大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室空氣處理系統(tǒng)方案探討

劉海燕,馬建軍,張惠

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所,西安710065)

大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室空氣處理系統(tǒng)方案探討

劉海燕,馬建軍,張惠

(中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所,西安710065)

目的探討適用于大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的空氣處理系統(tǒng)方案。方法從大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室空氣處理系統(tǒng)的功能出發(fā),探討循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)和空氣補(bǔ)償系統(tǒng)方案,并對(duì)各系統(tǒng)的工作流程和優(yōu)劣進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上提出優(yōu)化的集成空氣處理系統(tǒng)方案。結(jié)果循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)采用串聯(lián)風(fēng)道比并聯(lián)風(fēng)道能更好地保證極限溫濕度指標(biāo)和均勻性指標(biāo),循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)與空氣補(bǔ)償系統(tǒng)集成方案優(yōu)于兩個(gè)個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)方案、具備可行性。結(jié)論該空氣處理系統(tǒng)方案適用于大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室。

氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室;空氣處理;循環(huán)風(fēng)系統(tǒng);新風(fēng)系統(tǒng);空氣補(bǔ)償系統(tǒng)

汽車、高鐵、飛機(jī)等大型裝備和各種機(jī)載設(shè)備等都是在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下制造的,然而在實(shí)際使用過(guò)程中經(jīng)常遭遇高溫、低溫、濕熱、日照、降雨、降霧、凍雨、大風(fēng)、降雪等氣候環(huán)境。這些裝備能否在各種自然氣候環(huán)境下正常工作需要通過(guò)氣候環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證[1—2]。室內(nèi)進(jìn)行氣候環(huán)境試驗(yàn)成本低、周期短、環(huán)境條件可控、可再現(xiàn)氣候故障,而且有利于查找誘因,能高效地為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù),因此在室內(nèi)進(jìn)行裝備氣候試驗(yàn)成為主流[3]。

1947年,美國(guó)建成了體量約100 000 m3的大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室[4],主要針對(duì)飛機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)。先后有400多架飛機(jī)在該實(shí)驗(yàn)室中完成了氣候試驗(yàn)。俄羅斯、英國(guó)、韓國(guó)等國(guó)也先后建立了可用于裝甲車、飛機(jī)等大型裝備的氣候環(huán)境試驗(yàn)的大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室[5]。近幾年來(lái),隨著裝備氣候環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)需求的急劇增大和環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)及環(huán)境模擬能力的發(fā)展,我國(guó)也建設(shè)了一些體量在1000 m3量級(jí),適用于汽車、火車等氣候試驗(yàn)的氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室[6]?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)不能滿足飛機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)的需求,因此,建設(shè)能夠滿足ARJ-21飛機(jī)、C919大型客機(jī)以及未來(lái)航空器發(fā)展需求的大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室勢(shì)在必行[7]。

飛機(jī)氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備模擬高溫、低溫、濕熱、日照、降雨、降霧、凍雨、大風(fēng)、降雪等自然氣候環(huán)境的功能,并能在這些環(huán)境下驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/開(kāi)車性能。由于實(shí)現(xiàn)這些功能的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)室的溫度和濕度,因此對(duì)溫度和濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)的空氣處理系統(tǒng)成為實(shí)驗(yàn)室各功能系統(tǒng)中的重點(diǎn)[8—10]。文中通過(guò)對(duì)空氣處理系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析和優(yōu)化,提出適用于大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的空氣處理系統(tǒng)方案,期望能夠?qū)Υ笮蜌夂颦h(huán)境實(shí)驗(yàn)室空氣處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室空氣處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室指能夠?qū)ζ?、裝甲車、飛機(jī)等大型裝備進(jìn)行室內(nèi)氣候環(huán)境試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室。大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的空氣處理系統(tǒng)是指將實(shí)驗(yàn)室的空氣處理到目標(biāo)溫度和濕度,并能夠提供目標(biāo)壓力的系統(tǒng),包括循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)(AHU)[11]、新風(fēng)系統(tǒng)(FMAU)和空氣補(bǔ)償系統(tǒng)[12](JMAU)。

循環(huán)風(fēng)處理系統(tǒng)的主要功能是調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫度和濕度,主要由風(fēng)機(jī)、換熱器、加濕和除濕設(shè)備組成。

