1 工程概况
上海某综合建筑，其中档案馆总建筑面积9 169 m2，地上5层，地下2层，建筑高度22.1 m。地下2层主要为3个纸质库房，地下1层主要有纸质库房、音像库房、工作间、消毒间等。1层为展览厅和陈列接待室，2层为3个纸质珍藏室，3～5层为档案办公和技术服务用房。该项目设计主要存在2个难点：
1）纸质库房和音像库房位于地下1层和地下2层，而地下室围护结构的冷热负荷不直接随气温的变化而变化，且随着埋深的不同，冷热负荷的变化程度也不同。另外，由于地下室围护结构内表面散湿，又不受太阳照射，因此比地面建筑更潮湿。在夏季，地下建筑内温度比室外气温低，室外空气进入地下建筑后，温度下降，相对湿度升高，当壁面温度低于露点温度时，即出现凝结水，使地下建筑夏季潮湿问题更为突出。所以对有恒温恒湿要求的档案纸质库房而言，解决热、湿负荷问题难度更大。
2）音像库房全年需恒温（15±1）℃，常规的空调处理过程较难使室温达到此值，须采用直接蒸发式低温空调，而低温空调的空气处理过程也是该项目设计的难点之一。
2 室内外参数选取与空调负荷计算
2.1 室内设计参数（见表1）
表1 室内设计参数
2.2 空调负荷计算
2.2.1 围护结构传热量计算
档案库房有恒温恒湿的要求，如何合理计算库房的热湿负荷，达到室内所需温湿度要求是该项目的难点之一。目前笔者所在单位地面建筑所采用的负荷计算软件为HDY-SMAD暖通空调负荷计算及分析软件，但该软件无地下室负荷计算的内容。根据GB 50038—2005《人民防空地下室设计规范》，地下空间围护结构传热量应根据埋深不同分别计算，而深埋与浅埋是以地下室顶板底面至室外地面的竖直距离6 m为分界线的。
该工程的档案库房和音像库房位于地下1层和地下2层，地下2层底标高为－9.435 m，地下1层底标高为－5.335 m。按上述要求，该工程地下1层围护结构传热量可采用浅埋公式计算，地下2层可采用深埋的计算方法。
1）地下1层围护结构传热量Q计算。(详见原文)
2）地下2层围护结构传热量Q′计算。(详见原文)
2.2.2 地下室湿负荷
地下建筑的湿源主要包括：围护结构散湿、外部空气带入的水分、材料含水蒸发、设备散湿、人体散湿、人为散湿以及敞开水表面散湿等。该工程散湿量计算主要包括围护结构和人体及设备散湿量。
影响围护结构散湿量的因素包括：地质条件与季节、围护结构的形式、围护结构的材料和厚度、地下室房间空气温湿度、建筑物使用时间、施工余水等。尤其在上海的梅雨季节，潮湿的外部空气在建筑物与土壤接触的墙壁上会被冷却，容易造成地下空气的相对湿度过高，地下建筑被覆层漏水，壁面结露，地面冒水、积水，空气相对湿度高达90％～100％。
因影响因素比较多，参阅很多资料，没有给出具体的算法以及经验值，且在设计中，围护结构内表面散湿量的计算，大多采用同类情况的经验数据。
采用负荷计算软件和人工计算相结合的方法，最终得到档案库房空调计算冷负荷为406.407 kW，空调计算热负荷为241.461 kW。
3 档案库房空调系统设计
3.1 档案库房冷热源选择
由于档案库房位于地下，为保证档案库房的温湿度，恒温恒湿空调机组需要较大的再热量，空调再热量为260 kW。
由于库房的冷、热负荷不大，一般会采用普通热泵机组或冷水机组加热水锅炉2种方案。普通热泵机组不能同时提供冷、热水，恒温恒湿空调再热则需采用电加热，造成冷、热抵消不节能；若采用冷水机组加热水锅炉方案，则系统复杂、投资高，在制冷时需运行锅炉对处理空气进行再热，也不能有效利用能源。这2种方案均不太合理，不能高效地解决空调系统所需的再热量。
通过对主机方案的比较，最终采用多功能热泵机组，它有2个独立回路的四管制水系统、可同时提供冷水和热水，并通过水系统上阀门的切换将冷热量分配到所需空调箱，同1台机组可实现传统方式中2套设备才能达到的功能。多功能热泵机组在全年任何季节都能单独制冷、单独制热及同时供冷、供热，在制冷的同时还可提供热水，从而实现能量的综合利用。这样就彻底解决了库房冷热量互相抵消的问题，达到节能目的。
因库房位于地下室，湿度较大，冬季和过渡季节有可能需要降温除湿，对热泵机组而言，在上海地区至少要在冬季室外设计温度－2.2 ℃下能制冷。为保证库房24 h恒温恒湿，综合考虑，该工程选用2台风冷螺杆式多功能热泵机组，其制冷量为343 kW，制热量为446.2 kW，热回收量为440 kW。其中1台机组的热水侧为备用。夏季冷水供回水温度为7 ℃/12 ℃，再热系统热水供回水温度为45 ℃/40 ℃，冬季热水供回水温度为45 ℃/40 ℃。
