步入式高低溫濕熱試驗箱系統(tǒng)組成及工作原理

　　本文主要介紹了步入式高低溫濕熱試驗箱的實現(xiàn)方法，對其原理進行了較為細致的闡述。并對其主要組成部分進行了介紹。該試驗箱為公路車輛和集裝箱等大型設(shè)備安全有效地進行各類氣候環(huán)境試驗提供保障。

　　前言

　　目前，各型公路車輛和集裝箱等大型設(shè)備均有進行各種熱工性能試驗及環(huán)境氣候條件試驗的需求。故需建造一臺步入式高低溫濕熱試驗箱。該試驗箱主要試驗項目如：客車的空調(diào)性能、采暖性能、隔熱性能和氣密性能；保溫車的降溫性能、加熱性能、氣密性能；冷藏集裝箱、冷藏汽車和特種運輸車輛的降溫性能、加熱性能、空調(diào)性能、隔熱性能和氣密性能等，也可承擔其他大型機械、電氣設(shè)備的各種氣候環(huán)境試驗等。

　　步入式高低溫濕熱試驗箱系統(tǒng)組成及工作原理

　　步入式高低溫濕熱試驗箱系統(tǒng)組成：步入式高低溫濕熱試驗箱主要由以下六部分組成（現(xiàn)場及集中監(jiān)控系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水處理分系統(tǒng)、制冷除濕系統(tǒng)、空氣循環(huán)及加熱加濕系統(tǒng)、保溫試驗箱體、安全保護系統(tǒng)）。其組成框圖如圖1所示。

　　圖1步入式高低溫濕熱試驗箱組成框圖

　　步入式高低溫濕熱試驗箱系統(tǒng)工作原理：

　　低溫設(shè)備工作時，蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑在空氣處理室內(nèi)蒸發(fā)吸收熱量，使空氣的溫度降低。可編程智能控制儀控制冷輸出及加熱系統(tǒng)的熱量輸出，對系統(tǒng)進行冷量恒溫控制及熱補償恒溫控制。恒溫空氣經(jīng)離心風機變頻調(diào)整風速，然后由送風口送入保溫試驗箱內(nèi)，在箱內(nèi)進行熱量交換。熱交換后的空氣從回風口進入空氣處理室，在蒸發(fā)器、加熱器處進行熱量交換，再進入下一個循環(huán)。

　　高溫設(shè)備工作時，可編程智能控制儀控制加熱系統(tǒng)的熱量輸出，對系統(tǒng)進行熱補償恒溫控制。達到溫度要求的空氣經(jīng)離心風機變頻調(diào)整風速，然后經(jīng)孔板送風口送入保溫試驗箱內(nèi)，在箱內(nèi)進行熱量交換。熱交換后的空氣從回風道進入空氣處理室，在加熱器處進行熱量交換，再進入下一個循環(huán)。

　　濕熱設(shè)備工作時，可編程智能控制儀控制加熱系統(tǒng)的熱量輸出，加濕系統(tǒng)的加濕量輸出，除濕系統(tǒng)的冷量輸出，對系統(tǒng)進行熱/濕補償恒溫/恒濕控制。從工作室回流的空氣在空氣處理室的除濕表冷器處進行溫濕度調(diào)節(jié)后，在加熱器、加濕器處進行熱/濕補償。達到溫、濕度要求的空氣經(jīng)離心風機變頻調(diào)整風速，然后經(jīng)送風口送人試驗箱內(nèi)，在箱內(nèi)進行熱量/濕量交換。熱/濕交換后的空氣從回風道進入空氣處理室，在加熱器、除濕表冷器、加濕器處進行熱濕量交換，再進入下一個循環(huán)。

　　現(xiàn)場控制分系統(tǒng)

　　溫濕度測量：P100+進口靜電容量控制式溫濕度傳感器。

　　控制裝置：本試驗箱溫濕度控制采用SDEI-CP200分布控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制采用10.4寸液晶電腦作為集中控制主機，通過RS485總線與三個分區(qū)的本地控制器(3組)連接，采用RS485進行數(shù)據(jù)交換。各分區(qū)本地控制器采用可編程邏輯控制器，采用自動化化控制系統(tǒng)，可自動對制冷、加熱等模塊調(diào)配，保證在整個試驗過程中溫度、濕度控制在±2℃范圍內(nèi)可達到節(jié)能、降低噪聲等目的。檢測裝置可對進行報警，并提供詳細的故障顯示，并記錄產(chǎn)生和解除時間。超大內(nèi)存，控制器提供大于1個月的歷史數(shù)據(jù)記錄空間。

　　控制系統(tǒng)配置計算機通訊接口及計算機輔助控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及遠程監(jiān)控功能。可實現(xiàn)遠程計算機機控制和本地觸摸屏同時監(jiān)控，由此提高試驗箱的可靠性。