新風(fēng)系統(tǒng)的主要功能是為實(shí)驗(yàn)室提供新風(fēng)以保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)壓、新風(fēng)除濕和預(yù)降溫,主要由過(guò)濾器、風(fēng)機(jī)、表冷換熱器、除濕轉(zhuǎn)輪和深冷換熱器等組成。

空氣補(bǔ)償系統(tǒng)的主要功能是補(bǔ)償汽車、飛機(jī)等裝備在進(jìn)行啟動(dòng)/開(kāi)車試驗(yàn)時(shí)消耗的室內(nèi)空氣,主要由過(guò)濾器、降噪裝置、風(fēng)機(jī)、換熱器等組成。

對(duì)于體量在1000 m3量級(jí)的汽車環(huán)境實(shí)驗(yàn)室,因?yàn)樾嘛L(fēng)系統(tǒng)和空氣補(bǔ)償系統(tǒng)較小,通常與循環(huán)風(fēng)處理系統(tǒng)集成設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)技術(shù)比較成熟。空氣處理系統(tǒng)通常布置于實(shí)驗(yàn)室的側(cè)面或屋頂,如圖1和圖2所示。

圖1 空氣處理系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室側(cè)面Fig.1 The air handling system-side elevation

圖2 空氣處理系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室頂部Fig.2 The handling system at the top of the facility

對(duì)于體量在100 000 m3量級(jí)的飛機(jī)氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室,由于空氣處理系統(tǒng)非常龐大,用于汽車環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的空氣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式已不適用。現(xiàn)有的飛機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)室的空氣處理系統(tǒng)均按照3個(gè)獨(dú)立的功能系統(tǒng)設(shè)計(jì),基本方案如圖3所示。

圖3 飛機(jī)氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室空氣處理系統(tǒng)Fig.3 The general figure of the air handling system in the airplane climatic environmental laboratory

空氣處理流程:室內(nèi)空氣經(jīng)回風(fēng)管道與經(jīng)新風(fēng)系統(tǒng)處理的室外空氣在風(fēng)機(jī)前端混合后進(jìn)入循環(huán)風(fēng)處理系統(tǒng),調(diào)節(jié)溫度和濕度后進(jìn)入送風(fēng)管道,最后由旋流器將空氣合理地分布在室內(nèi)空間以實(shí)現(xiàn)設(shè)置的溫度和濕度要求。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/開(kāi)車試驗(yàn)時(shí),空氣補(bǔ)償系統(tǒng)將室外空氣處理到目標(biāo)溫度,通過(guò)艙體上的開(kāi)口送入實(shí)驗(yàn)室。

2 空氣處理系統(tǒng)方案及分析

2.1 循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)

循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)用于調(diào)溫、調(diào)濕。依據(jù)室內(nèi)-55～74℃的溫度范圍要求和±2℃的溫度均勻度要求[14],按照4℃送風(fēng)溫差,處理后循環(huán)風(fēng)的極限低溫為-59℃、極限高溫為78℃[15]。室內(nèi)的濕度范圍為10%～95%。實(shí)驗(yàn)室調(diào)節(jié)濕度的方法是在循環(huán)風(fēng)出口用蒸汽加濕,用新風(fēng)和結(jié)冰換熱器除濕。如何調(diào)節(jié)溫度是本節(jié)探討的主要內(nèi)容。

2.1.1循環(huán)風(fēng)量

設(shè)計(jì)循環(huán)風(fēng)系統(tǒng),首先要確定循環(huán)風(fēng)量。總循環(huán)風(fēng)量˙v(m3/s)依據(jù)公式(1)和(2)計(jì)算[15]。公式(1)中的Q是氣候?qū)嶒?yàn)室設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)參數(shù),在實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)確定的情況下,Q隨試驗(yàn)工況在寬范圍內(nèi)變化,˙v也隨Q變化。為了滿足所有工況需求,按照最大循環(huán)風(fēng)量設(shè)計(jì)循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)。

式中:Q為冷/熱負(fù)荷,kW;C為空氣比熱容, kJ/(kg·℃);為空氣質(zhì)量流量,kg/s;為空氣體積流量,m3/s;ΔT=t1-t2,℃;t1為回風(fēng)溫度,℃;t2為進(jìn)風(fēng)溫度,℃;ρ為空氣密度,kg/m3。

2.1.2循環(huán)風(fēng)道設(shè)計(jì)

