡(jìn)可能大風(fēng)量,對風量的(de)設計非常嚴格,而普通機房空調要求較低。
3、高精密(mì)恒溫恒濕實驗室空調要求製熱量、製冷量、加濕量、除濕量可調節(jiē),因為精度(dù)的要求,高精密恒溫恒濕實驗室空調要求製熱量、製冷(lěng)量、加濕量、除濕量可調節。
(1)對於製熱,根據溫差大小,采用多級製熱方式進(jìn)行調節,溫差小時隻開啟一級加熱(rè),溫差稍大時,同時開(kāi)啟1,2級加熱,溫差(chà)再大時,同(tóng)時開啟1,2,3級加熱;
(2)對於加濕,采用比例加濕方式,根據濕度差大小控製加濕量;
(3)對於製冷和除(chú)濕的調節,現有三種調節方式:
①第一代調節方式,采用多級製冷,一般(bān)用於大功率設備,主要用於對溫度的調節(jiē),對濕度調節效果甚微。
②第二代調節方式,采用(yòng)變頻製冷,製冷量從(cóng)50%–100%之間實現無級量製冷調節,此調節範圍足以解決溫濕度穩定性的問題。用於(yú)高精密恒溫恒濕實(shí)驗室空調,效果顯著。但因控製需要,需添加很多輔助控(kòng)製環節,而且各配件之間必須密切協調,某個環節稍微出現一點細小的故障則可能因連鎖反應引起諸如壓縮機(jī)等重要部件損壞。
③第三代調節(jiē)方式(shì),冷凍水型製(zhì)冷方式,采用冷凍水(按一般中央空調水溫進行設計)作冷源,盤管內運行的是普通7℃左右(yòu)的冷水,電腦主板(bǎn)通過控製水(shuǐ)閥的開(kāi)度,輕易(yì)的實現0%至100%製冷量無級量調節。而且積分閥結(jié)構就像家用水龍頭(tóu)一樣(yàng)簡單,使用壽命非常長。但其設(shè)備需維護量非(fēi)常(cháng)大,且出現問題後修複困(kùn)難,建議盡量避免(miǎn)使用。
恒溫恒濕(shī)實驗室是將某一實驗室通過某些專用設備和技術方法,使(shǐ)其室(shì)內溫濕度符合某一調濕和試驗用標準大氣的要求。恒溫恒濕實驗室是(shì)生產企業的產品質量檢驗與商品質量檢驗把關(guān)的(de)基礎設施。恒(héng)溫恒(héng)濕實驗室廣泛應用於棉紡、毛紡、化纖、紙張、包(bāo)裝、煙草生產企業以及質檢(jiǎn)、纖檢等(děng)部門(mén),按照ISO和GB有關標準規定,紡織品、紡織原(yuán)料、紙張、紙品和紙箱等商品的物(wù)理項目的檢驗必需在標準大氣(qì)條件下進行。紡織(zhī)品和紡織原(yuán)料檢驗的標準大氣按ISO139和GB6529標準規定,溫度20±2 ℃,相對濕度65%±2%;紙張、紙品和(hé)紙箱類商品檢驗的標準大氣按照ISO187和GB10739標準規定,溫度23±1℃,相對濕度50%±2%。除了常規溫濕度的恒(héng)溫恒濕實驗室,還有其它特殊的5-18℃低(dī)溫、30-80℃高溫、相對濕度要求小於40%RH低(dī)濕、相對濕度高於80%RH的高濕等特殊要求的恒溫恒濕實驗室。
二(èr)、方案的設計要點
實驗室的整體規劃,涉及範圍極廣,要考慮到以(yǐ)下要求:需建築、水電、空調(diào)、實驗室使用者等(děng)各項專(zhuān)業技(jì)術人員(yuán)共(gòng)同參與規劃。
1、設計(jì)目的:
為實驗室設備創造一個既能確保其穩(wěn)定可靠(kào)運行,又能滿足用戶使用要求及(jí)工(gōng)作人員(yuán)身心健康的工(gōng)作場所。
2、總體設(shè)計:
全麵考慮各專業之間的關係,進行嚴(yán)格的協(xié)調,做(zuò)到不錯,不漏,不碰。
3、具體(tǐ)設計:
采用國內外先(xiān)進技術,選用既先(xiān)進,性能(néng)價(jià)格(gé)比(bǐ)又合理的環保設備和材料,融入人(rén)性化的設計理念。
恒溫恒濕實驗室(shì)總體設計規劃(huá)要點:
(1)溫濕度控製範(fàn)圍;
(2)溫濕(shī)度控製精度;
(3)潔淨度要(yào)求;
(4)照度要求(qiú);
(5)設備的熱濕量範圍;
(6)空調送(sòng)回風方式;
(7)空壓之(zhī)平衡措施;
(8)引入新風的必要性;
