高大建筑恒溫恒濕類空調工程的設計分析

魏鎖鵬

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅　蘭州　730000）

高大建筑恒溫恒濕類空調工程的設計分析

魏鎖鵬

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅蘭州730000）

隨著社會與經濟的快速發展，越來越多的高大建筑逐漸屹立在城市中間，人們對于生活質量的要求越來越高。因此，不僅促進了空調的普及，更對其恒溫恒濕的綜合性能提出了更高的要求。本論述通過對當前國內現存的恒溫恒濕類空調工程進行分析，以及闡述其國內外發展現狀，總結出傳統的恒溫恒濕類空調運作中所存在的問題，并結合我國已達到的技術水平，對高大建筑恒溫恒濕類空調工程提出了高效、節能的設計方案。

高大建筑；恒溫恒濕類空調；現存問題；優化設計

0　引言

自二十一世紀以來，在我國高大建筑建設的過程中，考慮到其空氣流通緩慢，空間較大，且為了采光窗戶一般較大，但是會使室內溫度偏高，空氣比較悶，因此，恒溫恒濕類空調工程的不斷優化是必不可少的。它作為一種工藝性暖通空調，主要是在控制室內溫度在區間內恒定的同時，還要保證室內濕度的變化范圍。尤其是在一些大型博物館或圖書館內，儲存的很多珍貴的展覽物品以及書籍對溫度、濕度均要求較高。

然而，高大建筑內的溫度調節取決于兩個方面［1］：一個是建筑環境的自身調節，例如調整室內布局、增加墻體壁厚以及部分采用保溫材料等；另一方面是空調工程的設計優化，對冷熱源、主機的配備容量、水系統的配備、新風系統等的參數化設計選擇來實現資源的節能。因此，在保證節能、高效的基本條件下，對恒溫恒濕類空調工程的進一步優化是勢在必行的。

1　恒溫恒濕類空調的發展現狀

隨著經濟與科技的發展，我國建筑設施以及人民的生活水平也都發生了變化。由于高大建筑的空間較大，氣流流動緩慢，導致溫度適宜的時期不能正常換氣，過冷或過熱的時期更需要空調來供暖供冷［2］。因此，不僅大多數城鎮或者農村都安裝了空調，很多高大建筑內也都安裝了恒溫恒濕類空調來調節室內的溫濕度。

空調調節的傳統方法是將回風與新風混合在一起，將溫度冷卻到露點溫度，再通過加熱來實現加濕、加熱或者降溫，溫度和濕度的調節是同時進行的，這樣的控制回路簡單，但是加濕加熱或冷卻共存，二次加熱與冷卻溫度抵消的能耗是非常大的。恒溫恒濕的嚴格要求也無疑會增加空調的能耗，而且，高大建筑本身空間大，而空調的溫濕度檢測器較少，不能及時反饋信息到總控制器，調節的滯后性就會導致資源浪費。有些工廠僅僅對空調的加工及工藝性進行改進是不夠的，甚至現在有些空調采用機械式除濕，凝聚的水成為了細菌滋生的良好載體。因此，這些缺陷都需要進行有效優化，從而真正做到高效節能。

2　傳統的恒溫恒濕空調存在的問題

2.1檢測反饋不合理，降低能源利用率

建筑物中大多數空調都是可以進行溫度和濕度的檢測來控制室內溫度濕度的恒定。但是由于高大建筑內空間較大，氣流流動以及檢測反饋都需要一定的時間，在沒有及時反饋信息的時候，空調會一直保持設定的工作狀態，容易造成資源的極大浪費。并且，室外空氣參數和室內情況也在不斷地波動，這給空調系統的快速檢測和及時調節增大了難度。

所以，在提高檢測器、傳感器靈敏度的同時，應在表冷器上設置獨立的溫濕度控制器，還要注重其分布的數量以及布局特點，保證空調的控制系統對溫度和濕度的檢測更加敏感和及時。因此，針對不同布局的高大建筑，空調應該具有調節不同風量、設定不同布局的傳感器等特點，既能減少空調能耗，又能增強空調的使用廣泛性。

2.2降低空氣質量

眾所周知，空氣能進行除濕和換氣，使室內保持一個最佳的環境，這也是空調備受歡迎的原因。一般高大建筑內，不論是圖書館，還是人流集中的商場或辦公室，都需要空調的這些作用。因為圖書易潮，尤其是對于很多珍藏版的書籍或是帶有簽名的書籍，長期處于潮濕的空氣中會加快書籍的損壞，損失會很大。這其中采取的是水冷凝的原理，因為水冷凝可以產生除濕的作用。然而，傳統的恒溫恒濕類空調大都采用機械除濕的方法來控制室內濕度的變化范圍，但是在除濕過程中產生的冷凝水容易滋生細菌，并給細菌的生長繁衍提供了一個良好的環境，無形之中降低了空氣質量［3］，危害人體的健康，這就在人們享受的同時也帶來了負面影響。所以，在進行水冷凝過程中，空調應該具有一個獨立的儲存裝置來處理冷凝水，也方便隨時對其消毒清理。

