福州某檔案庫恒溫恒濕空調(diào)設(shè)計

陳錦華　林河源　吳曉紅

摘要：介紹了檔案庫房特點(diǎn)，詳細(xì)分析溶液調(diào)濕型溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)及自帶冷源的風(fēng)冷型恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)，并提出在檔案庫應(yīng)用的可行性。分析比較兩種空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)、初投資、運(yùn)行費(fèi)用及經(jīng)濟(jì)性綜合比較等內(nèi)容。給出實(shí)現(xiàn)檔案庫恒溫恒濕環(huán)境設(shè)計的建議。

關(guān)鍵詞：檔案庫；溶液調(diào)濕空調(diào)；風(fēng)冷型恒溫恒濕空調(diào)；經(jīng)濟(jì)性綜合比較

檔案庫作為檔案館的核心區(qū)域，其庫存包括書畫、重要?dú)v史資料等對溫濕度要求較高的檔案。為此，要求檔案庫的室內(nèi)環(huán)境要滿足一定的要求，其由檔案庫房、技術(shù)用房、辦公室、計算機(jī)房、展覽廳等功能區(qū)組成，檔案庫房與其他功能區(qū)相對獨(dú)立。本文主要介紹檔案庫恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計。

一、檔案庫房的特點(diǎn)

檔案庫包括紙質(zhì)檔案庫、音像檔案庫、光盤庫、縮微拷貝片庫、母片庫、特藏庫、實(shí)物檔案庫、圖書資料庫、其他特殊載體檔案庫等[1]。

1.室內(nèi)設(shè)計參數(shù)不同

檔案庫房的工藝性空調(diào)系統(tǒng)不同于其它舒適性空調(diào)系統(tǒng)，其控制的溫濕度指標(biāo)要求較高，具體參數(shù)如下表1[1]。

2.空調(diào)工作工況不同

2.1必須保證有必要的新風(fēng)量。檔案庫主要功能為貯藏，室內(nèi)人數(shù)較少，新風(fēng)主要是為滿足工作人員健康衛(wèi)生要求及維持庫房內(nèi)正壓，防止庫房外空氣滲入庫房內(nèi)，換氣量按換氣次數(shù)為1次/h計算。

2.2庫房圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量小，而且室內(nèi)人員數(shù)量很少，冷熱負(fù)荷變化小。但福州為沿海地區(qū)，空氣濕度大且除濕時間長，所以控制濕度是關(guān)鍵。

2.3為保證檔案不發(fā)霉腐爛，室內(nèi)有恒溫恒濕要求。

2.4庫房空調(diào)要求全天24小時不停機(jī)運(yùn)行，是典型的耗能場所，運(yùn)行費(fèi)用較高。

二、空調(diào)系統(tǒng)方案選擇

檔案庫房一般按類別分層設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，主要有溶液調(diào)濕溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)、自帶冷源的風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)及水冷恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)三種方案可供選擇。

1.溶液調(diào)濕溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)是由處理顯熱的系統(tǒng)與處理潛熱的系統(tǒng)組成，兩個系統(tǒng)分別獨(dú)立調(diào)節(jié)控制室內(nèi)的溫度與濕度，從而實(shí)現(xiàn)溫濕度雙參數(shù)的控制目標(biāo)。新風(fēng)的處理是溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前對新風(fēng)除濕方法大致分為：低溫露點(diǎn)除濕、膜除濕、加壓冷卻除濕和吸濕劑除濕，其中吸濕劑除濕可分為固體吸附除濕和液體吸收除濕兩種，鑒于溶液除濕具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源及人體舒適等優(yōu)點(diǎn)[2]，本文重點(diǎn)介紹溶液調(diào)濕技術(shù)。

1.1溶液調(diào)濕技術(shù)

