特种空调系统的设计、选择、研制、使用
1、前言
随着科学技术的日益发展，制冷、空调技术已经涉及剑建筑、冶金、交通、生物、医学、食品等各个领域，所处的地位也越来越重要，国防尖端技术与航天事业的发展更是离不开制冷与空调技术。
我国研制的某一种型号的卫星在发射之前，有一个把卫星从安装工厂运输到发射塔架的过程，人约需要2小时的运输时间。随着科学技术的发展，卫星是高度精度的设备，因而在运输过程中对装有卫星的卫星整流罩内空气温度、湿度及压力有严格的要求，所以需要在卫星运输车上安装一套特殊的空调系统。其技术条件是卫星罩内空气必须处于大于50Pa以上的正压，并装有精粗空气过滤器以保证其洁净度达到l0万等级，由此产生的星整流罩内空气大量泄漏，必须从环境中补充火量的新鲜空气，而该空调使用的地气候条件十分恶劣，温度从-20℃～35℃不等，全年温差高达55℃，相对湿度最大可达到85％，这样极大地增加了调节罩内空气工况的难度，空调系统又是安装在运输车上，设备使用的能耗又不能太人。星罩内的[况必须在干球温度10℃～40℃，相对湿度15～50％范围内可任意调节，温度的控制精度为±0．5℃，相对湿度控制精度为±4％，由初始状态调到规定要求范围内任一状态的时间要求不超过1．5小时。空调系统在运行过程中必须运行安全、可靠、波动小。
2、设计方案
根据该系统的特殊要求，本着确保参数符合工况要求，系统工作可靠、节省投资、操作简单的设计原则，进行了多方面的设计研究，通过大量的计算分析和对多种方案的对比，确定了合理的流程方案。在此系统流程中中，包含两个空气处理过程。
2．1新风处理过程
新风通过设置在车顶的新风口由新风风机吸入新风管道，为了不让空气中含有的有机污染物污染新风，为此在系统中加了活性碳粗过滤器过滤层，然后新风通过粗过滤器进入蒸发器内，经过冷却去湿、加热器和加湿器以及粗过滤器和精过滤器的处理，达到所要求的送风状态。
2．2回风处理过程
因为此空调系统在运行过程期间，耗能不能太大，除了要补充由于泄露的空气外而且还要求空气质量好、洁净度高，尤其是保证相对湿度达到15%，所以回风系统我们采用一次回风和二次
回风相结合的回风。
从卫星罩出来的空气，一路经过一次回风风量调节阀和新风混合经过蒸发器处理后和经过二次同风风量调节阀的另一路回风混合，再经过加热器、加湿器以及粗过滤器和精过滤器的处理送剑卫星整流罩内。
3、空调系统设备选择
由于整个空调系统安装在车厢内，所以在设备的选型时除了考虑其性能指标外，还必须考虑剑设备的体积和重量的限制。对卫星罩进行冷热负荷计算后，夏季极端负荷为14980W(不计环境室热容热负荷为8674W)。冬季极端负荷为一13193W(不计环境室容热负荷为一4582W)。冬季需最大等温加湿量为558kg／h，冬季加湿热负荷为3．6kW。
3．1压缩冷凝机组选用2台德国5匹活塞式风冷压缩冷凝机组，功率为3．2kW，每台名义制冷量7000W，一般情况卜，能够满足环境室状态的一备一用的使用要求。在极限．I=况时，两台机同时投入运行。
3．2蒸发器选用表面式空气直接冷却器型式，这种蒸发器的优点是设备紧凑，空气不受污染。考虑到定型蒸发器产品不能满足本空调系统要求，选翅片片距为4mm，蒸发面积根据设计计算为40m。考虑车箱截面尺寸，蒸发器为6排结构。
3．3主循环风机选用意大利尼柯(NICOTRA)风机，额定风量为4000m／h，采用变频调速，保证环境室内50Pa正压和空调系统的循环要求。
3．4保证卫星罩内50Pa正压，新风风机选用的尼柯(NICOTRA)风机，并进行变频调节风量。
