高精度三坐标测量室空调系统方案研究

葛海霞



高精度三坐标测量室空调系统方案研究

葛海霞

（北京市工业设计研究院有限公司 北京 100055）

高精度三坐标测量室对空调环境的要求极高，空调系统设计具有一定的复杂性和特殊性。通过调研五个项目的高精度三坐标测量室，对空调系统进行分析研究，总结出高精度三坐标测量室的空调系统特点，提出三坐标测量室空调系统建议方案，为此类精密空调系统优化设计提供参考。

三坐标测量室；空调系统；设计方案

0 引言

高精度三坐标测量室主要用于机械、汽车、航空、军工、模具等行业中，对各种类型的工件和模具进行形位公差的检测、几何量综合测量、冲压件反求测量等。三坐标测量机是一种高精度的检测设备，要求测量环境保证恒温恒湿。因此，为保证测量精度，三坐标测量室的空调系统方案设计至关重要。

温度条件对计量测试有重大影响。由于各种不同物体的膨胀系数差异甚大，因此计量时被测物体的温度应与计量标准仪器的温度等同，如二者温度不等会给计量检测数据带来较大的测量误差。在量值传递中必须考虑温度条件的影响，否则所测得的数据毫无意义。测量环境温度的变化主要包括环境温度的变化、短时间温度变化、长时间温度的变化、温度梯度的变化等。为保证测量精度，必须严格按照要求的温度条件进行空调设计。

相对湿度也是保证测量精度的关键因素。湿度高低与金属材料几何尺寸无关，但对非金属材料的几何尺寸影响甚大。它能使仪器工作台面变形，影响仪器精度。更为严重的是，若室内相对湿度过高，加上空气中带酸、碱性气体或尘埃相互结合，将促使计量标准器、仪器仪表表面氧化生锈，光学仪器镜头发霉，发光镜镀层脱落，甚至会使仪器仪表绝缘指标降低而把合格的仪表误判为不合格，对粘合性不好的量块由于室内相对湿度过高，使不合格的量块判为合格。为保证测量精度，必须严格按照要求的湿度条件进行空调设计。

合理的空调系统方案设计是保证三坐标测量室的测量精度的前提条件。调研五个项目的高精度三坐标测量室，对其空调系统的设计及运行情况进行分析研究，提出高精度三坐标测量室的空调系统建议方案。

1 工程概况

调研了A某试制车间、B某焊装车间、C某焊装车间、D某车身车间、E某发动机车间等五个项目的三坐标测量室，五个测量室均为各车间一层的房中房。其中项目A、B为在旧厂房中改建新增的三坐标测量室，C、D、E三个项目为厂房始建既有的三坐标测量室。项目A建筑面积602m2，有两面外墙，朝向分别为东向和北向；项目B建筑面积1818m2，有一面外墙，朝向为东向；项目C建筑面积3000m2，有一面外墙，朝向为南向；项目D建筑面积370m2，无外墙；项目E建筑面积300m2，无外墙。三坐标测量室设有三坐标测量机、视频测量仪、计算机、测量平台，工作人员属于轻度劳动。各项目的工艺要求室内环境条件见表1。

项目A测量室要求室内基准温度为20℃±1℃，温度梯度在时间方向的要求为每小时＜1℃，每天＜2℃，每周＜2℃；温度梯度在空间方向的要求为每米＜1℃；

项目B、C、D三个测量室要求室内基准温度为22℃±1℃，温度梯度在时间方向的要求为每小时＜1.5℃，每天＜2℃，每周＜2℃；温度梯度在空间方向的要求为每米＜1℃；

项目E测量室要求室内基准温度为20℃±1℃，温度梯度在时间方向的要求为每小时＜0.4℃，每天＜0.8℃，每周＜1℃；温度梯度在空间方向的要求为每米＜0.2℃。

表1 工艺要求室内环境条件

2 方案分析

2.1 高精度三坐标测量室的空调冷、热、湿负荷及风量研究

三坐标室均为设在厂房内的房中房。夏季空调冷负荷主要包括通过外墙传入的非稳态传热形成的逐时冷负荷、人体、照明和设备等散热形成的逐时冷负荷、内墙及楼板温差传热形成的冷负荷，以及距外墙2m范围内的地面传热形成的冷负荷和新风负荷。冬季空调热负荷主要包括外墙、内墙、楼板、地面等围护结构温差传热形成的热负荷和新风负荷。房间湿负荷则由人员湿负荷和新风湿负荷构成。这五个项目三坐标室的空调冷热湿负荷见表2。

各个项目送风量的确定，是通过比较夏季送风温差计算得出的送风量、冬季送风温差计算得出的送风量、房间换气次数计算得出的送风量，取其中较大值为送风量。各个项目的新风量的计算有所不同，项目A按每人30m3/h确定的新风量；项目B、C、D、E按送风量的10%计算新风量。风量大小见表2。

五个项目同处北京地区，但结果显示冷热湿负荷和风量差异极大，原因在于各个项目的外墙大小、基础温度不同、临室温度不同，以及选用新风量不同。因此，即使是同一地区，不同项目的冷热湿负荷也应详细计算，不可估算，避免主机、输配系统及末端设备选大而给控制、节能和环保带来潜在问题。