溶液調(diào)濕技術(shù)，即采用具有調(diào)濕功能的鹽溶液為工作介質(zhì)，利用不同濃度的溶液的吸濕與放濕特性實(shí)現(xiàn)對空氣的除濕與加濕處理過程。由于被處理空氣的水蒸汽分壓力與除濕溶液的表面蒸汽壓之間的壓差是水分由空氣向除濕溶液傳遞的驅(qū)動力，因而在相同的處理條件下，除濕溶液表面蒸汽壓越低，其除濕能力越強(qiáng)。溶液加濕過程則相反。

1.2溶液調(diào)濕空調(diào)系統(tǒng)形式

由于紙質(zhì)檔案庫對溫濕度控制精度不高，當(dāng)室外干球溫度在14℃與24℃之間時不需要開啟風(fēng)冷熱泵進(jìn)行冷卻加熱空氣；而對于母片庫對溫濕度控制精度高，需全年開啟風(fēng)冷熱泵進(jìn)行冷卻加熱空氣。考慮到福州室外干球溫度在14℃與24℃之間的時間段占全年的比例為41%。因此母片庫及紙質(zhì)檔案庫的冷熱源分開。

1.2.1紙質(zhì)檔案庫

紙質(zhì)檔案庫采用熱泵式溶液全空氣機(jī)組（HVA-I），空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用形式：室內(nèi)回風(fēng)與室外新風(fēng)混合后，先利用外界提供的冷水或熱水對空氣進(jìn)行預(yù)冷預(yù)熱處理，再進(jìn)入溶液調(diào)濕單元，利用溶液逐級降溫除濕達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，送入室內(nèi)。

1.2.2母片庫

如果母片庫的控制溫度為14℃，相對濕度為40%，其露點(diǎn)溫度為1.3℃，根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50736-2012規(guī)范要求，出風(fēng)溫度與冷媒的進(jìn)口溫度至少3.5℃溫差，則蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度至少為-2.2℃。由于引入了新風(fēng)，含有大量的濕負(fù)荷，會在蒸發(fā)器的盤管表面上結(jié)霜，此時需要融霜又要調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度，勢必會給系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利的影響。如果系統(tǒng)增加轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，既可把恒溫恒濕機(jī)的蒸發(fā)溫度提高到0℃以上，使之不產(chǎn)生結(jié)霜問題，又可承擔(dān)除濕任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕機(jī)控制室內(nèi)溫度而轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)控制室內(nèi)濕度的目標(biāo)，新風(fēng)與庫房回風(fēng)一次混合后先經(jīng)新風(fēng)機(jī)組預(yù)冷，再經(jīng)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行除濕，再二次混合后經(jīng)低溫恒溫恒濕機(jī)組等濕降溫后送入庫房，冬季同樣依靠室內(nèi)機(jī)組本身的電加熱系統(tǒng)對室內(nèi)空氣進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié)。

1.3溶液調(diào)濕空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)控制

1.3.1福州室外干球溫度在14℃與24℃之間的時間段占全年的比例為41%，對于紙質(zhì)檔案庫（溫濕度控制精度不高），有41%時間無需開啟風(fēng)冷熱泵進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，只需開啟自帶熱泵循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行濕度控制，從而大幅度降低能耗；當(dāng)室外干球溫度小于14℃及絕對含濕量小于4.5g/Kg時，可通過調(diào)節(jié)溶液濃度，利用溶液噴淋的方式實(shí)現(xiàn)對空氣的加濕，同時開啟風(fēng)冷熱泵進(jìn)行溫度控制，避免了設(shè)置電加熱系統(tǒng)及電加濕系統(tǒng)，從而降低了能耗；當(dāng)室外干球溫度大于24℃時開啟風(fēng)冷熱泵及自帶熱泵循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行溫濕度獨(dú)立控制。

1.3.2對于母片庫（溫濕度控制精度高），全年需開啟風(fēng)冷熱泵、自帶熱泵循環(huán)系統(tǒng)及電加熱系統(tǒng)進(jìn)行溫濕度獨(dú)立控制，避免了設(shè)置轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行濕度控制，從而大幅度降低能耗。

