福州某档案库恒温恒湿空调设计

陈锦华　林河源　吴晓红

摘要：介绍了档案库房特点，详细分析溶液调湿型温湿度独立控制空调系统及自带冷源的风冷型恒温恒湿空调系统的技术，并提出在档案库应用的可行性。分析比较两种空调系统的技术特点、初投资、运行费用及经济性综合比较等内容。给出实现档案库恒温恒湿环境设计的建议。

关键词：档案库；溶液调湿空调；风冷型恒温恒湿空调；经济性综合比较

档案库作为档案馆的核心区域，其库存包括书画、重要历史资料等对温湿度要求较高的档案。为此，要求档案库的室内环境要满足一定的要求，其由档案库房、技术用房、办公室、计算机房、展览厅等功能区组成，档案库房与其他功能区相对独立。本文主要介绍档案库恒温恒湿空调系统的设计。

一、档案库房的特点

档案库包括纸质档案库、音像档案库、光盘库、缩微拷贝片库、母片库、特藏库、实物档案库、图书资料库、其他特殊载体档案库等[1]。

1.室内设计参数不同

档案库房的工艺性空调系统不同于其它舒适性空调系统，其控制的温湿度指标要求较高，具体参数如下表1[1]。

2.空调工作工况不同

2.1必须保证有必要的新风量。档案库主要功能为贮藏，室内人数较少，新风主要是为满足工作人员健康卫生要求及维持库房内正压，防止库房外空气渗入库房内，换气量按换气次数为1次/h計算。

2.2库房围护结构传热量小，而且室内人员数量很少，冷热负荷变化小。但福州为沿海地区，空气湿度大且除湿时间长，所以控制湿度是关键。

2.3为保证档案不发霉腐烂，室内有恒温恒湿要求。

2.4库房空调要求全天24小时不停机运行，是典型的耗能场所，运行费用较高。

二、空调系统方案选择

档案库房一般按类别分层设置空调系统，主要有溶液调湿温湿度独立控制空调系统、自带冷源的风冷恒温恒湿空调系统及水冷恒温恒湿空调系统三种方案可供选择。

1.溶液调湿温湿度独立控制空调系统

温湿度独立控制空调系统是由处理显热的系统与处理潜热的系统组成，两个系统分别独立调节控制室内的温度与湿度，从而实现温湿度双参数的控制目标。新风的处理是温湿度独立控制空调系统的关键环节，目前对新风除湿方法大致分为：低温露点除湿、膜除湿、加压冷却除湿和吸湿剂除湿，其中吸湿剂除湿可分为固体吸附除湿和液体吸收除湿两种，鉴于溶液除湿具有保护环境、节约能源及人体舒适等优点[2]，本文重点介绍溶液调湿技术。

1.1溶液调湿技术

溶液调湿技术，即采用具有调湿功能的盐溶液为工作介质，利用不同浓度的溶液的吸湿与放湿特性实现对空气的除湿与加湿处理过程。由于被处理空气的水蒸汽分压力与除湿溶液的表面蒸汽压之间的压差是水分由空气向除湿溶液传递的驱动力，因而在相同的处理条件下，除湿溶液表面蒸汽压越低，其除湿能力越强。溶液加湿过程则相反。

1.2溶液调湿空调系统形式

由于纸质档案库对温湿度控制精度不高，当室外干球温度在14℃与24℃之间时不需要开启风冷热泵进行冷却加热空气；而对于母片库对温湿度控制精度高，需全年开启风冷热泵进行冷却加热空气。考虑到福州室外干球温度在14℃与24℃之间的时间段占全年的比例为41%。因此母片库及纸质档案库的冷热源分开。

1.2.1纸质档案库

纸质档案库采用热泵式溶液全空气机组（HVA-I），空调系统应用形式：室内回风与室外新风混合后，先利用外界提供的冷水或热水对空气进行预冷预热处理，再进入溶液调湿单元，利用溶液逐级降温除湿达到送风状态点，送入室内。

