余热回收控制档案库房湿度的实践分析

肖红飞/温岭市档案局

钱唐根/上海市档案馆

曾国团/温州市洞头区档案馆

档案馆是保管档案的重用场所，保持档案库房的恒温恒湿是保管好档案必须条件。本文主要研究档案库房的湿度。湿度是指空气中水蒸气的含量，它有几种表示方法：一是绝对湿度，表示每立方米空气中所含水蒸气的量，单位是千克/立方米；二是饱和湿度，表示一定数量的空气在一定的温度和压力下最大限度可容纳的水蒸气；三是相对湿度，表示空气中的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度的比值，得数是一个百分比，用RH表示，计算方式是单位体积空气内实际所含的水气密度（用d1表示）和同温度下饱和水气密度（用d2表示）的百分比，即RH（%）= d1/d2×100%。未到最大水蒸气容纳限度的空气称作未饱和空气。国家档案局规定的档案库房湿度为相对湿度。根据《档案馆建筑设计规范》规定，档案库房的相对湿度范围为45%—60%，相对湿度波动幅度不得大于±5%。如果档案库房湿度过高，那么档案纸张的含水量将会增加，其物理强度将会降低，并且极易滋生虫害。

华东地区属于亚热带海洋性季风气候，湿度高、温差大，气温年际、季际、月际之间的变化十分明显。比如上海市区年平均气温最高为18.5℃（2007年），最低为14.5℃（1917年），两者相差4℃；历史上市区徐家汇在2013年8月7日出现极端最高气温曾达40.8℃，市区极端最低气温为-12.1℃（1893年1月19日）。由于受海洋性气候和每年梅雨季的影响，上海市相对湿度会上升到90%以上，干燥的冬季相对湿度低于RH30%，上海市档案库房降低湿度的需求较为强烈。经过观察发现，台州地区的湿度也很大，2011年1月1日至2019年6月1日雨1193天、多云1168天、晴326天、阴265天，下雨天几乎占了40%；台州南部的温州市洞头区气候温暖湿润，每年的7月至10月台风频繁，台风带来了大量的湿气，两地的档案库房同样有降低湿度的诉求。

要降低档案库房的湿度，可以采用机械通风的方式，也可以安装和使用恒温恒湿设备。但在实践中，有的库房即使安装了空调并24小时开机，也很难将湿度降低到60%以下，并且保持昼夜温度波动幅度小于±2℃、相对湿度波动幅度小于±5%，要确保湿度昼夜变化幅度不超过±5%更是难事。为降低库房湿度并使库房的昼夜湿度变化幅度小于±5%，可以采用控制库房回风温度的方式，即将空调主机产生的余热通过水这一媒介回送到风机冷凝器中，回风流过冷凝器后温度会升高，回风温度提升后露点温度会发生变化，利用露点温度的变化降低库房的湿度，这种方法称为“余热回收”，可有效控制库房湿度，并减少空调对室外热量排放。

1 余热回收控制湿度的实现方法

先来分析余热产生的原理。档案库房降温一般是通过中央空调系统或恒温恒湿机来实现的。用水作冷媒的中央空调称为二次蒸发的中央空调，系统工作时，常温的水通过制冷压缩机后热量被吸收，成为冷冻水，冷冻水通过管道送到库房风机内的冷凝器；流动的空气经冷凝器后热量被吸收，温度下降，降温后的空气通过风管送到库房内，用于降低库房的温度。冷冻水吸收空气中了热量会升温，升温后的冷冻水回到制冷压缩机再次制冷，制冷过程中产生的热量被排放到室外，被排出去的热量就是余热。