(9)係統排氣的必要性(xìng);
(10)保溫隔熱的措(cuò)施;
(11)設施與動力(lì)的配置;
(12)靜電、振動及噪音;
(13)設備空間與空調間;
(14)進出(chū)通(tōng)道及更衣緩衝區的布置;
(15)足夠(gòu)的維護保養空間;
(16)室內淨高與樓(lóu)板載重;
(17)公(gōng)害、汙染與防災(zāi);
(18)安裝及運轉成本的衡量;
(19)美(měi)觀性要求;
(20)安裝成(chéng)本與工期控製;
(21)運轉成本;
(22)維護性與彈性等因數。
三、恒溫恒濕實驗室(shì)運行特點
1、恒(héng)溫恒(héng)濕實驗室,采用直接蒸發式獨立的恒溫(wēn)恒濕空調係統,具(jù)有係(xì)統簡單、便於調(diào)節、操作方便、節能等優點。在(zài)工程(chéng)設計(jì)中(zhōng),要根據實驗室的溫濕(shī)度精度要求合理選擇係統,盡可能把房間(jiān)的負(fù)荷計算(suàn)詳細並選取匹配的恒溫恒濕機組。
2、為了滿足室內恒溫恒濕精(jīng)度的要求,恒溫恒濕空調房間的換氣次數大,根(gēn)據經驗,±2℃的恒溫室,換氣次數約10~15次/h;±1℃的恒溫室,換氣次數約15~20次/h;±0.5℃的恒溫室,換氣次數(shù)約>20次/h;±0.2℃的恒溫室,換氣次數約>30次/h;
3、氣(qì)流組織設計也是影響恒溫室精度的主要因素之一(yī),在高精度的恒溫恒濕室內設計氣(qì)流組織(zhī)應考慮一下原則:合理的氣流組織流(liú)程,充分發揮送風氣流的冷卻或加熱作用;建立一個穩定均勻的溫度場,以保證在(zài)氣流到達工作區時,其平均溫度(dù)與工作區的溫(wēn)度差不超過允許的溫度波動值;氣流(liú)到達(dá)工作(zuò)區時,其流動速度在(zài)0.25m/s左右。±2℃及±1℃高精度的(de)恒溫(wēn)恒濕(shī)實驗室,采用全孔板和局部孔板送風,下部均勻(yún)回風,效果較好。
4、在(zài)恒溫恒濕實(shí)驗室建造中,其保溫密閉性也(yě)是非常關鍵的;保溫密閉性良好的實驗室具(jù)有節(jiē)約能(néng)量(liàng)、提高溫濕度精度、降低運行費用等優點。
四、恒溫恒(héng)濕實驗室組成部分
高精密恒溫恒濕實驗室係統主要應用於紡織品檢測(cè)係統、紙張檢測、計量標定、塗料檢測、包裝(zhuāng)檢測、精密加工、三坐標檢(jiǎn)測、科研機構等。隨著對質量控製的要(yào)求越來越嚴格,恒溫恒濕環境的需求越來越大,應用的領域(yù)也越來(lái)越寬廣。
1、實驗室裝修:
要求嚴格(gé)的保溫隔濕性能,建議實驗室四個立麵采用彩鋼複合板(為(wéi)了(le)滿(mǎn)足防火(huǒ)要求(qiú),一般采用岩棉彩(cǎi)鋼板。但是岩棉保溫性能差,最好是在岩棉彩鋼板外(wài)側(cè)再(zài)加封(fēng)一層酚醛鋁箔保溫板,增加外牆保溫性能,能夠有效的節能減耗),為(wéi)了保證密閉性,頂麵(miàn)應采用彩鋼板密封,在頂麵再加封酚醛鋁(lǚ)箔板保溫,地麵則采用酚醛保溫板進行保溫隔濕處理;對於透(tòu)視窗,要求采用雙層中空玻璃窗。
2、實(shí)驗室空(kōng)調
實驗室空調是溫濕度控(kòng)製的心髒,要求精度高,故障率低。所(suǒ)以必須要求空調能調節製冷量,目前市麵上有兩種方式:變頻調節和(hé)冷凍水調節方式。
變頻調節:實際上(shàng)就是通過改變供電(diàn)性質而(ér)改變(biàn)壓縮機的功率,讓壓縮機實現低負荷工(gōng)作或者過負荷工作,同時調節製冷係(xì)統的節流量(liàng),所以必須添加非常多的繁瑣的環節,而且各環節必須完美匹(pǐ)配,否則(zé)出現故障。現實(shí)也的確如此,故障率非常高(gāo)。