根據(jù)循環(huán)風(fēng)的溫度范圍,循環(huán)風(fēng)道的設(shè)計(jì)有2種形式,一種是并聯(lián)形式,一種是串聯(lián)形式。這兩種形式的循環(huán)風(fēng)道各有優(yōu)劣。

2.1.2.1 并聯(lián)循環(huán)風(fēng)道

并聯(lián)循環(huán)風(fēng)道是指每個(gè)循環(huán)風(fēng)道由2個(gè)通道組成,2個(gè)通道并聯(lián),如圖4所示。以某一送風(fēng)溫度(比如-25℃)為切換點(diǎn),其中一個(gè)通道用于實(shí)現(xiàn)中高溫(≥-25℃),另一個(gè)通道用于實(shí)現(xiàn)低溫(＜-25℃)。新風(fēng)均由風(fēng)機(jī)前的負(fù)壓區(qū)進(jìn)入循環(huán)風(fēng)道。

圖4 并聯(lián)循環(huán)風(fēng)道Fig.4 The air cycling ducts in parallel

圖4 中高溫通道布置2個(gè)換熱器HX-1和HX-2,HX-1和HX-2使用同一種載冷劑A,載冷劑A可以載冷也可以載熱;低溫通道布置2個(gè)換熱器HX-3和HX-4,HX-3和HX-4使用同一種載冷劑B,載冷劑B僅用于載冷。HX-1和HX-3的主要功能是除濕,HX-2的主要功能是中溫制冷或加熱,HX-4的主要功能是低溫制冷。

并聯(lián)風(fēng)道有3種工作模式:

1)送風(fēng)溫度≥-25℃時(shí),中高溫通道工作,低溫通道關(guān)閉。

2)送風(fēng)溫度＜-25℃時(shí),2個(gè)通道接力工作,即中高溫通道將空氣處理到-25℃后,切換到低溫通道,繼續(xù)處理到目標(biāo)溫度。

3)當(dāng)室內(nèi)冷量需求大,1個(gè)通道風(fēng)量不足以提供所需的冷量時(shí),需要2個(gè)通道同時(shí)工作。此時(shí)2個(gè)通道將分流的空氣處理到不同溫度,在穩(wěn)壓箱摻混后,達(dá)到目標(biāo)送風(fēng)溫度和送風(fēng)量。摻混后的空氣溫度以2個(gè)通道的質(zhì)量流量為加權(quán)系數(shù)計(jì)算。

并聯(lián)風(fēng)道優(yōu)點(diǎn):由于中高溫通道換熱器中的載冷劑A不經(jīng)受低溫環(huán)境,低溫通道換熱器中的載冷劑B不經(jīng)受高溫環(huán)境,因此載冷劑A和B的耐溫范圍要求降低。高溫通道和低溫通道建筑結(jié)構(gòu)需要承受的溫度范圍相對(duì)減小,結(jié)構(gòu)選材和設(shè)計(jì)難度降低。

并聯(lián)風(fēng)道缺點(diǎn):與串聯(lián)風(fēng)道比較,在同等風(fēng)量下,需要的建筑空間增大1倍;控制難度大;中高溫通道和低溫通道同時(shí)工作時(shí),風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行效率降低;需要有足夠大的穩(wěn)壓箱保證處理后空氣能均勻分配到各進(jìn)風(fēng)管道。

2.1.2.2 串聯(lián)循環(huán)風(fēng)道

串聯(lián)循環(huán)風(fēng)道指用于加熱和制冷的換熱器按照一定的順序布置在同一個(gè)風(fēng)道內(nèi),每個(gè)風(fēng)道可以將空氣處理到送風(fēng)溫度范圍(-59～78℃)內(nèi)的任意一個(gè)目標(biāo)值,每個(gè)風(fēng)道的空氣流量為˙v/n。為了方便調(diào)整風(fēng)量,可以將風(fēng)道設(shè)計(jì)成2個(gè)完全相同的通道,每個(gè)通道的最大空氣流量為˙v/2n。如圖5所示。

圖5 串聯(lián)循環(huán)風(fēng)道Fig.5 The air cycling ducts in series

串聯(lián)循環(huán)風(fēng)道工作模式:

1)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行高溫試驗(yàn)時(shí),HX-1A(B)和HX-2A(B)工作,此時(shí)載冷劑A用作載熱。