中央空调主机在工作中会产生冷热两道水流，分别经过两条管道（两条管路的水不会混合）送出，低温管道的冷冻水送到库房的风机，通过冷凝器降低库房的温度，冷量被交换到库房后，冷冻水再回到空调主机降温。另一路是冷却水（一般冷却水在夏季的温度都会超过30℃）通过冷却水管分别送到冷却塔和库房风机。为控制冷却水送到风机的流量，要在冷却水的通道中安装一个自动控制的三通阀门，将部分冷却水送到冷却塔，热量通过冷却塔排到室外；部分冷却水经过三通阀门自动调节后送到库房的风机内，通过蒸发器对库房空气进行再热，以利用余热降低库房的湿度。

需要注意如下几个要点：第一，余热降湿的风机必须有两个蒸发器，一个蒸发器用于对空气加热（再热），另一个蒸发器用于降低空气的温度（冷凝），两个蒸发器均通过管路与主机的冷冻水出口端和冷却水管连接。

第二，在夏季工况时（冬季工况不在这里阐述，因为冬季一般不用除湿，而需要加湿）开启中央空调主机，冷冻水从机房集水器中送出，通过管路到达中央空调末端风机内的制冷蒸发器，降低蒸发器的温度；库房内的空气经过蒸发器后回送到库房，其水分被析出，由此降低库房的湿度。这里蒸发器表面温度就决定了除湿的效率，如露点温度接近或低于蒸发器温度，空调就不除湿，而是进行冷凝。

第三，当库房降低到一定温度后，如降低到20℃，若湿度没有达到设定目标值的±50%，空气的露点温度又接近风机蒸发器表面的温度，这时除湿效率就大大降低，应当关小冷冻水的阀门，开启冷却水的阀门，对空气进行加热，降低相对湿度。由于空气温度升高，露点温度发生变化，除湿效率得以增强，空气中的绝对湿度得以降低，库房的湿度就会越来越接近目标值，经过一段时间的运行，库房的湿度就能稳定在目标值内，这一过程称为再热。要将湿度变化控制在±3%以内，经冷却水加热的空气温度变化不能超过±0.75℃，空调运行时，调整送到风机内冷却水的流量，通过电脑控制冷却水的流量，将空气温度变化控制在0.75℃以内，就能使湿度的变化在±3%内。

第四，要注意冷却水温度的选择范围。在实践中发现，压缩机的冷却水的温度最好高于40℃，如果低于40℃，就会大大降低对空气加热的效率，从而降低除湿和控湿效率，所以在选用中央空调压缩机时，要选用热排放温度大于40℃的压缩机，最好选用出口水温度为45℃的机器。为控制冷冻水的冷量和回送的热量，必须在每个风机的供回水阀门和供热的管道上安装由电脑管理的电动阀门，当湿度过高时自动开启阀门送热；当湿度达标时自动关闭阀门。对于供冷的管路，也必须安装电动阀门来控制冷冻水的流量，达到控制温度和湿度的目的。如已安装了风机，没有热水回送管道和冷凝器，可考虑用热水器送热水的加温回风的方法控制湿度，但不赞同在风机内直接安装电加热器，那样会增加火灾隐患，降低库房的安全系数。

2 应用实例分析

上海地区一家档案馆为有效控制档案库房的温湿度，在新馆建设前对档案库房的恒温恒湿控制理论进行了研讨，并进行了深入的研究，分析了许多控制库房湿度的案例和方法，最后采用了余热回收控制湿度方法。经过一段时间的运行，发现库房常年相对湿度都在50%上下，温度在20℃左右，昼夜相对湿度变化幅度不超过±3%，温度变化幅度在±1℃以内，这说明了余热回收控制湿度方法是有效的。

余热控制湿度的方法还可应用于保存特殊载体档案的库房，如保存照片、底片、录像带等的库房，需要一个常年低温低湿的环境，而常规的空调系统不能满足保持低温低湿的要求。为实现低温低湿，部分库房采用了转轮除湿机，然而转轮除湿机能耗高，还要建立专用的配电系统。余热回收除湿的原理与转轮除湿机除湿原理相同，利用余热回收除湿不仅能达到低温低湿的效果，还可大大降低能耗，具有节能环保的特点。