冷凍水型機組:采用7℃左右(yòu)的冷水作為冷源,通過電動閥開大或者關小來控(kòng)製水流量,從而輕易控製製冷量,而電動閥結構象家用水龍頭一樣簡單,所以(yǐ)故障率幾乎為零,控製效果(guǒ)最為穩定。通過合理(lǐ)計算房間的熱濕負荷和空氣(qì)露點來匹配好風量、冷量、加熱量(liàng)、加濕量,在通過PLC控製各個部件的無級調(diào)控,在(zài)選擇靈(líng)敏度高(gāo)線性好的傳(chuán)感器,可以(yǐ)做到溫度±0.5℃,濕度±2%。此種方式需(xū)要通過每個實驗室的實際麵積和負荷來進(jìn)行計算匹配,所以沒有標準成型機(jī)組,都為定製(zhì)加工型。一般都用組合式空調箱(xiāng)組合配比來實現,所以缺點是占地麵積較大,整個係統穩定性差,係統維護複(fù)雜,出現問題後修複困難(nán)。
3、通風方式
通風方式經曆(lì)過好幾個曆史階,從(cóng)最初的底出風,到上(shàng)自然送風,到上散流器送(sòng)風,到現在最先進的上風管+微孔天花(huā)送風,下地板回風方式(shì),整個實驗室送風柔和、均勻(yún),溫濕度控製非常穩定。
4、新風係統(tǒng)
新風係統的第一作用(yòng)是為工作人員(yuán)提供生理新鮮空氣(qì),其對(duì)實驗室溫濕度的穩妥定性也功不可沒,也是必不可少的設備:為了讓實驗室不受外界的幹擾,必須向實驗室提供新風,以(yǐ)保持實驗室氣壓為正,這樣(yàng)外界的空氣進入不了實驗室,確保實驗室長年溫濕度穩定。
五、空調技術參數
控製精度達:溫度精度±1.0℃,濕度精度達±2.0% 以(yǐ)內的(de)恒溫恒濕空調,稱為高精密恒溫恒濕空調。因這類空調大多用於(yú)造(zào)紙、紡織、製藥、煙草、電子、計量等對溫濕度特別敏感的(de)領域的實驗室(shì),所以又(yòu)稱實驗室專用(yòng)空調。
高精(jīng)密恒溫恒濕實驗室空調與普(pǔ)通(tōng)機房空調的區別:
1、高精密恒溫恒濕(shī)實驗室空調必須具備高精密溫濕(shī)度傳感器,要求傳感器(qì)準確度:±1.5%RH, ±0.3℃(在23±2℃時);重複性:優於0.5%RH和0.1℃;穩定性:每年(nián)優於1.0%RH和0.1℃;而普(pǔ)通機房空調傳感器精度在±3%RH, ±1℃左右就足夠了。
2、高精密(mì)恒溫恒濕實驗室空調對風量要求更高。理論上,風量越大,送風焓差越小,溫(wēn)濕度越均勻;但風量越大,除濕能力越(yuè)小,甚至完全喪失(shī),所以高精密恒溫恒濕空(kōng)調要(yào)求保證除濕(shī)能力的基礎上(shàng)盡(jìn)可能大風(fēng)量,對風量的(de)設計非常嚴格,而普通機房空調要求較低。
3、高精密(mì)恒溫恒濕實驗室空調要求製熱量、製冷量、加濕量、除濕量可調節(jiē),因為精度(dù)的要求,高精密恒溫恒濕實驗室空調要求製熱量、製冷(lěng)量、加濕量、除濕量可調節。
(1)對於製熱,根據溫差大小,采用多級製熱方式進(jìn)行調節,溫差小時隻開啟一級加熱(rè),溫差稍大時,同時開(kāi)啟1,2級加熱,溫差(chà)再大時,同(tóng)時開啟1,2,3級加熱;
(2)對於加濕,采用比例加濕方式,根據濕度差大小控製加濕量;
(3)對於製冷和除(chú)濕的調節,現有三種調節方式:
①第一代調節方式,采用多級製冷,一般(bān)用於大功率設備,主要用於對溫度的調節(jiē),對濕度調節效果甚微。
②第二代調節方式,采用(yòng)變頻製冷,製冷量從(cóng)50%–100%之間實現無級量製冷調節,此調節範圍足以解決溫濕度穩定性的問題。用於(yú)高精密恒溫恒濕實(shí)驗室空調,效果顯著。但因控製需要,需添加很多輔助控(kòng)製環節,而且各配件之間必須密切協調,某個環節稍微出現一點細小的故障則可能因連鎖反應引起諸如壓縮機(jī)等重要部件損壞。
③第三代調節(jiē)方式(shì),冷凍水型製(zhì)冷方式,采用冷凍水(按一般中央空調水溫進行設計)作冷源,盤管內運行的是普通7℃左右(yòu)的冷水,電腦主板(bǎn)通過控製水(shuǐ)閥的開(kāi)度,輕易(yì)的實現0%至100%製冷量無級量調節。而且積分閥結(jié)構就像家用水龍頭(tóu)一樣(yàng)簡單,使用壽命非常長。但其設(shè)備需維護量非(fēi)常(cháng)大,且出現問題後修複困(kùn)難,建議盡量避免(miǎn)使用。


