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            恒溫恒濕、凈化空調技術及建筑節能技術發展歷

            華銳凈化 2021-08-08 10:51 閱讀

            恒溫恒濕、凈化空調技術及建筑節能技術發展歷程恒溫恒濕、凈化空調技術及建筑節能技術發展歷程

            【提要】本文概要地介紹了中國建筑科學研究院空調所在恒溫恒濕、凈化空調技術及建筑節能技術研究和開發、應用方面的進展。

            1恒溫恒濕空調技術研究

            1.1概述

            空調技術是在我國解放以后才逐步發展成熟的一門學科。它涉及到各類建筑物和生產場

            所的室內環境要求, 即: 室內空氣的溫度、濕度、速度和潔凈度等, 直接影響著生產工藝和人體健康。隨著我國經濟不斷發展, 各行各業科技和生產要求也會越來越嚴, 特別是要求保持恒定的室內溫、濕度, 才能滿足生產工藝條件, 否則難以生產出合格品, 因此研究恒溫恒濕技術勢在必行。

            6 0 年代初, 在國家科委十年規劃中, 將恒溫恒濕技術列為國家重點攻關課題。由中國建筑科學研究院空調所負責, 組成了空調設備、恒溫恒濕指標、氣流組織、自動控制等專題組進行研究, 于1 9 6 5 年研究得出整套科研成果, 包括高精度恒溫( 2 0 士0.5 ℃ 、士0.2 ,C、士0.1℃ )和一般精度恒溫( 20 士1℃ )等技術設計計算方法,采取的措施和設備選用方法; 同時又組織對全國典型工程進行恒溫普查和實測總結, 于60 年代末提出了適合我國國情的恒溫工程整套設計方法。從圍護結構、送風溫差與換氣次數、氣流組織方式與計算、設備選型以及注意事項都有了明確規定, 這些均編入《空氣調節設計手冊》,廣泛應用于實際工程, 至今亦在使用。

            進入70 年代以后, 技術在進步, 生產工藝又提出更高要求, 建研院空調所的科研人員結合生產實際, 深入現場進行調研, 在北京光學儀器廠光柵刻線室成功地實現20 士0.01 ℃ 高精度恒溫, 達到國際先進水平。然而科學發展是無止境的, 生產過程不僅要求恒溫, 有些還需要恒濕, 例如針織品、造紙、醫藥、食品等。解決恒濕問題, 同樣需要從研制設備和技術關鍵入手??照{所在引進國外樣機基礎上, 積極研究開發了轉輪除濕機、溫濕度傳感器及自控儀表、模件式溫濕儀等。通過幾個具體工程使用, 例如天津某站恒溫恒濕室達到20士.0 5 ℃ , 相對濕度“ 士2% ; 北京某研究所恒溫恒濕達到20 士0.1 ℃ ,5 士3% R H, 說明恒濕技術已可達士2%。從此開始,建研院空調所具備了恒溫恒濕全套技術, 有能力進行從設計到調試恒溫恒濕工程總承包。

            為了適應市場經濟需要, 不斷開發, 研制出裝配式恒溫室、恒濕室或恒溫恒濕室, 非常適合改造工程使用。

            根據有些生產工藝需要低濕, 例如玻璃合片室、生物制品、庫房等, 要求在室內溫度20 ℃條件下, 相對濕度低于25 % , 甚至要求達到1 5 %, 允許波動范圍不超過2%。我們利用除濕技術進行設計, 選用我所研制的除濕機, 在北京某生物制品室達到室溫20 ℃ , 相對濕度低于2 0 % ; 又如在深圳某廠的玻璃合片生產車間, 選用國外除濕設備達到了相對濕度2 ) 士.2 5%的要求。