2.3定風量運行造成資源浪費

現如今，很多家庭或公共場所內用的空調都是普通空調，就是在響應命令開啟以后，空調就開始以一定風量開始運行，而這個風量一般是空調出廠時設定的，僅僅靠打開和關閉來控制空調以維持適當的溫度和濕度。但是，一年四季的溫差以及濕度差較大，應該具體問題具體對待。倘若只是采用定風量的恒溫恒濕類空調進行室內調節，便會做很多無用功。尤其是在一些季節的過渡時期，例如春夏之間或者秋冬之間，白天溫度適宜，只需要適當調節溫濕度以及換新風，不需要采取大功率、大風量來進行運作，那樣只會導致資源的浪費［4］。因此，需要通過分析當前的溫度和濕度與設定的溫濕度的差值大小，從而控制系統對空調進行變風量控制，使其滿足要求。

3　恒溫恒濕類空調工程的優化設計

3.1合理布置溫濕度檢測器

由于高大建筑內空間較大以及障礙物的阻擋，氣流流通十分緩慢。如果溫濕度檢測器分布不合理，就不能及時將室內各處的溫濕度信息及時反饋給主控制路，從而導致控制的不及時和資源的浪費。因此，在對此類空調工程進行設計時，必須根據建筑的布局來增加或減少外部檢測器，一般會選在空調安裝的對面墻上設置幾個空調外部檢測器，并采用PID閉環反饋控制來實現整個過程的運作，這樣避免了建筑內的局部冷熱情況下，空調未采取變向調節。同時，將控制溫度和濕度的線路獨立分為兩個控制回路，分別由獨立的控制器來控制溫度和濕度的調節。從而，避免了溫濕度調節的同時進行，造成資源的極大浪費。

3.2冷熱源的回收利用

我國一直倡導著資源再利用，這也是設計初衷的一個重要原因。甚至有人曾構想過，能否將夏天的熱量儲存起來，在冬天的時候利用，或者是將南方的熱量儲存起來，運到寒冷的北方進行取暖。雖然還沒有真正實現這個最初構想，卻依然要重視資源的回收利用。因此，除了從空調自身系統降低能耗，還要進行冷熱資源的回收利用［5］。可以通過空調內安裝的資源回收裝置回收多余的冷熱能源，并將這些能量用于對新風的處理，以減少機組本身運行所承載的負荷，從而提高空調本身性能。這樣既節約了空調運作所需要的能量，更做到了資源節約型和環境友好型的美好構想，這也是人類以后發展的方向。

3.3根據氣候改變空調運行方式

眾所周知，一年四季的氣候變化很大，空調的作用也就是冬天供暖、夏天供冷。然而，對于高大建筑來說，空調基本上一整年都在運作，只不過在溫濕度較適宜的時候，空調會處于低負荷運行狀態。但是，風量大小基本上沒有得到適當控制，尤其是在過渡季節時期，應該減小系統風量、水的溫差等。這就要求不僅要在平時進行變風量運行，在每個時期也要進行具體的調控。因此，空調應采取變頻來控制每個氣候時期的通風量。其中，有兩種變頻方式可以應用到對風量的控制上，一種是通過傳感器來控制變速泵和變速風機，另一種是根據需求改變空調的風流量和水流量的調節閥，均能有效調控空調的運行［6］。

空調在冬季運行時，由干球溫度傳感器手動分擋和自動控制電加熱器的加熱量和風量，手動擋主要是由溫差大小來分的，因此，在不同季節可以采取不同檔位，不同的檔位也代表了不同的功率，而特定季節下的溫差就可以只通過自動控制電加熱器來實現。由濕球溫度傳感器控制電極加濕器內電加熱器的開或關，以達到加濕的目的，從而避免了細菌的滋生。在夏季運行時，制冷系統及其供液管上的電磁閥打開，新風和回風混合后通過直接膨脹式表冷器降溫去濕，大致達到所需的機器露點溫度后，再根據干球溫度傳感器所表現出來的室內實時負荷要求控制再加熱度。

4　結束語

在恒溫恒濕類空調需求領域越來越廣泛的情況下，人們對空調的運行質量要求也越來越高，尤其是與身體健康或是空調在相同工作效率下節省資源相關的設計。所以，空調系統進行優化設計是勢在必行的。本論述通過對恒溫恒濕類空調工程的發展現狀進行了分析，發現當前空調系統中所存在的缺陷，并結合高大建筑的布局以及室內熱平衡原理對空調系統進行了優化設計。在保證空調溫濕度高精度控制的同時，對空調進行了高度節能設計優化，減小空調的運行負荷，并有效保證恒溫區的溫濕度均勻性。

［1］ 王培.恒溫恒濕空調系統的節能研究［D］.南京：南京理工大學，2008.

［2］ 馬長捷，朱鳳.恒溫恒濕實驗室空調系統的節能優化設計［J］.節能，2009（05）：16-18.

［3］ 徐勇.恒溫恒濕空調系統能耗分析及節能控制［J］.建筑設計管理，2010（04）：57-80.

［4］ 可翔宇.恒溫恒濕中央空調建模與優化方法研究［D］.沈陽：沈陽工業大學，2014.

［5］ 李申.恒溫恒濕空調系統的優化設計與性能模擬［D］.杭州：浙江大學，2012.

［6］ 張駿飛，代斌.淺談恒溫恒濕空調技術與民用建筑的結合實例［J］.安裝，2005（11）：156-159.

TB657.2

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.07.011

2016-4-30

魏鎖鵬（1978-），男，漢族，陜西藍田人，大學本科，工程師，主要從事供熱通風與空調工程設計工作。