3．5电加热器采用蛇形翅片式电加热器，根据计算结果加热量，采用额定功率12kW的电加热器。极限工况备用额定功率为15kW加热器。
3．6加湿方式采用蒸汽等温加湿，电热式加湿器作为加湿设备。根据计算结果，采用额定功率为7．5kW加热器， 还增设一套7．5kW的备用电加热器，提高可靠性。
4、控制系统
此系统中涉及的控制对象有3个，即回风温度、回风湿度和回风压力(环境室压力)。由于本系统温度控制精度为±0．5~C，相对湿度控制精度为±4，系统参数控制精度高，且要求系统运行要绝对可靠，所以我们的设计从精度高和可靠性考虑。
在工况参数测量方面，采用压力、压筹变送器、温度、湿度传感器这些品质优良、精度高的仪器仪表，经过信号转换、隔离后，送入数据采集仪，数据采集仪通过数据总线与计算机进行数据通讯。
在工况调节方面。采用单回路闭环调节方式，把传统的PID控制技术引到模糊控制器中，充分发挥模糊控制鲁棒性较好的特点，构成模糊一PID自动调节控制器。在系统设备控制方面，由于用户特殊要求采用继电器控制。
4．1电加热器电加热量调节，使用100A希曼顿调功器，对加热量实行实时控制调。电加湿器电加湿调节，也使用100A希曼顿调功器，通过调节电热式加湿器的加热量，对加湿量实行实时控制调节。调功器的使用，改变由调功使用固态继电器控制方式，集成性、可靠性得到提高。调功器设备容量选用在60用量范围以内，保证调功量长期使用的可靠性。同时还附设手动比例调节，保证在控制器出现意外故障时，保证调功器的正常工作。
4．2电加热器、电加湿器和主循环风机变频器的实时控制，采用双路备份控制方法，主控制回路采用仪表控制，辅助回路采用人工控制。仪表控制由日本干野仪表公司数字指示调节仪调节控制，完成模糊控制和PID调节控制。人工控制中，电加热器、电加湿器采取手动调整可控硅变压，主循环风机根据整流罩内正压显示值进行手动调整变频器频率，保证电加热器、电加湿器和主循环风机在合适的功率和频率范围内运行。
5、监控系统软件
本系统软件是基于wINDOwS操作平台开发的计算机测控软件，它的功能不仅限于单纯的数据采集功能，更增加了管理与数据分析等后处理功能，可进行数据采集通道参数设置系统管理以及试验历史记录查询、测试结果趋势曲线分析、打印试验记录数据和曲线等多种工作。这样可为产品的开发和试验研究提供多方面可靠的数据。监控系统软件结构为现场传感器、变送器、执行器，智能数字指示调节仪，计算机集中采集、处理。
6、测试记录
该系统进行常规试验时，工况设定温度为20℃，湿度为38％，罩内压力为50Pa。在冬季做试验，空调系统要进行对空气的去湿处理，需先开启加热器使空气温度上升至15℃以上，方可开启制冷机去湿，否则会引起降温去湿器的蒸发器表面结冰，影响系统的去湿效果。
实测数据表明，该系统回风温度、回风湿度、回风压力(即卫星罩内压力)均能在制冷机开机后的半个小时达到设定值，且自动控制系统波动小，满足控制精度高要求。
7、结论
我们在设计中充分考虑了卫星发射工作的严格性，在系统设计、没备选型、电气控制、运行操作等均从安全、可靠的基本点出发，采取双机双份，甚至是多备份的技术措施，在空调工艺、控制方式等各方面为空调系统的工况提供了可靠的保证。本空调系统能满足技术要求所规定的各项指标(经试验洁净度为2万等级)，罩内空气进入规定：工况的速度快，控制精度高，可靠行好。
参考文献
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