            近些年來, 空調所又繼續開發傳統技術, 發揮所內綜合優勢, 利用原有的恒溫恒濕技術, 充分發揮作用, 不僅取得了較好社會效益和經濟效益, 還在實踐中鍛煉和培養了新生力量。例如: 對某衛星制造廠計量恒溫間的改造, 就是采用總承包方式, 總面積1 1 0 0m 2 ,共18 個計量間。改造后提高了恒溫精度, 由原來的20 士(1~ 2 ) ℃ 提高為20 土0.5 ℃ 、士1 ℃ , 節電53 % ; 耗水量由1 2 o t/ h 下降為s t/ h ; 機房占地面積由6 2 o m 2 縮小為2 7 7m 2 , 節省5 5%。

            綜上所述, 恒溫恒濕技術已成為建研院空調所傳統優勢技術, 今后將會繼續發揮作用, 為空調行業技術發展作出成績。

            1.2 典型工程

            1.2.1 某所國家級超精密加工試驗室

            該試驗室總面積9 47 m 2 , 共有15 個試驗間, 其中三間要求恒溫20 士0.2 ℃ , 恒濕45 士5%, 其余均為20 士1 ℃ ,50 士10 %。

            設計時采用空調所研制的帶上位機通訊功能的W S Z一3 型模件式溫濕度調節儀進行控制。每臺儀表可巡回測量溫、濕度及設定值、閥門等16 個參數, 其精度高汾辨率高達0.01 ℃ 。工程峻工后調試, 經2李小時連續運行, 全部達到上述恒溫恒濕精度要求。

            1.2.2 北京某研究所恒溫室設計

            該恒溫室由8 間組成, 總面積為23 6 m 2 , 各房間要求見表1。

            設計時, 對于士0.1 ℃ 房間采用孔板送風下側回風; 士0.5 ℃ 房間采用側送側回方式; 其它房間采用條縫風口上送上回方式。選用柜式空調機, 控制系統均采用空調所的W S Z 忍型模件式溫濕度調節儀及不同功能模件卡, 組成送風溫度和室內溫、濕度兩級控制??⒐ず蠼涍B續24 小時運行測量, 垂直和水平方向的溫度均未超過上述要求, 濕度均小于士5 %。

            1.2.3 天津某站的裝配式高精度恒濕室研制

            該室建在一座二層樓的底層, 為一般辦公用房, 要求改造成二間恒濕室, 面積分別為: (4x 4.2 ) m 2 ,( 4 x 5.5 ) m2 , 層高2.5 m。要求室內距地(0.5 x2 ) m 區域內, 相對濕度為“ 士2%,至少維持6 小時。

            根據上述條件, 受建筑面積限制, 將原建筑作為外套, 內設置裝配式壁板組成的恒濕室, 壁板與外套之間為氣套, 并對圍護結構作了防潮和保溫處理??照{機房設在相鄰小間內, 選用風冷柜式空調機, 并配以加熱器和加濕器。恒濕室內采用孔板送風下側回風方式。為了保證恒濕士2% 的要求, 采用空調所研制的S WD 一2 型溫濕度傳感器和模件式控制儀組成自控系統, 通過送風參數和室內參數兩級控制來達到要求。

            建成后, 經冬季和夏季工況連續運行考核,記錄了連續12 小時實測值, 實測結果見表2。

                   

            其自動控制系統運行正常, 系統從開機到工況穩定只需2 小時左右。

            從上述結果表明, 采用裝配式恒濕室方案是成功的, 對于改造工程采用裝配式是非常適用的。

            低濕工程 低濕工程是指室內相對濕度小于30%(室溫 20℃)的場所 , 也就是指含濕量5g/kg 以下。由于要求低濕, 用冷凍除濕方法是不能達到的,一般需要采用化學吸附方式或冷凍徐濕與化學吸附相結合方式, 才能達到要求。例如:

            北京某生物制品室就是潮濕空氣經轉輪除濕機, 再進入冷凍除濕降溫后送入室內, 使室內達到相對濕度小于20 %。

            深圳某廠采用室內外空氣混合后進入冷凍除濕機, 再經轉輪除濕機除濕, 然后經冷卻器等濕冷卻后送入室內, 而達到室溫2 ℃ , 相對濕度2 2.5 士2.5%

            1.3 結語

            綜上所述, 建研院空調所經過幾十年的空調技術研究和開發, 已系統地研究解決了恒溫精度在士0 . 1 ~士0.01 ℃ 、恒濕精度在士5%~士2 % 的高精度恒溫恒濕成套技術( 包括設計計算、恒溫恒濕設備及控制儀表等), 并已能以多種形式為各行業提供全套技術服務(上述工程實例足以說明)。今后我們將繼續努力, 結合生產實踐, 將科研成果轉化為生產力, 與全國同行們團結協作, 為我國空調事業再創業績。

            2 凈化空調技術研究

            國際上自50 年代中期以來, 空氣潔凈度已逐漸成為空調的三大參數之一, 對溫濕度波動范圍要求嚴格者, 即是前述的恒溫空調; 對空氣潔凈度有要求者, 即為凈化空調。凈化空調出現不是偶然的, 是現代高科技和生產活動發展的結果, 它的任務是保證產品加工的精密化, 產品結構的微型化, 產品質量的高純度, 產品運行的高可靠性。

            3 0 余年前, 面對國內空氣凈化技術完全空白而又急需的狀況, 建研院空調所從事凈化空調研究開發工作一開始就從硬件抓起, 促進普及; 在普及的基礎上再抓理論提高; 然后再去指導推廣普及。當時主要根據三線任務和各部委的要求, 首先要提供樣機、產品和裝置。大約經過十年時間至70 年代初期, 我們所獲得的凈化方面的成果已基本配套成龍, 使當時國家需要的凈化空調測試方法、儀器和設備都可以立足國內獲得解決蕊并為后來北京及至全國的大規模集成電路會戰以及凈化技術的普及, 打下了良好的基礎。到目前為止, 從計重測塵法、微孔濾膜測塵法到濁度計、J 73 型粒子計數器和標準粒子; 從粗中高效過濾器到潔凈工作臺、吹淋室、層流罩、余壓閥、傳遞窗、吸塵機、自凈器、壓縮空氣過濾器、檢漏儀、細菌采樣器; 從裝配式亂流、層流潔凈室到0.1μ10級潔凈室; 從節能型低阻亞高效過濾器到消毒型屏蔽式紫外線消毒器; 從封導結合的雙環密封裝置到密封膠, 在國內都是首次成功??梢哉f, 在主要儀器設備,主要“ 軟件” 方面, 從國際上看, 我們起步并不晚, 從國內看, 空調所也走在前列( 見表3、表4 )。

              

            改革開放之后, 是空調所和全國同行把國產的設備產品應用于國內凈化空調工程的普及時期。為了指導這種普及, 保證工程質量, 先后主編了《空氣潔凈技術措施》和《潔凈室施工及驗收規范》, 參編了《設計規范》。其中《措施》是國內第一份關于空氣潔凈技術的綜合性指導性措施; 《施工規范》是國際上第一份這樣的規范。這在我國大發展的重要時期, 為凈化技術, 為現代化建設, 都做出了重大貢獻。

            空調所還設計、承包建設了許多有難度的凈化空調工程, 如毛主席紀念堂甲區、百級白血病房、整個1 09 廠生產線凈化改造、中藥西藥和獸藥廠凈化車間(www..com)、S P F 動物房、科學實驗室、原子鐘恒溫潔凈室、導彈平衡實驗室、愛茲病毒生物安全P 3 級實驗室等。

            在理論提高方面提出了一些新概念新方法, 有的在國際上也是首次, 已廣為國內規范、手冊、書籍所采用。我們分析了亂流和平行流(也稱單向流) 的流態實質, 提出用平行流代替層流的概念, 這比美國20 9C 標準的變更早五、六年。