表2 各项目的空调冷热湿负荷及风量统计

2.2 高精度三坐标测量室的气流组织方案研究

五个项目的气流组织方式均为上送下侧回。风口形式、个数及风口风速、送风换气次数等详见表3。其中不同项目的送风口形式不同，分别采用直片散流器、旋流风口、方形散流器以及孔板送风。回风口均为单层百叶，其中项目A、D、E的回风口距地0.4m，项目B及项目C的回风口距地2.0m和2.8m，回风口越近地面，空调区的气流分布越均匀，但考虑到侧墙处设有办公设备及内窗等，回风口只能适当抬高，因为测量台在测量室中央部位，故测量区内空气速度分布及温度分布受风口位移影响较小。建议办公设备尽量设在房间的短边，以使回风口尽量近地面布置，使整个测量室的空气流速和温度分布更均匀。各项目送回风口布置见图1～5。

表3 气流组织方案

图2 项目B送、回风口布置图

图3 项目C送、回风口布置图

图4 项目D送、回风口布置图

图5 项目E送、回风口布置图

2.3 高精度三坐标测量室的空气处理方案及冷热源方案研究

五个项目的空气处理方案及冷热源方案详见表4。

表4 空气处理方案及冷热源方案

空调处理设备的选择由车间的冷热源形式决定，当车间提供冷热水时，采用组合式空调，如项目B、C；当车间不供冷热水时，采用直膨式风冷空调机组，如项目A、D、E。根据项目的安全等级要求不同，选择是否设置备用热源，如项目C，工艺要求必须设置备用热源，一旦热水不能满足要求需有急救措施，不影响正常工作，故设电加热作为备用热源。

2.4 高精度三坐标测量室的空调系统控制方案研究。

项目A、D、E采用的是直接膨胀风冷式恒温恒湿空调机组，三坐标室内设有温度湿度监测点，分别布置在工作台周边的柱子上的距地2m处。直接膨胀风冷式恒温恒湿空调机组自带智能集中控制器，根据采集到的数据控制压缩机、冷凝器、加湿器等，以实现机组的正常运行。

项目B采用的是直接膨胀风冷式恒温恒湿空调机组+组合式新风机组，与项目A、D、E的不同之处在于其设置了组合式新风机组，空调控制方式的差异也在于新风机组的控制。新风系统冬季根据室外空气条件控制热水盘管及电加热盘管，用于冬季处理加热新风；夏季新风负荷由恒温恒湿空调承担，新风机组夏季运行时仅运行风机，作为新风送风机使用。

项目C采用的是组合式恒温恒湿空调机组，三坐标室内设有温度湿度监测点，分别布置在工作台周边的柱子上的距地2m处。空调机组自带智能集中控制器，以执行机组切换、风机启停、水阀开关、加湿及盘管切换等动作，以实现机组的正常运行。

3 系统运行中的问题分析与空调方案建议

五个项目均投入使用2年以上，对运行中出现的一些问题进行分析，给出了以下空调方案建议，供设计参考。

（1）项目B作为改造项目，外墙自带保温，故未做改造，导致外墙出现结露，使冬季加湿量不够；另外工作台靠外墙，工作人员反应体感冷，建议三坐标室应尽量减少外墙或对外墙进行多层保温，提高外墙内表面温度。

（2）项目A使用初期，冬季工况下工作区域的温度无法达到设计要求，分析原因是吊顶较高（7.2m），现场安装的送风口是贴附射流的方形散流器，导致冬季热风吹不下来，更换为直片式散流器后即解决了该问题。项目B和项目C的吊顶也相对较高（分别为8.65m和7m），均采用旋流风口作为送风口，在不同工况下调节风口送风角度，使工作区域温度达到设计要求。建议当送风口较高时（空间温度梯度每米＜1℃），采用直片散流器或旋流风口作为送风口。

（3）项目E原设计为方形散流器送风，经模拟实验，无法满足空间温度梯度每米＜0.2℃的要求，后改为孔板送风，经模拟实验，能达到该精度要求，后按此方案施工，投入使用后环境温度湿度满足工艺要求。

4 结论

通过调研五个项目的高精度三坐标测量室，对其空调系统的冷热湿负荷及风量、气流组织、空气处理及冷热源方案、空调系统控制方案等进行研究，结合系统运行情况，得出以下方案建议，为此类精密空调系统优化设计提供参考。

（1）当三坐标测量室设有办公设备时，建议办公设备尽量设在房间的短边，以使回风口布置在长边近地面处，使整个测量室的空气流速和温度分布更均匀。

（2）无论是新建还是改造项目，建议三坐标测量室应尽量减少外墙，若有外墙宜对外墙进行多层保温，提高外墙内表面温度，防止结露及保证空调区域的温度梯度。

（3）当送风口较高时，建议采用直片散流器或旋流风口作为送风口，使热风能够送至工作区，保证冬季温度梯度的要求。

（4）当空间温度梯度要求较高时（如项目E要求每米＜0.2℃），建议采用孔板送风。

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Study on Air Conditioning System for High Precision CMM Room

Ge Haixia

( Beijing Industrial Designing & Researching Institute Co., Ltd, Beijing, 100055 )

There is a high requirement for air conditioning environment in High Precision CMM room. The design of air conditioning system has certain complexity and particularity. By researching the air conditioning system in five projects, the characteristics of air conditioning system in CMM room are summarized, the proposal of air conditioning system in three coordinate measuring room is proposed. The reference is provided for the optimization design of this kind of precision air conditioning system.

CMM room; air conditioning system; scheme design

TU831

A

葛海霞（1985.10-），女，硕士，工程师，E-mail：gehaixia2015@126.com

2017-11-01

1671-6612（2018）05-528-06