2)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行低溫試驗(yàn)且溫度≥-25℃時(shí), HX-1A(B)和HX-2A(B)工作,此時(shí)載冷劑A用作載冷,HX-1A(B)用于除濕,HX-2A(B)用于制冷。

3)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行低溫試驗(yàn)且-55℃≤溫度＜-25℃時(shí),HX-1A(B),HX-2A(B),HX-3A(B)工作,此時(shí)載冷劑A和載冷劑B均用作載冷,HX-1 (B)用于除濕,HX-2(B)和HX-3(B)用于制冷。

串聯(lián)風(fēng)道優(yōu)點(diǎn)分析:

1)能夠在同一個(gè)通道中將空氣處理到全溫度范圍內(nèi)的任一個(gè)目標(biāo)溫度。

2)在風(fēng)量為˙v/2時(shí),可以單通道運(yùn)行,另一個(gè)通道作為備用通道。

3)同一個(gè)風(fēng)道中的兩個(gè)通道選用同功率風(fēng)機(jī),并聯(lián)運(yùn)行時(shí)不存在效率衰減問(wèn)題。

4)與并聯(lián)風(fēng)道比較,在同等風(fēng)量下,需要的建筑空間減小。

5)各風(fēng)道的循環(huán)風(fēng)獨(dú)立與送風(fēng)管道對(duì)接,室內(nèi)溫度控制靈活性更高。

串聯(lián)風(fēng)道缺點(diǎn)分析:

1)要求載冷劑A在最低送風(fēng)溫度下不能結(jié)冰、載冷劑B在最高送風(fēng)溫度下不能氣化。如果選不到滿足要求的載冷劑,則需要在高溫試驗(yàn)時(shí)排空載冷劑B,在低溫試驗(yàn)時(shí)排空載冷劑A。

2)風(fēng)道建筑結(jié)構(gòu)需要承受的溫度范圍大,結(jié)構(gòu)選材和設(shè)計(jì)難度高。

2.2 新風(fēng)系統(tǒng)

新風(fēng)系統(tǒng)的最大流量按照最大泄漏量設(shè)計(jì),最低露點(diǎn)溫度按照實(shí)驗(yàn)室最低溫設(shè)計(jì)。新風(fēng)系統(tǒng)與自動(dòng)泄壓口(如圖3所示)協(xié)調(diào)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)室內(nèi)微正壓,通過(guò)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量。新風(fēng)由循環(huán)風(fēng)處理系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)前的回風(fēng)管道并入循環(huán)風(fēng)道。新風(fēng)出口溫度和濕度決定新風(fēng)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。新風(fēng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作流程如圖6所示。

新風(fēng)系統(tǒng)的工作模式:在高溫試驗(yàn)的升溫過(guò)程中,由于室內(nèi)壓力會(huì)隨溫度的升高而升高,不需要補(bǔ)充新風(fēng),因此此時(shí)該系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài);在實(shí)驗(yàn)室的降溫過(guò)程和低溫試驗(yàn)過(guò)程中,該系統(tǒng)始終處于工作狀態(tài),處理后新風(fēng)的溫度和濕度取決于實(shí)驗(yàn)室的溫度和濕度要求,也決定了FHX1、除濕轉(zhuǎn)輪、FHX2、FHX3以及再生蒸汽系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

圖6 新風(fēng)系統(tǒng)的工作流程Fig.6 The process of the fresh air system

由于同時(shí)滿足低露點(diǎn)溫度和大風(fēng)量的新風(fēng)系統(tǒng)投資成本高、施工難度大,而大型氣候?qū)嶒?yàn)室新風(fēng)系統(tǒng)又面臨此問(wèn)題,因此,合理地解決這兩個(gè)問(wèn)題是大型氣候?qū)嶒?yàn)室新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

2.3 空氣補(bǔ)償系統(tǒng)

空氣補(bǔ)償系統(tǒng)的功能是發(fā)動(dòng)機(jī)在-55～55℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行啟動(dòng)/開(kāi)車試驗(yàn)時(shí),補(bǔ)償消耗的空氣?？諝庋a(bǔ)償系統(tǒng)的最大流量按照發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)車的最大空氣消耗量設(shè)計(jì)。

