精密机械加工车间超高精度空调设计的探讨
2022-06-09
【摘 要】 机械工业各行业在生产过程中为保证产品质量和精度，对生产环境的温度、相对湿度和洁净度等参数提出不同的要求，恒温空调是最常见的一种。本文对精密机械加工车间超高精度空调设计进行探讨，具有一定的参考价值。
【关键词】 精密机械 加工车间 超高精度 恒温空调
1 恒温的要求
1.1 恒温的分类
按允许室温波动值（恒温精度）分类：
（1）一般精度恒温室≥±1℃。
（2）高精度恒温室≤±0.5℃，≥±0.1℃；通常精度控制在±0.2～0.3℃。
（3）超高精度恒温室<±0.1℃。
在机械行业中，大多为一般精度恒温室，其面积数十至数百平方米不等，也有达数千平方米的；高精度恒温室相对较少，仅限于高等级的计量和加工，面积也较少，超高精度恒温室更少，且仅限于很小的范围，面积一般在几十平方左右，如标志功能区。
1.2 温度基数与精度
恒温室的温度基数与精度，取决于计量级别、加工与装配的精度。室温偏离和允许波动范围，直接影响检测和加工精度。韩国BUPE（Billionth Uncertainty Precision Engineering）研究表明：当温度变化1℃的时候，由于系统的机械热变形所引起的相对不确定度的误差就可以达到10-5m。此外，温度的不稳定会导致空气折射率的变化，从而使外差式双频激光干涉仪的额外误差达到10-6m。
（1）温度基数：指生产工艺要求环境的基准温度。国际长度计量基准温度为20℃，一般以此为温度基数。
（2）温度精度：指恒湿区域内空气温度在要求的持续时间内允许波动的辐度（即偏离温度基数的最大波辐）。温度精度包含以下内容：①动态偏差：短时间内室温偏离基数的波辐。动态偏差是由各种扰动引起的，如送风温度波动、围护物不稳定传热、生产设备启闭和负荷变化以及人员流动和逗留引起的扰动等等；②静态偏差：室温变化平均值长期偏离基数值，静态偏差是自控仪表示值偏离设定值造成的，与仪表的精度等级与制造质量有关；③区域温差：恒温室控制点温度与恒温区域内其他地点温度的差值。区域温差是由恒温室发热量不均匀、不良的气流组织、新风量不均匀以及送风射流未充分衰减等原因造成的。
2 恒温室设计参数
恒温室温、湿度设计参数，由生产工艺提供。
精密加工：如精密机床的线纹尺刻制20±0.1℃；光栅刻线，视每毫米刻制线条多少20±0.1～0.01℃。
机工工业恒温室的相对湿度，一般要求在50-65%之间，但不大于70%，以免设备和工件锈蚀。对于高等级的计量室，为了保护精密检测仪器仪表，相对湿度取50-60%，一般不低于50%。
3 恒温室建筑热工要求
由于太阳辐射是以电磁波形式传递热量的，这一热量的传递不为空气所吸收（空气为透明体），而为固体表面吸收后提高自身的温度。阳光投射在设备上或围护物内表面上获得的热量，难以由送风气流来消除，致使设备产生变形或加大恒温区域温差。 恒温室夏季室内外温差大，如用热惰性小的轻质围护结构，一旦空调系统停机（恒温室很少三班制工作），室温将迅速回升。由于设备热惰性很大，升温缓慢。在室内外空气水蒸汽压力差的作用下，不断向室内传湿，使室内相对湿度迅速增加。潮湿的空气在设备冷表面上结露，造成设备锈蚀和仪器仪表损坏。 在确定恒温室围护结构热工性能时，须引起足够的重视，应考虑使用热阻大的隔热材料。
围护结构可采用嵌套形式。外围缓冲区建议采用100mm岩棉彩钢复合保温板，温度精度比内区精度低一到二个等级，基准值与内区一致；内区核心区采用50mm岩棉彩钢复合保温板，通过缓冲区减少内区受外界干扰的影响程度。
【关键词】 精密机械 加工车间 超高精度 恒温空调
1 恒温的要求
1.1 恒温的分类
按允许室温波动值（恒温精度）分类：
（1）一般精度恒温室≥±1℃。
（2）高精度恒温室≤±0.5℃，≥±0.1℃；通常精度控制在±0.2～0.3℃。
（3）超高精度恒温室<±0.1℃。
在机械行业中，大多为一般精度恒温室，其面积数十至数百平方米不等，也有达数千平方米的；高精度恒温室相对较少，仅限于高等级的计量和加工，面积也较少，超高精度恒温室更少，且仅限于很小的范围，面积一般在几十平方左右，如标志功能区。
1.2 温度基数与精度
恒温室的温度基数与精度，取决于计量级别、加工与装配的精度。室温偏离和允许波动范围，直接影响检测和加工精度。韩国BUPE（Billionth Uncertainty Precision Engineering）研究表明：当温度变化1℃的时候，由于系统的机械热变形所引起的相对不确定度的误差就可以达到10-5m。此外，温度的不稳定会导致空气折射率的变化，从而使外差式双频激光干涉仪的额外误差达到10-6m。
（1）温度基数：指生产工艺要求环境的基准温度。国际长度计量基准温度为20℃，一般以此为温度基数。
（2）温度精度：指恒湿区域内空气温度在要求的持续时间内允许波动的辐度（即偏离温度基数的最大波辐）。温度精度包含以下内容：①动态偏差：短时间内室温偏离基数的波辐。动态偏差是由各种扰动引起的，如送风温度波动、围护物不稳定传热、生产设备启闭和负荷变化以及人员流动和逗留引起的扰动等等；②静态偏差：室温变化平均值长期偏离基数值，静态偏差是自控仪表示值偏离设定值造成的，与仪表的精度等级与制造质量有关；③区域温差：恒温室控制点温度与恒温区域内其他地点温度的差值。区域温差是由恒温室发热量不均匀、不良的气流组织、新风量不均匀以及送风射流未充分衰减等原因造成的。
2 恒温室设计参数
恒温室温、湿度设计参数，由生产工艺提供。
精密加工：如精密机床的线纹尺刻制20±0.1℃；光栅刻线，视每毫米刻制线条多少20±0.1～0.01℃。
机工工业恒温室的相对湿度，一般要求在50-65%之间，但不大于70%，以免设备和工件锈蚀。对于高等级的计量室，为了保护精密检测仪器仪表，相对湿度取50-60%，一般不低于50%。
3 恒温室建筑热工要求
由于太阳辐射是以电磁波形式传递热量的，这一热量的传递不为空气所吸收（空气为透明体），而为固体表面吸收后提高自身的温度。阳光投射在设备上或围护物内表面上获得的热量，难以由送风气流来消除，致使设备产生变形或加大恒温区域温差。 恒温室夏季室内外温差大，如用热惰性小的轻质围护结构，一旦空调系统停机（恒温室很少三班制工作），室温将迅速回升。由于设备热惰性很大，升温缓慢。在室内外空气水蒸汽压力差的作用下，不断向室内传湿，使室内相对湿度迅速增加。潮湿的空气在设备冷表面上结露，造成设备锈蚀和仪器仪表损坏。 在确定恒温室围护结构热工性能时，须引起足够的重视，应考虑使用热阻大的隔热材料。
围护结构可采用嵌套形式。外围缓冲区建议采用100mm岩棉彩钢复合保温板，温度精度比内区精度低一到二个等级，基准值与内区一致；内区核心区采用50mm岩棉彩钢复合保温板，通过缓冲区减少内区受外界干扰的影响程度。