　　通訊接口：通訊接口實現(xiàn)控制儀和監(jiān)控系統(tǒng)的連接，保證了數(shù)據(jù)的實時傳輸，實現(xiàn)集中監(jiān)控。控制系統(tǒng)的控制信號可集成到實驗室控制系統(tǒng)中，通訊協(xié)議和控制電路可與實驗室控制系統(tǒng)配合。

　　數(shù)據(jù)記錄方式：采用USB接口形式，插入U盤或移動硬盤儲存。并可通過計算機通訊接口在遠程通過專用軟件處理成可用Office軟件處理的數(shù)據(jù)格式，用Office軟件打印出所需的試驗趨勢圖和報數(shù)據(jù)表。

　　運行方式：程序運行，恒定運行，定時開停機。

　　變頻器：通過控制離心風機的轉(zhuǎn)速來改變循環(huán)空氣的流動速度。

　　制冷除濕系統(tǒng)

　　除濕方法采用制冷冷凝法，制冷冷凝法之基本原理是將制冷系統(tǒng)的除濕器的表面溫度控制在循環(huán)空氣的露點溫度以下，從而使通過其間的冷卻空氣低于露點溫度而析出所含水蒸氣以達到除濕之目的。

　　制冷冷凝法除濕采用多套25HP壓縮機所組所組成的單級氟利昂制冷系統(tǒng)。其中每一套除濕機組組成一組系統(tǒng)為一段獨立的試驗箱提供除濕。除濕主要靠制冷除濕完成，根據(jù)不同溫度下不同濕度工況選擇除濕蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)器溫度的控制采用蒸發(fā)溫度控制器實現(xiàn)，設(shè)計中采用了三套控制器，它們的蒸發(fā)溫度分別是20℃C.5℃，0℃。如何啟動不同的蒸發(fā)溫度控制器是由控制系統(tǒng)根據(jù)試驗要求溫濕度工況自動選擇。除濕蒸發(fā)器采用大片距鋁翅片結(jié)構(gòu)減少結(jié)霜對除濕效果的影響。

　　冷卻方式：套管式水冷冷凝器(低壓循環(huán))、板式雙級聯(lián)式蒸發(fā)冷凝器(高壓循環(huán))。

　　空氣循環(huán)加熱加濕系統(tǒng)

　　空氣溫度控制方式：強制循環(huán)通風，平衡調(diào)溫法(BTHC)。此方法為試驗箱常用控溫方式。該方法旨在壓縮機連續(xù)工作的情況下，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定之溫度點通過PID自動運算輸出的結(jié)果去控制加熱器的輸出量，最終達到試驗箱內(nèi)動態(tài)平衡。

　　空氣循環(huán)裝置：氣調(diào)式，內(nèi)置式空氣循環(huán)裝置，采用變風量全空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)(VAV)，該系統(tǒng)可以根據(jù)工作負荷的變化及室內(nèi)參數(shù)的變化，自動調(diào)節(jié)循環(huán)空氣的循環(huán)風量，以滿足室內(nèi)工況要求。

　　內(nèi)置空氣處理循環(huán)裝置是完成空氣調(diào)溫的場所，滿足蒸發(fā)器、加熱器、離心風機及風道的裝配要求，由標準保溫庫板組合、裝配而成，內(nèi)部保溫材料采用耐高溫的硬質(zhì)聚氨脂泡沫。內(nèi)置空氣處理循環(huán)裝置由內(nèi)置空氣處理室、制冷機組蒸發(fā)器、除濕器、電加熱器、加濕分配器、離心風機及循環(huán)風道組成。

　　空氣冷卻方式：多級膜片式空氣熱交換器。

　　空氣加熱方式：電加熱器，加熱采用主加熱器+輔助加熱器，無觸點控制方式(SSR)。

　　空氣加濕方式：電熱蒸汽加濕。

　　外置電熱蒸汽加濕方式：采用外置電熱式蒸汽加濕器加濕。加濕器采用電阻加熱原理，由于試驗箱體積較大，加濕量也較大，使用純凈水或去離子水成本較高，且無法避免形成水垢。需要選擇對水質(zhì)沒有特殊要求的加濕器，可直接使用自來水供水。該類加濕器能確保水中礦物質(zhì)在蒸發(fā)過程中生成的水垢自動收集在水垢收集器中，清洗后收集器可重復(fù)使用，不影響加濕器的加濕能力，可防止水垢對加濕水路和加熱棒的影響。加濕器內(nèi)置恒溫系統(tǒng)確保加濕器在開/關(guān)調(diào)節(jié)過程中迅速達到所需的加濕量，且加濕量在0%R.H-100%R.H范圍內(nèi)可精確的線性控制。

　　步入式高低溫濕熱試驗箱效果圖：（由廣州精秀熱工設(shè)備有限公司生產(chǎn)制造的部分步入式高低溫濕熱試驗箱案例）