該系統(tǒng)由空氣過(guò)濾器、風(fēng)機(jī)、消聲器、加熱換熱器、制冷換熱器等組成。其中JHX-1,JHX-2,JHX-3使用同一種載冷劑A,可以蓄冷也可以蓄熱;JHX-4使用低溫載冷劑B,載冷劑B用于蓄冷。載熱劑A和載熱劑B需要提前存儲(chǔ),溫度和存儲(chǔ)量根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求計(jì)算。儲(chǔ)存的載冷劑的溫度與補(bǔ)償空氣溫度取5℃溫差。高溫補(bǔ)氣時(shí),載冷/載熱劑的溫度高于室內(nèi)空氣5℃,低溫補(bǔ)氣時(shí),載冷/載熱劑的溫度低于室內(nèi)空氣5℃。JMAU的空氣處理流程如圖7所示。

圖7 JMAU的空氣處理流程Fig.7 The air handling process of JMAU

空氣補(bǔ)償系統(tǒng)的工作模式:-10℃≤補(bǔ)償空氣溫度≤20℃時(shí),JHX-1和JHX-2工作;-25℃≤補(bǔ)償空氣溫度＜-10℃或20℃＜補(bǔ)償空氣溫度≤55℃時(shí),JHX-1,JHX-2和JHX-3工作;-25℃＜補(bǔ)償空氣溫度≤55℃時(shí),JHX-1,JHX-2,JHX-3和JHX-4全部工作。

為了充分利用載冷劑A中的冷/熱量并提高換熱效率,載冷劑A采用逆流再利用的方式是合理、可行的。例如,-25℃補(bǔ)償空氣時(shí),出JHX-3的載冷劑和由載冷劑儲(chǔ)罐供給的載冷劑混合后再進(jìn)入JHX-2換熱,依此類推,通過(guò)調(diào)節(jié)兩路載冷劑的流量比例控制混合載冷劑進(jìn)入各換熱器的溫度。

圖3中補(bǔ)償空氣需要從實(shí)驗(yàn)室艙壁上的2個(gè)大型門洞進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,并需要設(shè)置門。門的密封、開(kāi)啟方式等都是較難解決的問(wèn)題,也會(huì)引起成本增高,這是現(xiàn)有的飛機(jī)氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室空氣補(bǔ)償系統(tǒng)的最大弊端。在現(xiàn)有的飛機(jī)氣候環(huán)境室中,美國(guó)McKinley實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)償空氣入口在實(shí)驗(yàn)室頂部,韓國(guó)ADD實(shí)驗(yàn)室的補(bǔ)償空氣入口在實(shí)驗(yàn)室側(cè)壁。

3 空氣處理系統(tǒng)的優(yōu)化

空氣處理系統(tǒng)的優(yōu)化主要包括3個(gè)方面:循環(huán)風(fēng)道采用串聯(lián)形式,每個(gè)風(fēng)道與1個(gè)送風(fēng)管道對(duì)接;循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)與空氣補(bǔ)償系統(tǒng)集成;新風(fēng)系統(tǒng)采用“1+ 2”形式。優(yōu)化的空氣處理系統(tǒng)如圖8和圖9所示。

圖8 優(yōu)化的空氣處理系統(tǒng)總圖(平面)Fig.8 The general layout plan of the optimized air handling system

圖9 循環(huán)風(fēng)與補(bǔ)償空氣系統(tǒng)集成Fig.9 The integration of the air cycling system and JMAU

3.1 循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)選

循環(huán)風(fēng)道選用串聯(lián)形式,每個(gè)風(fēng)道由2個(gè)相同的全功能通道組成。每個(gè)風(fēng)道與一個(gè)送風(fēng)管道對(duì)接和一個(gè)回風(fēng)管道形成一個(gè)獨(dú)立的循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)。除了文中2.1.2節(jié)論述的優(yōu)勢(shì)之外,還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室分區(qū)控溫、控濕。另外,采用此方式也便于將循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)與空氣補(bǔ)償系統(tǒng)集成。

3.2 循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)與空氣補(bǔ)償系統(tǒng)集成

如圖9所示,利用循環(huán)風(fēng)道將補(bǔ)償空氣送入實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的集成。集成的優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面:

1)避免了為空氣補(bǔ)償系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室艙壁上設(shè)置大門以及由此引起門的密封、開(kāi)啟等問(wèn)題。

2)可以將補(bǔ)償空氣總量分配到多個(gè)空氣補(bǔ)償風(fēng)道,降低了空氣補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)備規(guī)模,使風(fēng)機(jī)選型和換熱器設(shè)計(jì)及制造難度降低。