            通過大量實測數據和理論分析提出的我國大氣塵的統計規律和日變化模型, 是重要的基礎數據, 得出了日變化趨勢基本上與相對濕度和絕對濕度的變化趨勢相同的重要結論, 并且區分了地區類型濃度和高效系統、非高效系統的設計濃度, 而國外一直不加區分, 這對設計質量特別是超級潔凈室的設計有很大影響。

            提出的潔凈室均勻分布和不均勻分布計算理論和方法。在國內外第一次把亂流和單向流

            納入一個統一公式加以解釋和計算, 揭示了它們的特性和規律, 弄清了一些不好解釋的實際間題, 而且使具體計算變得簡單易行。到目前為止, 國外還沒有既簡便又很準確的計算含塵濃度和自凈時間的方法。

            單向流潔凈室一向以其巨大風量而令建設者和設計者頭痛, 因為美國聯邦標準把它的截面風速規定為不得小于0.45 m / s 。所以, 若能有根據地降低風速, 則不僅有巨大的經濟效益, 而且也給設計和建造帶來方便?!?nbsp;平行流潔凈室干限風速的研究” , 在國內外首次提出了足以抗四種干擾的下限風速, 并且考慮了室內熱源和人行走的因素, 從而跨過了國際權威數據設置的“ 門檻” , 使設計風速可降低1 / 3 , 其可行性已為國內大量實踐所證明。

            在潔凈室型式上, 經典的垂直單向流由于其上滿送、下滿回的方式帶來許多問題, 制約了百級的推廣, 特別是像我們這樣資金少的國家。我們關于兩側下回風潔凈室特性的研究, 是通過可視化的水模型進行的, 這在當時國內本領域中也是首創, 它使數學模型的結果變成可見的事實。該研究成果為這種潔凈室的推廣應用提供了理論依據和具體數據, 突破了國外認為這種潔凈室只能在不超過3.6 m寬下使用才能達到1 0 0 級的看法, 允許室寬沐到6 m、這就足夠實際需要, 因而從某一方面大大推動了百級潔凈室的發展。目前國內建造的百級潔凈室, 大部分已是這種無格柵地板的簡便型式。

            在檢測方面我們早于美國數年就提出了最小檢測容量、最少測點數和風速不均勻度的概念和計算方法, 并且包容了后來美日提出的數據。在工藝方面, 我們提出的封導結合的雙環密封裝置, 是國外所沒有過的, 它為超級潔凈室的發展提供了一種有用的密封工藝。

            當前我國凈化空調面臨電子工業和制藥工業發展的需要, 都將有一個更大的發展時期。進入90 年代時, 日本的芯片年產10 0 億片, 韓國3 0 億片, 而我國只有1 億多片。當時我國年產高效過濾器7 一8 萬臺, 我國的凈化生產總值( 不計土建費用) 約為2 ~ 3 億元, 占國民生產總值1.74 萬億元的萬分之1.5; 而日本同時期凈化產值35 億美元, 占國民生產總值2.45 萬億美元的千分之1.5。此外, 我國有數千家中西藥廠要按《藥品生產質量管理規范》( 即G M P ) 要求進行凈化改造。所以即使不談其他行業對凈化空調的需要, 只是從電子工業追趕國際水平而發展凈化空調或者為了國內制藥行業技術改造而應用凈化空調, 對凈化空調來說, 都是一個難得的機遇。已為我國凈化空調的發展做出貢獻的空調所, 也應當更有所作為才是。

            3 建筑節能技術研究

            3.1 概述

            我國目前每年城鄉新建房屋建筑面積約在10 億m2 以上, 其中城鎮住宅2 億m2, 公共建筑和工業建筑2 億多m2 以及農村住宅7 億多m2。我國已有建筑面積也十分巨大, 到1 9 9 0 年底, 城鎮房屋建筑面積70.9 億m2, 農村1 75 億m2, 合計達2 4 5.9 億m2。預計1 9 9 1 一2 0 0 0 年將完成城鄉房屋建筑為1 06 億m2, 是世界上建房最多的國家。要實現其基本使用功能, 需耗用大量能源。建筑能耗包括采暖、通風、空調、降溫、照明、家用電器和熱水供應的能耗, 其中以采暖和空調能耗為主。

