在线HVAC系统分析技术

HVAC是英文Heating，Ventilating and Air Conditioning System的缩写，其含义是加热、通风和空气调节系统，实际上是具有正压通风和冷暖空调功能的一套设备。

HVAC系统由HVAC机组、风筒组件和自重式百叶窗等部分组成。其中，HVAC机组又由离心风机、冷暖空调和控制系统组成。夏季供凉风，冬季供暖风，供风量和供风温度由控制系统控制，可同时满足分析小屋正压通风和温度调节的要求。

有的分析仪系统集成商采用“空调器+离心风机”的方案，并把这种组合模式称为HVAC系统，这是一种错误的解释，实际运行中也是行不通的。夏季，离心风机鼓入的是由环境空气带来的热风，抵消了空调器的制冷作用；冬季，鼓入的是冷风，抵消了采暖装置的加热作用。这种方案把正压通风和温度控制分离开来，分别由两种设备执行，其结果是运行上互相矛盾，无法同时兼顾，而HVAC系统可将二者统一起来。

有关国内外标准规定，当分析小屋需要采取正压通风措施时，应采用HVAC系统。下面简要介绍BHVAC机组的性能、负荷计算和设计选型。

（1）BHVAC系列防爆加热通风空调机组简介

BHVAC系列防爆加热通风空调机组见图5.2（其型号中的“B”表示“防爆”之意）。该机组是依据GB 3836.10、GB 3836.14、GB/T 17758等标准开发的产品，主要用于石油、化工等行业有易燃易爆气体并有正压通风和恒温控制要求的仪表控制室、实验室、计量室、分析小屋等场所，已在一些大型石化工程中成功应用。该机组经国家防爆电气产品质量监督检验中心检测合格，取得了防爆合格证，整机防爆标志为ExdⅡBT4或ExdⅡCT4，可直接用于1区爆炸危险场所。

图5.2　BHVAC机组外形图

（2）BHVAC机组的组成

BHVAC机组由以下部件组成：冷凝器、蒸发器、节流元件、压缩机、电（蒸汽）加热器、送风机、冷凝风机、电动调节阀、温度传感器、操作显示装置、电气控制箱、外壳（不锈钢板或镀锌钢板喷塑）等。其运行机理如下：

①制冷（热）

启动机组后，室内空气由回风口与新风口进来的新鲜空气混合后进入机组，经蒸发器（电或蒸汽加热器）冷却（加热）后，通过送风口进入室内，使室内的温度保持在设定值。

制冷（热）量是根据气候参数、分析小屋的围护结构（墙体的保温材料）、内部尺寸、新风换气次数、回风量及仪器仪表的发热量等进行计算的。

制冷系统采用国内外著名品牌的制冷元件组成，具有制冷快、节约能源、制冷性能稳定等特点，符合GB/T 17758—2010《单元式空气调节机》的规定，满足恒定温度的要求。

制热系统有两种方式，一是采用全不锈钢翅片式电热管加热，表面温度采用温度传感器监控，通过双重措施使电热管达到GB 3836.1—2000《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》中规定的温度组别T4组（135℃）的要求。二是采用蒸汽翅片式换热器，使用防爆电动调节阀控制蒸汽流量，从而达到调节温度的目的。

②正压通风

正压通风系统由隔爆型离心风机（两台，一用一备）、新风防爆电动调节阀、室内送/回风手动调节阀、德国Beck差压开关等组成。室内正压按照国际标准IEC 60079—13《爆炸性气体环境用电气设备第13部分：正压房间或建筑物的结构和使用》（英文版）的规定，其值为25 Pa，在设计时，考虑到泄漏等因素取值25 Pa≤P＜50 Pa。在使用中，当室内正压值超过设定值时，室内安装的自重式百叶窗或重锤式泄压阀（用户自备）打开，泄压至设定值再关闭；当室内短时失压（如开、关门），机组通过反馈信号，瞬时补充至设定的正压值。在大量失压的情况下（如门一直敞开、风机发生故障等），机组附带的差压开关将输出故障报警信号送至控制室，并在机组操作显示屏上显示，同时迅速启动备用风机进行补压。正压故障时所采取的各种保护措施见表5.1。

表5.1　正压故障时所采取的各种保护措施

③控制系统

BHVAC机组的控制系统由带有液晶显示屏的本安型BRTU防爆控制器和防爆电气控制箱组成，BRTU防爆控制器置于分析小屋内，通过防爆数据总线和分析小屋外的机组主机相连，方便仪表人员进行操作控制。控制系统的主要功能如下：

分析小屋温度控制：由温度传感器检测室内温度，配合各种阀门进行PID控制。

分析小屋正压调节：通过差压开关检测室内外压差，调节供风流量和压力。

失压检测及报警：新风风道中安装流量开关，低流量时报警；每个门安装门位置开关，当门未关闭时，延时报警；当房间失压时能迅速启动备用风机补充室内压力。

（3）负荷计算

BHVAC机组冷负荷计算由以下三部分构成：

①围护结构冷负荷（w）：QL1=KFΔt。

②内部热源散热形成冷负荷（w）：QL2=仪器功耗。(www.xing528.com)

③新风负荷（w）：QL3=Gw（hw-hn）。

其中，K为传热系数，Gw为新风质量流量，hw、hn分别为新风处理前、后热焓值。

BHVAC机组热负荷计算由以下三部分构成：

①围护结构热负荷（w）：QH1=KFΔt。

②内部热源散热形成热负荷（w）：QH2=仪器功耗（取负值）。

③新风热负荷（w）：QH3=GwΔtCP。

其中，K为传热系数，Gw为新风质量流量，Δt为冬季室内外最大温差，CP为空气的比热容比。

上述计算由BHVAC机组供货厂家进行，但用户应提供以下参数：

①分析小屋的围护结构、墙板材质、充填物厚度；

②分析小屋所处地的地理位置及气候条件；

③分析小屋的室内温、湿度参数要求；

④分析小屋室内的仪表、电器功率；

⑤换气及正压要求；

⑥空调加热方式选择：蒸汽或电加热管。

（4）选型设计

BHVAC机组的主要技术参数见表5.2。

表5.2　BHVAC机组主要技术参数

续表

注：①机组的制冷量及制热量、送风量等参数可根据用户提供参数作调整；
②加热形式根据用户要求，可制成蒸汽加热或电加热。

BHVAC机组在不同地区的选型设计举例见表5.3和表5.4。由表可见，同一型号的BHVAC机组在不同地区使用时，其所适用的分析小屋尺寸有很大差别。

表5.3　制冷量10 kW的BHVAC机组在不同地区的选型设计举例

表5.4　制热量7.2 kW的BHVAC机组在不同地区的选型设计举例