3)空氣補(bǔ)償系統(tǒng)和循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)公用風(fēng)機(jī),可以將風(fēng)機(jī)數(shù)量減少一半,大大地降低了設(shè)備成本。

在認(rèn)識(shí)到集成設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)的同時(shí),也應(yīng)該注意由此帶來(lái)的問(wèn)題,并在具體設(shè)計(jì)中予以解決。為了減少風(fēng)機(jī)數(shù)量,兩個(gè)系統(tǒng)集成時(shí)將風(fēng)機(jī)移到了結(jié)合處(如圖9所示)。這樣使得循環(huán)風(fēng)道和空氣補(bǔ)償風(fēng)道在工作時(shí)處于負(fù)壓狀態(tài),為了防止室外空氣進(jìn)入循環(huán)風(fēng)道和空氣補(bǔ)償風(fēng)道,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)重視密封設(shè)計(jì)。

3.3 新風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

大型氣候?qū)嶒?yàn)室的體量大決定了正壓狀態(tài)下的空氣泄漏量大,而大的泄漏量需要大的新風(fēng)補(bǔ)償量。為了降低設(shè)備成本并兼顧系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和靈活性,從兩方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì):

1)風(fēng)量設(shè)計(jì)。將新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成露點(diǎn)溫度相同的2套,其中一套系統(tǒng)按照最大新風(fēng)需求量的1/ 3設(shè)計(jì),另一套系統(tǒng)按照最大新風(fēng)需求量的2/3設(shè)計(jì),即采用“1+2”形式設(shè)計(jì)。

2)露點(diǎn)溫度設(shè)計(jì)。雖然實(shí)驗(yàn)室的最低溫度為-55℃,但經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得出,在新風(fēng)的最低露點(diǎn)溫度為-40℃時(shí),制冷換熱器上的結(jié)霜不影響換熱效果。在此情況下,將新風(fēng)最低露點(diǎn)溫度按照-40℃設(shè)計(jì),可以大幅度節(jié)省設(shè)備成本。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室?guī)追N空氣處理系統(tǒng)方案的綜合對(duì)比分析,提出采用“1+2”形式設(shè)計(jì)新風(fēng)系統(tǒng),采用串聯(lián)循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)與空氣補(bǔ)償系統(tǒng)集成的空氣處理方案。該方案可以通過(guò)循環(huán)風(fēng)道全溫度范圍送風(fēng)和室內(nèi)分區(qū)控溫更好地保證溫濕度指標(biāo)。通過(guò)新風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化和循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)與空氣補(bǔ)償系統(tǒng)的集成大幅降低投資成本和運(yùn)行成本。同時(shí),也避免了空氣補(bǔ)償系統(tǒng)獨(dú)立送風(fēng)帶來(lái)的一系列問(wèn)題。經(jīng)過(guò)初步論證,認(rèn)為該方案在大型氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室是合理可行的。

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Discussion on Design of the Air Handing System in Large Climatic Environmental Test Laboratory

LIU Hai-yan,MA Jian-jun,ZHANG Hui
(Aircraft Strength Research Institute of China,Xi＇an 710065,China)

Objective To investigate the scheme of the air handling system which is suitable for the large climatic environmental test facility.Methods The scheme of the air cycling system,the fresh air system and the air compensation system was discussed based on the functions of the air handling system in large climatic environmental test laboratory.The working process as well as the advantages and disadvantages of each system were analyzed.An optimized integrated air handling system scheme was put forward based on the analysis.Results The air cycling system adopting the ducts in series could better ensure the limit temperature and humidity as well as the uniformity indices of the facility.The integration of the air cycling system with the air compensation system was better than the two independent systems,and was feasible.Conclusion The scheme of the air handling system put forward in this paper was suitable for the large climatic environmental facility.

climatic environmental test laboratory;air handling;air cycling system;fresh air system;air compensation system

10.7643/issn.1672-9242.2014.05.021

P463.4

:A

1672-9242(2014)05-0107-07

2014-08-24;

2014-09-04

Received:2014-08-24;Revised:2014-09-04

劉海燕(1968—),男,陜西戶縣人,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)轱w機(jī)結(jié)構(gòu)環(huán)境強(qiáng)度。

Biography:LIU Hai-yan(1968—),Male,from Huxian,Shaanxi,Master,Senior engineer,Research focus:the environmental intensity of plane structure.