            我國地域廣闊, 與同緯度其它國家相比, 冬寒夏熱十分突出, 而建筑物的保溫隔熱和氣密性能很差, 采暖系統熱效率低, 單位住宅建筑面積采暖能耗高于發達國家幾倍` 僅在“ 三北” 地區城鎮, 雖然人口只占全國的13.6%, 而且冬季室內溫度并不能總保持16 ℃ 以上。1 9 9 3 年其建筑采暖耗能已達1.01 億噸標準煤, 占全國能源消費總量的9.6%。而以我國長江流域為代表的中部地區, 人口占全國的1/ 3 , 冬季濕冷, 夏季酷熱, 以往采暖受到限制。隨著經濟發展, 城鎮及農村房屋正越來越廣泛地使用采暖設施, 全國范圍內的“ 空調熱” 日見高漲, 而熱水供應也必將逐步發展起來。至于廣大農村, 建房熱仍持續不斷, 但房屋保溫隔熱性能很差, 改變冬寒夏熱的室內環境也勢在必行。自70 年代末8 0 年代初, 以旅游旅館及高檔出租辦公樓、公寓、商場為代表的民用空調建筑大量興建。僅以高檔旅游旅館為例, 1 9 9 3 年底已超過2 5 0 0 家。這類建筑由于都設置了全年性舒適空調和較高的建筑標準, 主要能源為電力, 故已成為城市民用建筑中的用電大戶。在某些城市, 這類建筑的總用電量已占到城市居民用電總量的40 %, 普遍存在電力高峰段供不應求, 被迫采取拉閘限電辦法。因此, 采暖和空調能耗必將迅速增長,預計到2 0 0 0 年將增到1.79 億噸標準煤, 占全國能源消費總量的比例將上升至1 3.6 %。由此可見, 隨著現代化建設的發展, 能源供應將更加緊張, 導致影響經濟的持續發展, 然而能源生產相對于經濟發展要滯后得多?!?nbsp;九五” 期間我國經濟預計將保持8% ~ 9% 的增長速度, 而一次能源生產量增長率則可能爭取達到4%。為了減輕能源供應對經濟增長的制約作用, 發展經濟所需的能源應更多依靠節能來解決。

            建筑節能起源于1 9 7 3 年和1 9 7 9 年兩次世界性石油危機, 許多發達國家經過二十多年的努力, 建筑節能進展巨大, 成效顯著。我國從1 9 8 2 年原國家經委撥款由建設部組織開展建筑節能工作??照{所從摸清量大面廣的北方建筑采暖耗能入手, 作為主編單位之一, 編制了我國第一部采暖住宅節能設計標準, 并于1 9 9 5 年再次修編。為了編制空調建筑的節能設計標準,由國家計委撥款空調所承擔, 進行了北京、上海、廣州等地旅游旅館空調建筑耗能調查實測,并在此基礎上編制了空調節能設計標準。在推動技術進步方面,在原國家經委及建設部支持下, 進行了平衡供暖技術的研究與產品的開發,提高了供暖系統能源利用率。為了改善北方農村住宅、公共建筑以及中部地區城鎮住宅冬夏季室內熱環境條件, 在國家計委、農業部、建設部的支持下, 開展了利用被動太陽能改善室內熱環境技術的研究, 并在遼寧、山東農村及江蘇、安徽城鎮建造了利用被動太陽能為主的節能住宅。我國中部地區城鎮住宅以往不設置采暖裝置, 為了從理論分析及實測上獲得適合該地區居民的最低水平室內熱舒適環境指標, 在國家自然科學基金支持下, 開展了研究課題, 初步獲得該地區最低水平舒適指標以及開發了優化設計軟件, 推動了被動太陽能在建筑中應用技術的發展。

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