2.自帶冷源的風(fēng)冷型恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)

風(fēng)冷恒溫恒濕空調(diào)利用直接蒸發(fā)的制冷循環(huán)系統(tǒng)，把空氣處理到露點(diǎn)溫度以下，讓空氣中多余的水分冷凝在蒸發(fā)器的翅片上再通過冷凝水管排走；冬季，恒溫恒濕機(jī)組的室外機(jī)停止運(yùn)行，庫房內(nèi)溫濕度的保證依靠室內(nèi)機(jī)的電加熱器及電加濕器實(shí)現(xiàn)。

2.1紙質(zhì)檔案庫

鑒于紙質(zhì)檔案庫的溫濕度控制精度不高、福州室外干球溫度在14℃與24℃之間的時間段占全年的比例為41%及絕對含濕量大于11.4g/Kg的時間段占全年的比例為53%，其空調(diào)系統(tǒng)可由恒溫恒濕機(jī)組與調(diào)溫型除濕機(jī)組組成，恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組配置冷凍除濕降溫、電極加濕、輔助電加熱等溫濕度處理單元，可實(shí)現(xiàn)溫濕度控制，在過渡季節(jié)，庫房在滿足溫度的條件下，主要保證濕度的要求（需要除濕的時間占全年的53%），此時開啟調(diào)溫型除濕機(jī)進(jìn)行濕度控制。除濕機(jī)與恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組并聯(lián)，共用通風(fēng)管道，不同季節(jié)通過閥門轉(zhuǎn)換運(yùn)行。

2.2母片庫

如果母片庫的控制溫度為14℃，相對濕度為40%，其露點(diǎn)溫度為1.3℃，根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50736-2012規(guī)范要求，出風(fēng)溫度與冷媒的進(jìn)口溫度至少3.5℃溫差，則蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度至少為-2.2℃。由于引入了新風(fēng)，含有大量的濕負(fù)荷，會在蒸發(fā)器的盤管表面上結(jié)霜，此時需要融霜又要調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度，勢必會給系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利的影響。如果系統(tǒng)增加轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，既可把恒溫恒濕機(jī)的蒸發(fā)溫度提高到0℃以上，使之不產(chǎn)生結(jié)霜問題，又可承擔(dān)除濕任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕機(jī)控制室內(nèi)溫度而轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)控制室內(nèi)濕度的目標(biāo)，其空氣處理流程：新風(fēng)與庫房回風(fēng)一次混合后先經(jīng)新風(fēng)機(jī)組預(yù)冷，再經(jīng)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行除濕，再二次混合后經(jīng)低溫恒溫恒濕機(jī)組等濕降溫后送入庫房，冬季同樣依靠室內(nèi)機(jī)組本身的電加熱系統(tǒng)對室內(nèi)空氣進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié)。

三、空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

經(jīng)過以上分析，采用溶液調(diào)濕型溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)及自帶冷源的風(fēng)冷型恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)均能滿足檔案庫的工藝性要求?，F(xiàn)對兩種方案在技術(shù)特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行綜合比較。

1.技術(shù)特點(diǎn)比較

溶液調(diào)濕型溫濕度獨(dú)立控制：

（1）溫濕度獨(dú)立控制，控制效果明顯，但初投資較高。

（2）溶液除濕具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源及人體舒適等優(yōu)點(diǎn)。

（3）機(jī)組整體性強(qiáng)，工廠調(diào)試合格后出廠，無需在現(xiàn)場安裝空調(diào)的制冷系統(tǒng)，保證空調(diào)系統(tǒng)整體質(zhì)量。

