福州某檔案庫恒溫恒濕空調設計

陳錦華　林河源　吳曉紅

摘要：介紹了檔案庫房特點，詳細分析溶液調濕型溫濕度獨立控制空調系統及自帶冷源的風冷型恒溫恒濕空調系統的技術，并提出在檔案庫應用的可行性。分析比較兩種空調系統的技術特點、初投資、運行費用及經濟性綜合比較等內容。給出實現檔案庫恒溫恒濕環境設計的建議。

關鍵詞：檔案庫；溶液調濕空調；風冷型恒溫恒濕空調；經濟性綜合比較

檔案庫作為檔案館的核心區域，其庫存包括書畫、重要歷史資料等對溫濕度要求較高的檔案。為此，要求檔案庫的室內環境要滿足一定的要求，其由檔案庫房、技術用房、辦公室、計算機房、展覽廳等功能區組成，檔案庫房與其他功能區相對獨立。本文主要介紹檔案庫恒溫恒濕空調系統的設計。

一、檔案庫房的特點

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

1.室內設計參數不同

檔案庫房的工藝性空調系統不同于其它舒適性空調系統，其控制的溫濕度指標要求較高，具體參數如下表1[1]。

2.空調工作工況不同

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

2.2庫房圍護結構傳熱量小，而且室內人員數量很少，冷熱負荷變化小。但福州為沿海地區，空氣濕度大且除濕時間長，所以控制濕度是關鍵。

2.3為保證檔案不發霉腐爛，室內有恒溫恒濕要求。

2.4庫房空調要求全天24小時不停機運行，是典型的耗能場所，運行費用較高。

二、空調系統方案選擇

檔案庫房一般按類別分層設置空調系統，主要有溶液調濕溫濕度獨立控制空調系統、自帶冷源的風冷恒溫恒濕空調系統及水冷恒溫恒濕空調系統三種方案可供選擇。

1.溶液調濕溫濕度獨立控制空調系統

溫濕度獨立控制空調系統是由處理顯熱的系統與處理潛熱的系統組成，兩個系統分別獨立調節控制室內的溫度與濕度，從而實現溫濕度雙參數的控制目標。新風的處理是溫濕度獨立控制空調系統的關鍵環節，目前對新風除濕方法大致分為：低溫露點除濕、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環境、節約能源及人體舒適等優點[2]，本文重點介紹溶液調濕技術。

1.1溶液調濕技術

溶液調濕技術，即采用具有調濕功能的鹽溶液為工作介質，利用不同濃度的溶液的吸濕與放濕特性實現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。溶液加濕過程則相反。

1.2溶液調濕空調系統形式

由于紙質檔案庫對溫濕度控制精度不高，當室外干球溫度在14℃與24℃之間時不需要開啟風冷熱泵進行冷卻加熱空氣；而對于母片庫對溫濕度控制精度高，需全年開啟風冷熱泵進行冷卻加熱空氣?？紤]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%。因此母片庫及紙質檔案庫的冷熱源分開。

1.2.1紙質檔案庫

紙質檔案庫采用熱泵式溶液全空氣機組（HVA-I），空調系統應用形式：室內回風與室外新風混合后，先利用外界提供的冷水或熱水對空氣進行預冷預熱處理，再進入溶液調濕單元，利用溶液逐級降溫除濕達到送風狀態點，送入室內。

1.2.2母片庫

如果母片庫的控制溫度為14℃，相對濕度為40%，其露點溫度為1.3℃，根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012規范要求，出風溫度與冷媒的進口溫度至少3.5℃溫差，則蒸發器的蒸發溫度至少為-2.2℃。由于引入了新風，含有大量的濕負荷，會在蒸發器的盤管表面上結霜，此時需要融霜又要調節室內的溫濕度，勢必會給系統的穩定運行帶來不利的影響。如果系統增加轉輪除濕機，既可把恒溫恒濕機的蒸發溫度提高到0℃以上，使之不產生結霜問題，又可承擔除濕任務，從而實現恒溫恒濕機控制室內溫度而轉輪除濕機控制室內濕度的目標，新風與庫房回風一次混合后先經新風機組預冷，再經轉輪除濕機進行除濕，再二次混合后經低溫恒溫恒濕機組等濕降溫后送入庫房，冬季同樣依靠室內機組本身的電加熱系統對室內空氣進行溫濕度調節。

1.3溶液調濕空調系統運行調節控制

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%，對于紙質檔案庫（溫濕度控制精度不高），有41%時間無需開啟風冷熱泵進行溫度調節，只需開啟自帶熱泵循環系統進行濕度控制，從而大幅度降低能耗；當室外干球溫度小于14℃及絕對含濕量小于4.5g/Kg時，可通過調節溶液濃度，利用溶液噴淋的方式實現對空氣的加濕，同時開啟風冷熱泵進行溫度控制，避免了設置電加熱系統及電加濕系統，從而降低了能耗；當室外干球溫度大于24℃時開啟風冷熱泵及自帶熱泵循環系統進行溫濕度獨立控制。

1.3.2對于母片庫（溫濕度控制精度高），全年需開啟風冷熱泵、自帶熱泵循環系統及電加熱系統進行溫濕度獨立控制，避免了設置轉輪除濕機進行濕度控制，從而大幅度降低能耗。

