超高精密温度空调系统是高精尖领域常用的环境控制手段,用于测试光学相关材料在不同温度环境下的性能或在特定温度波动范围条件下将材料加工为产品。本文提供了一种用于洁净室的精密温度空调系统,其有利于洁净室温湿度场和气流组织的均匀分布,而且能消除二次负荷带来的影响,同时控制精度高,更适合要求比较高的洁净室。
一、 设计参数
洁净度:实验区为ISO6-7级;吊顶净高:约3.0m;温度:(23±0.05)℃;相对湿度:(35-55±5)%;风速:光学平台上方区域竖直向下的风速小于0.3m/s;噪声:≤55dB(空态),≤60dB(静态),≤65dB(动态)。
二、 洁净空调设计
1、超高精密空调系统的组成
1.1、超精密冷热源站
设置一套独立的超精密冷热源站,利用制冷机组温度稳定度优于±0.1 ℃的可调节中温冷水(12-18℃),通过板式换热器使制冷机组的中温冷水和精密循环空调所用的制冷剂密切接触换热。而精密循环空调为整体式设计,自带直接蒸发制冷系统,采用水洗热质全相交换技术,利用汽水全焓交换,精确控制被处理空气的显热交换量和潜热交换量,从而保证供给空调器的制冷剂流量和温度的稳定性。
1.2、新风空气处理系统
采用一套带有回风的新风净化补充系统,该空调箱由新风进风段+空气过滤器+预热盘管段+预冷盘管段+回风混合段+转轮除湿段+再冷盘管段+再热盘管段+风机段+化学过滤器+高效过滤器段+送风段构成。其中,加热盘管采用80℃-60℃的高温热水,表冷盘管采用6℃/12℃的低温冷水。夏季工况下,将新风预冷、回风混合、转轮等焓除湿、再冷、再热处理后的空气送入洁净室;冬季工况下,将新风预热、回风混合、转轮等焓除湿、再热处理后的空气送入洁净室;从而保证送入洁净室内新风的温湿度、粉尘微粒数量、AMC浓度和洁净室间的压差处于可控状态。
1.3、循环空气处理系统
设置的循环空气处理系统由全相全焓精密循环空调机组(精密制冷)、精密加湿器和风管上电加热器组成。全相全焓空气系统采用直膨制冷剂控温技术,该系统换热效率高,可精确控制露点温度,并达到高精度的温湿度控制。其能量控制分辨率达到0.002等级,可迅速响应平衡室内负荷,系统采用过程混合方式,使被处理空气充分均匀混合,确保送风温湿度同一性。
1.4、超高精度温度检测系统
采用的超高精度温度检测系统是精密传感器和高分辨测温仪的综合仪器。精密传感器采用贵金属制造,其材料稳定性、重复性、漂移都达到极高标准,并就地连接,保证其截取额度最高。测温仪内置国际温标,输入每一只经过标定的传感器相关参数就可以极高准确度检测出空气的实时温度。此测温仪和控制器之间采用通讯应答方式传送测量温度。
1.5、控制及软件系统
采用的精密控制系统是高精度PID调节器,控制系统同时控制冷热源站、新风空气处理机、循环空气处理机、加湿器、电加热器,使空调系统成为一个整体,控制系统采集所有设备的运行信息并作出相应处理,通过综合调控实现超高精度温控要求。
1.6、气流系统
超高精密恒温室的实现要求室内气流组织和气流的输送都必须得到有效控制,均匀而稳定的气流才可保证传感器检测的稳定性和真实性,恒温室的温度场是靠科学的气流控制来保证的。为保证整个工作区域的温湿度控制满足要求,一方面,FFU机组送风面下增加500mm 静压箱,下满布孔板;另一方面,为保证混合空间内回风、循环风和新风混合均匀,精密循环空调机组设置的布袋送风管深入回风夹道内,沿着风管逆时针60°、120°、240°和300°送风。
2、超高精密空调控制原理简述
控制系统由运行数据采集、冷热源站水温水压控制、新风温湿度控制、循环机组高精度温度控制组成。冷源站输出恒温恒压的12℃中温冷水和6℃低温冷水,中温冷水和循环机组换热器换热并通过调节阀精密控制流量来调节室内温度,低温冷水进入新风处理机组,通过变温调节装置对新风进行热湿处理以恒定新风温湿度。
高精度PID调节器具有五位显示、0.001(铂电阻0~50量程)的高分辨率和1/8000的调节分辨率。其控制算法采用的是热(能)数值控制法,这是基于温控本质的控制算法。控制算法采用了偏差放大的方式,使系统能够对微小的变化做出反应。

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