浅谈新风系统在环境风洞试验室中的应用

梁婷 郭瑞庭 王磊

摘 要：在环境风洞试验室中，新风系统是净化试验舱内空气，补充新鲜干燥的空气以及维持试验舱内湿度稳定的必要系统。该文主要介绍了在某环境风洞试验室中新风系统的设计和应用，着重从该新风系统的除湿原理、主要工作部件、工作过程以及控制系统等方面进行阐述。

关键词：新风系统；环境风洞试验室；控制系统

中图分类号：TU831 文献标志码：A

0 前言

环境风洞试验室是在室内条件下，利用人工方法模拟汽车行驶时的自然环境，包括温度、湿度、日照模拟、气流和道路负载等。在环境风洞试验室中， 新风系统一方面通过除湿和加湿系统的相互配合实现了对湿度的控制和调节，另一方面为环境舱补充新鲜空气，以平衡试验中尾气排放系统形成的负压。当底盘测功室空气过于浑浊时，还可以通过开启新风系统的旁通阀门进行净化通风。

1 新风系统除湿原理

由新风系统产生的干燥空气，经过再热处理后通过送风管道进入环境舱内，空气中的水蒸气含量逐渐减小，相对湿度也越来越小，可以达到环境舱除湿目的。

2 新风系统主要组成部件及工作过程

2.1 新风系统主要部件

新风系统主要部件由转筒除湿机、补风风机、过滤器、电控柜、电加热器、压力传感器、控制面板、风管等构成（图1为新风系统主要部件图解），其中转筒除湿机是新风系统构成的核心部分，它对新风系统除湿功能起決定性作用。

转筒除湿机的转子由特殊复合材料制成，可以有效吸收和锁住空气中的水分子，并且可以达到长期使用的要求：当转子正向旋转时空气中的水分会被转筒内的特殊吸水材料大量吸收，反之除湿机中的水分子则在离心作用下被热空气带走。

①排气管；②压力传感器（1 Pa～1000 Pa）；③补风抽风风扇④控制系统显示屏；⑤旁通风管；⑥右排气管；⑦加热器；⑧电控板；⑨转筒驱动电机；⑩转筒除湿机；左排气管；安全阀（20 Pa～300 Pa）；旁通门盖板；压力传感器（0 Pa～5000 Pa）；补风进风口过滤器；排湿风扇；集水板；风扇接合器；排湿进风口过滤器；排湿进风口加热器 。

2.2 新风系统的工作过程

新风系统工作过程如图2所示，环境舱外部空气分为两路进入新风系统，一部分空气由补风进风口经过高密度海绵滤芯过滤器的净化，和制冷机组的蒸发器冷却减湿处理，其焓值、温度及含湿量均降低，之后被补风抽风风扇吸入缓慢转动的除湿转筒，经过进一步的干燥，再由电加热器的等湿加热处理后进入环境舱；另一部分空气则由排湿进风口经过高密度海绵滤芯过滤器净化后，经过排湿进风口加热器的升温加湿处理，空气的焓值、温度及含湿量均升高，由排湿风扇将热湿空气反向抽出除湿转筒，热湿空气将转筒中吸收的水分子带走，并通过排气口排出试验室外。根据除湿转筒的特性，两路空气在除湿转筒中同时作用使转筒中的水量达到平衡，确保新风系统能持续不断地工作，即使是在低温条件下也能提供新鲜的干燥空气。

3 新风系统的控制系统

3.1 新风系统控制模式

该新风系统有手动操作和远程自动操作2种模式，在手动操作模式下，操作员可直接通过控制器显示屏对抽风风机、加热器、转筒除湿机、冷冻机机组等新风系统设备的手动启停，一旦设备出现故障或不安全行为，操作员可随时手动停机，以此确保现场重要设备的安全性。当新凤系统控制柜切换到远程自动操作模式时， 操作员可在FCS（即Facility Control System）系统界面设置新风系统设备的启停和阀门的开度，PLC中的CPU接收到指令进行分析处理，自动实现设备的启停控制，同时通过将新风系统设备上的压力传感器、温度传感器等收集到的信号反馈至FCS系统，实现操作人员对设备的远程实时监控。

FCS软件控制系统具有较强的互可操作性和互用性，它将环境风洞系统中的各子系统集成在一起，便于用户远程操控和监控各系统运行，而可编程控制器（PLC）具有可靠性高、抗干扰能力强、维护量小、与计算机联网通信方便等特点，不仅能实现复杂的逻辑控制， 而且还能完成各种闭环控制。该环境风洞试验室通过FCS软件控制系统与PLC技术相结合，有效提高了整个控制系统的可靠性和稳定性，同时增加了用户对于控制精度的要求。而试验室的新风系统中的PLC电控柜采用的是LS PLC产品中的XGT系列单片机，具有以下特点：1）多点I/O控制，适用于中小型控制系统；2）支持浮点数运算，适用领域广泛；3）紧凑的尺寸，便于安装和集成；4）可扩展性强，寄存器和注释备份维护能力增加，极大提高用户的便利性；5）内置多个通信通道（包括编程口），也可连接多个模拟量模块，内置串行通信口可通过以太网或CNET，快速与上下位机进行通信。整个新风系统的硬件设备如图3所示。

3.2 新风系统主控电路

该新风系统的主控电路主要分为6个部分，如图4所示，分别为控制补风风扇电机、排湿风扇电机、1#冷冻机和2#冷冻机/电加热器及新风系统控制柜。当PLC中的CPU发出启动命令时，补风风扇电机、排湿风扇电机开始工作，新风系统的直通阀门根据接收到的FCS界面设置的开度信号确定阀门的位置，电加热器的控制柜根据试验温度和补风温度决定电加热器的功率输出，当位于补风进风口处的蒸发器传感器温度高于8 ℃时，2#冷冻机先开始工作，而当蒸发器传感器温度低于8 ℃而高于6 ℃时，1#冷动机随之启动。当PLC中的CPU发出停止命令时，各电路触点开关依次断开，新风系统停止工作。

4 结论

随着PLC技术的日益成熟，更多的计算机、工业控制技术及控制算法被引入环境风洞试验系统当中，大大增强了控制系统的可靠性与稳定性。新风系统作为环境风洞系统中的重要子系统之一，该文通过简单介绍某环境风洞试验室中的新风系统的设计和设备组成，希望为其他试验室新风系统的设计提供参考和借鉴。

参考文献

[1]机械工程手册.机械工程手册 第6篇 热工学（试用本）[M].北京：机械工业出版社，1978.

[2]李峰，张开平.基于PLC的低温环境试验室控制系统[J].自动化仪表，2006，27（9）：54-56.