2.自帶冷源的風冷型恒溫恒濕空調系統

風冷恒溫恒濕空調利用直接蒸發的制冷循環系統，把空氣處理到露點溫度以下，讓空氣中多余的水分冷凝在蒸發器的翅片上再通過冷凝水管排走；冬季，恒溫恒濕機組的室外機停止運行，庫房內溫濕度的保證依靠室內機的電加熱器及電加濕器實現。

2.1紙質檔案庫

鑒于紙質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%，其空調系統可由恒溫恒濕機組與調溫型除濕機組組成，恒溫恒濕空調機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，可實現溫濕度控制，在過渡季節，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%），此時開啟調溫型除濕機進行濕度控制。除濕機與恒溫恒濕空調機組并聯，共用通風管道，不同季節通過閥門轉換運行。

2.2母片庫

如果母片庫的控制溫度為14℃，相對濕度為40%，其露點溫度為1.3℃，根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012規范要求，出風溫度與冷媒的進口溫度至少3.5℃溫差，則蒸發器的蒸發溫度至少為-2.2℃。由于引入了新風，含有大量的濕負荷，會在蒸發器的盤管表面上結霜，此時需要融霜又要調節室內的溫濕度，勢必會給系統的穩定運行帶來不利的影響。如果系統增加轉輪除濕機，既可把恒溫恒濕機的蒸發溫度提高到0℃以上，使之不產生結霜問題，又可承擔除濕任務，從而實現恒溫恒濕機控制室內溫度而轉輪除濕機控制室內濕度的目標，其空氣處理流程：新風與庫房回風一次混合后先經新風機組預冷，再經轉輪除濕機進行除濕，再二次混合后經低溫恒溫恒濕機組等濕降溫后送入庫房，冬季同樣依靠室內機組本身的電加熱系統對室內空氣進行溫濕度調節。

三、空調系統技術經濟性比較

經過以上分析，采用溶液調濕型溫濕度獨立控制空調系統及自帶冷源的風冷型恒溫恒濕空調系統均能滿足檔案庫的工藝性要求。現對兩種方案在技術特點及經濟性方面進行綜合比較。

1.技術特點比較

溶液調濕型溫濕度獨立控制：

（1）溫濕度獨立控制，控制效果明顯，但初投資較高。

（2）溶液除濕具有保護環境、節約能源及人體舒適等優點。

（3）機組整體性強，工廠調試合格后出廠，無需在現場安裝空調的制冷系統，保證空調系統整體質量。

（4）由于空調系統在一套機組內，壓縮機與冷凝器間的距離短，能耗少。

（5）通過風冷熱泵提供熱源進行加熱較電加熱效率高。

（6）空調系統配帶風冷熱泵，需占用屋面的面積及水管道井。

風冷低溫恒濕恒濕空調+轉輪除濕機組：

（1）配帶電加熱能耗大，系統能耗較高。

（2）為控制溫濕度精度，存在冷熱抵消現象。

（3）由于多個室外機，需占用較多屋面的面積及管道井。

（4）由于室內外機間的高差較大及管路較長，系統能耗增加。

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

2.經濟性比較

2.1運行費用分析比較

在比較空調系統能耗和運行費用時，首先要確定空調系統運行時間和負荷情況，根據福州氣候條件及建筑使用功能，設定比較前提如下（對于紙質檔案庫各空調方案的各設備運行時間由Dest模擬軟件分析得出）：

1）母片庫：兩種方案的空調全年運行時間均為8760小時；

2）紙質庫房：a.常規空調系統：恒溫恒濕機全年運行時間為5168小時，風冷調溫型除濕機全年運行時間為1637小時，電極加濕器全年運行時間為438小時，電加熱全年運行時間為1938小時；b.溶液調濕空調系統：風冷熱泵及水泵全年運行時間為5168小時，熱泵式溶液全空氣機組全年運行時間為2075小時；

3）空調平均冷熱負荷按設計負荷的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，兩種系統的全年運行費用比較結果如表2所示。溶液調濕空調系統運行費用僅為常規空調系統的83%，每年可節省運行費用24萬元，經濟效益顯著。

2.2經濟性綜合比較

空調系統經濟性綜合比較如表3，溶液調濕空調系統運行費用僅為常規系統的83%，每年可節約運行費用24萬元，考慮初投資增加約80萬元，靜態投資回收期為3.33年。

四、結論

1.鑒于減少設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備檢修方便（檔案庫私密性強），溫濕度控制精度不高的紙質檔案庫可以2-3個房間為一個空調系統，而溫濕度控制精度高的母片庫建議一個房間為一個空調系統，且每個空調系統單獨設置一個空調機房。

2.采用溶液調濕型溫濕度獨立控制空調系統及自帶冷源的風冷型恒溫恒濕空調系統均能滿足檔案庫的工藝性要求。

3.不管采用哪種空調系統方案，均需對全年室外干球溫度、相對濕度等參數模擬分析，從而對空調系統設備配備及運行控制轉換等內容深入分析比較，尋求一種最佳方案。

4.甲方考察多個檔案庫并進行分析比較、對溶液調濕型溫濕度獨立控制空調系統的新技術不了解及盡量控制初投資的情況下，最終選擇常規的自帶冷源的風冷型恒溫恒濕空調系統。

參考文獻：

[1]國家檔案局檔案科學技術研究所，主編.檔案館建筑設計規范JGJ 25-2010[M].北京：中國建筑工業出版社，2010，9-11

[2]劉曉華，江億等.溫濕度獨立控制空調系統[M].北京：中國建筑工業出版社，2006，121-125