（4）由于空調(diào)系統(tǒng)在一套機(jī)組內(nèi)，壓縮機(jī)與冷凝器間的距離短，能耗少。

（5）通過風(fēng)冷熱泵提供熱源進(jìn)行加熱較電加熱效率高。

（6）空調(diào)系統(tǒng)配帶風(fēng)冷熱泵，需占用屋面的面積及水管道井。

風(fēng)冷低溫恒濕恒濕空調(diào)+轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組：

（1）配帶電加熱能耗大，系統(tǒng)能耗較高。

（2）為控制溫濕度精度，存在冷熱抵消現(xiàn)象。

（3）由于多個室外機(jī)，需占用較多屋面的面積及管道井。

（4）由于室內(nèi)外機(jī)間的高差較大及管路較長，系統(tǒng)能耗增加。

（5）轉(zhuǎn)輪除濕的尺寸一般較大，而且屬于運(yùn)動的部件，對材料有磨損，縮短使用壽命。

2.經(jīng)濟(jì)性比較

2.1運(yùn)行費(fèi)用分析比較

在比較空調(diào)系統(tǒng)能耗和運(yùn)行費(fèi)用時，首先要確定空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時間和負(fù)荷情況，根據(jù)福州氣候條件及建筑使用功能，設(shè)定比較前提如下（對于紙質(zhì)檔案庫各空調(diào)方案的各設(shè)備運(yùn)行時間由Dest模擬軟件分析得出）：

1）母片庫：兩種方案的空調(diào)全年運(yùn)行時間均為8760小時；

2）紙質(zhì)庫房：a.常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)：恒溫恒濕機(jī)全年運(yùn)行時間為5168小時，風(fēng)冷調(diào)溫型除濕機(jī)全年運(yùn)行時間為1637小時，電極加濕器全年運(yùn)行時間為438小時，電加熱全年運(yùn)行時間為1938小時；b.溶液調(diào)濕空調(diào)系統(tǒng)：風(fēng)冷熱泵及水泵全年運(yùn)行時間為5168小時，熱泵式溶液全空氣機(jī)組全年運(yùn)行時間為2075小時；

3）空調(diào)平均冷熱負(fù)荷按設(shè)計負(fù)荷的70%計，再熱率按120%計；

4）福州電價按0.81元/kWh計。

基于上述比較前提，兩種系統(tǒng)的全年運(yùn)行費(fèi)用比較結(jié)果如表2所示。溶液調(diào)濕空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用僅為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的83%，每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用24萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.2經(jīng)濟(jì)性綜合比較

空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性綜合比較如表3，溶液調(diào)濕空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用僅為常規(guī)系統(tǒng)的83%，每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用24萬元，考慮初投資增加約80萬元，靜態(tài)投資回收期為3.33年。

四、結(jié)論

1.鑒于減少設(shè)備噪聲對檔案庫的影響、避免冷凝水存在漏水隱患及日后設(shè)備檢修方便（檔案庫私密性強(qiáng)），溫濕度控制精度不高的紙質(zhì)檔案庫可以2-3個房間為一個空調(diào)系統(tǒng)，而溫濕度控制精度高的母片庫建議一個房間為一個空調(diào)系統(tǒng)，且每個空調(diào)系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置一個空調(diào)機(jī)房。

2.采用溶液調(diào)濕型溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)及自帶冷源的風(fēng)冷型恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)均能滿足檔案庫的工藝性要求。

3.不管采用哪種空調(diào)系統(tǒng)方案，均需對全年室外干球溫度、相對濕度等參數(shù)模擬分析，從而對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備配備及運(yùn)行控制轉(zhuǎn)換等內(nèi)容深入分析比較，尋求一種最佳方案。

4.甲方考察多個檔案庫并進(jìn)行分析比較、對溶液調(diào)濕型溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的新技術(shù)不了解及盡量控制初投資的情況下，最終選擇常規(guī)的自帶冷源的風(fēng)冷型恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家檔案局檔案科學(xué)技術(shù)研究所，主編.檔案館建筑設(shè)計規(guī)范JGJ 25-2010[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010，9-11

[2]劉曉華，江億等.溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006，121-125