1.2.2母片库

如果母片库的控制温度为14℃，相对湿度为40%，其露点温度为1.3℃，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012规范要求，出风温度与冷媒的进口温度至少3.5℃温差，则蒸发器的蒸发温度至少为-2.2℃。由于引入了新风，含有大量的湿负荷，会在蒸发器的盘管表面上结霜，此时需要融霜又要调节室内的温湿度，势必会给系统的稳定运行带来不利的影响。如果系统增加转轮除湿机，既可把恒温恒湿机的蒸发温度提高到0℃以上，使之不产生结霜问题，又可承担除湿任务，从而实现恒温恒湿机控制室内温度而转轮除湿机控制室内湿度的目标，新风与库房回风一次混合后先经新风机组预冷，再经转轮除湿机进行除湿，再二次混合后经低温恒温恒湿机组等湿降温后送入库房，冬季同样依靠室内机组本身的电加热系统对室内空气进行温湿度调节。

1.3溶液调湿空调系统运行调节控制

1.3.1福州室外干球温度在14℃与24℃之间的时间段占全年的比例为41%，对于纸质档案库（温湿度控制精度不高），有41%时间无需开启风冷热泵进行温度调节，只需开启自带热泵循环系统进行湿度控制，从而大幅度降低能耗；当室外干球温度小于14℃及绝对含湿量小于4.5g/Kg时，可通过调节溶液浓度，利用溶液喷淋的方式实现对空气的加湿，同时开启风冷热泵进行温度控制，避免了设置电加热系统及电加湿系统，从而降低了能耗；当室外干球温度大于24℃时开启风冷热泵及自带热泵循环系统进行温湿度独立控制。

1.3.2对于母片库（温湿度控制精度高），全年需开启风冷热泵、自带热泵循环系统及电加热系统进行温湿度独立控制，避免了设置转轮除湿机进行湿度控制，从而大幅度降低能耗。

2.自带冷源的风冷型恒温恒湿空调系统

风冷恒温恒湿空调利用直接蒸发的制冷循环系统，把空气处理到露点温度以下，让空气中多余的水分冷凝在蒸发器的翅片上再通过冷凝水管排走；冬季，恒温恒湿机组的室外机停止运行，库房内温湿度的保证依靠室内机的电加热器及电加湿器实现。

2.1纸质档案库

鉴于纸质档案库的温湿度控制精度不高、福州室外干球温度在14℃与24℃之间的时间段占全年的比例为41%及绝对含湿量大于11.4g/Kg的时间段占全年的比例为53%，其空调系统可由恒温恒湿机组与调温型除湿机组组成，恒温恒湿空调机组配置冷冻除湿降温、电极加湿、辅助电加热等温湿度处理单元，可实现温湿度控制，在过渡季节，库房在满足温度的条件下，主要保证湿度的要求（需要除湿的时间占全年的53%），此时开启调温型除湿机进行湿度控制。除湿机与恒温恒湿空调机组并联，共用通风管道，不同季节通过阀门转换运行。

2.2母片库

如果母片库的控制温度为14℃，相对湿度为40%，其露点温度为1.3℃，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012规范要求，出风温度与冷媒的进口温度至少3.5℃温差，則蒸发器的蒸发温度至少为-2.2℃。由于引入了新风，含有大量的湿负荷，会在蒸发器的盘管表面上结霜，此时需要融霜又要调节室内的温湿度，势必会给系统的稳定运行带来不利的影响。如果系统增加转轮除湿机，既可把恒温恒湿机的蒸发温度提高到0℃以上，使之不产生结霜问题，又可承担除湿任务，从而实现恒温恒湿机控制室内温度而转轮除湿机控制室内湿度的目标，其空气处理流程：新风与库房回风一次混合后先经新风机组预冷，再经转轮除湿机进行除湿，再二次混合后经低温恒温恒湿机组等湿降温后送入库房，冬季同样依靠室内机组本身的电加热系统对室内空气进行温湿度调节。

三、空调系统技术经济性比较

经过以上分析，采用溶液调湿型温湿度独立控制空调系统及自带冷源的风冷型恒温恒湿空调系统均能满足档案库的工艺性要求。现对两种方案在技术特点及经济性方面进行综合比较。

1.技术特点比较

溶液调湿型温湿度独立控制：

（1）温湿度独立控制，控制效果明显，但初投资较高。

（2）溶液除湿具有保护环境、节约能源及人体舒适等优点。

（3）机组整体性强，工厂调试合格后出厂，无需在现场安装空调的制冷系统，保证空调系统整体质量。

（4）由于空调系统在一套机组内，压缩机与冷凝器间的距离短，能耗少。

（5）通过风冷热泵提供热源进行加热较电加热效率高。

（6）空调系统配带风冷热泵，需占用屋面的面积及水管道井。

风冷低温恒湿恒湿空调+转轮除湿机组：

（1）配带电加热能耗大，系统能耗较高。

（2）为控制温湿度精度，存在冷热抵消现象。

（3）由于多个室外机，需占用较多屋面的面积及管道井。

（4）由于室内外机间的高差较大及管路较长，系统能耗增加。

（5）转轮除湿的尺寸一般较大，而且属于运动的部件，对材料有磨损，缩短使用寿命。

2.经济性比较

2.1运行费用分析比较

在比较空调系统能耗和运行费用时，首先要确定空调系统运行时间和负荷情况，根据福州气候条件及建筑使用功能，设定比较前提如下（对于纸质档案库各空调方案的各设备运行时间由Dest模拟软件分析得出）：

1）母片库：两种方案的空调全年运行时间均为8760小时；

2）纸质库房：a.常规空调系统：恒温恒湿机全年运行时间为5168小时，风冷调温型除湿机全年运行时间为1637小时，电极加湿器全年运行时间为438小时，电加热全年运行时间为1938小时；b.溶液调湿空调系统：风冷热泵及水泵全年运行时间为5168小时，热泵式溶液全空气机组全年运行时间为2075小时；

3）空调平均冷热负荷按设计负荷的70%计，再热率按120%计；

4）福州电价按0.81元/kWh计。

基于上述比较前提，两种系统的全年运行费用比较结果如表2所示。溶液调湿空调系统运行费用仅为常规空调系统的83%，每年可节省运行费用24万元，经济效益显著。

2.2经济性综合比较

空调系统经济性综合比较如表3，溶液调湿空调系统运行费用仅为常规系统的83%，每年可节约运行费用24万元，考虑初投资增加约80万元，静态投资回收期为3.33年。

四、结论

1.鉴于减少设备噪声对档案库的影响、避免冷凝水存在漏水隐患及日后设备检修方便（档案库私密性强），温湿度控制精度不高的纸质档案库可以2-3个房间为一个空调系统，而温湿度控制精度高的母片库建议一个房间为一个空调系统，且每个空调系统单独设置一个空调机房。

2.采用溶液调湿型温湿度独立控制空调系统及自带冷源的风冷型恒温恒湿空调系统均能满足档案库的工艺性要求。

3.不管采用哪种空调系统方案，均需对全年室外干球温度、相对湿度等参数模拟分析，从而对空调系统设备配备及运行控制转换等内容深入分析比较，寻求一种最佳方案。

4.甲方考察多个档案库并进行分析比较、对溶液调湿型温湿度独立控制空调系统的新技术不了解及尽量控制初投资的情况下，最终选择常规的自带冷源的风冷型恒温恒湿空调系统。

参考文献：

[1]国家档案局档案科学技术研究所，主编.档案馆建筑设计规范JGJ 25-2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2010，9-11

[2]刘晓华，江亿等.温湿度独立控制空调系统[M].北京：中国建筑工业出版社，2006，121-125