陈列展览厅、档案办公和技术服务用房采用空气源热泵变制冷剂流量多联分体式空调器加集中新风系统，制冷剂采用R410A，此部分空调系统设计本文不作叙述。
3.2 档案库房空调水系统
档案库房空调水系统如图1所示，采用一级泵变流量系统，四管制，水平和竖直均为异程式。在夏季制冷时，因机组热水侧提供的热量远大于系统所需的再热量，当系统提供的热量过多时，机组会自动切换运行模式向大气中散热而停止向热水侧供热，引起系统中水温波动，从而影响库房的温湿度。为保证库房温湿度恒定，该工程在热水供应侧的回水管上增加了1个保证系统稳定运行5 min的闭式储水箱。当系统切换为向外散热时，整个系统水温波动不超过0.5 ℃，利于房间温度波动控制在1 ℃以内。
图1 空调水系统原理图
系统运行控制模式如下：
1）夏季制冷时，2台多功能空气源热泵机组同时开启制冷，其中1台热泵机组热水侧提供热水，为恒温恒湿机组提供再热热源，另1台热泵机组热水侧关闭作为备用。
2）冬季制热时，1台热泵机组热水侧提供热水，另1台热泵机组热水侧关闭。
3）冬季或过渡季节需要制冷时，1台热泵机组制冷，其热水侧提供热水为恒温恒湿机组空气再热之用，另1台热泵机组冷水机组关闭备用。
3.3 档案库房空调风系统
1）档案库房采用全空气低速空调系统，末端装置为恒温恒湿空调机组，为保证整个库房气流均匀，气流组织采用散流器上送风，回风则采用风管沿着柱子两侧下回，回风口离地0.5 m。
2）JGJ 25—2010《档案馆建筑设计规范》规定档案库房必须防虫和防尘，故在送风段设纳米光催化净化装置以及在整个库房设置了中央吸尘系统。
3）为保障档案库房的湿度精度，冬季采用电极加湿器加湿。
4 音像库房空调系统设计
音像库房温、湿度需全年控制在（15±1）℃，45％±5％，采用常规的空气处理机组很难处理到音像库房所需的温湿度。根据经验，可以采用2种方法：一种是组合式空气处理机组内置2个可切换表冷器的直接膨胀式低温空调箱系统，此方法是新风和回风混合后经表冷器处理送入室内。设置2个表冷器主要用于融霜时切换，并设计融霜盘管，表冷段后面再设加热段。因系统的控制方法与常温空调系统基本一致，只是增加了表冷器的融霜切换，所以达到房间所需温湿度的时间较长。另一种方法是采用组合式空气处理机组加转轮除湿机的直接膨胀式低温空调箱系统，它可以将空气处理到高温低湿状态，然后经过表冷器冷却到送风状态点，此方法达到室内温湿度的时间较短，且较易控制室内所需湿度。
因音像库房位于地下1层，室内湿度比较大，而转轮除湿更容易达到所需的温湿度，设计采用带二次回风的直接膨胀式恒温恒湿空调机组加转轮除湿机，机组组成以及处理流程如图2所示，机组由新风预冷段＋转轮除湿段＋风机段＋表冷（加热）段组成。新风预冷段主要消除部分新风负荷，转轮除湿段主要消除湿负荷，表冷段提供稳定的冷量消除室内负荷。
图2 空气处理流程
空气处理过程如图3所示，新风处理到室内等温状态点A，处理后的新风与库房的一次回风混合，经转轮除湿机除湿，变成高温低湿的空气，然后与库房二次回风混合，经表冷器降温后达到送风状态点送入室内，表冷器主要处理部分新风负荷和室内负荷。再生新风通过加热段后对转轮进行脱附再生，因再生排风的温度较高，需要作好隔热处理后才能排出。
图4 空气处理焓湿图
经计算，低温空调冬季制热时需要14 kW的加热量，厂家原设备直接采用电加热，考虑到加热量较大，不节能，为合理利用冷、热量，结合档案库房水系统采用四管制，在制冷和制热时都可提供稳定的热水，建议厂家对机组结构进行改动，利用档案库房水系统提供的热水进行加热，这样有效利用了能源。夏季制冷时则通过户外冷凝器进行散热。
5 结论
1）该档案馆设计的难点是位于地下1，2层的库房，地下室的湿度较大，目前空调负荷计算软件中关于地下室负荷计算中的深埋和浅埋未加区分，因此如何准确计算库房空调负荷，达到库房所需温湿度是一大难点。为较合理地计算库房的空调冷热负荷，根据围护结构传热量深埋和浅埋的公式分别进行了计算比较。当房间的温湿度控制有严格要求时，对围护结构传热量深埋和浅埋分别计算，是很有必要的，一方面可有效控制温湿度，另一方面有利于节能。
2）库房需要保证24 h恒温恒湿，对空调冷热源以及水系统的选择尤为重要。在冷热源选择时，从投资和机组的性能方面进行了多方案比较，最后选择2台多功能空气源热泵机组。同时，为避免主机制冷时在向大气散热和供热水2种不同状态下频繁切换，在热水侧回水管上增加了1个至少能保证系统稳定运行5 min水量的闭式储水箱。
3）音像库房需常年保持（15±1）℃，45％±5％，采用的是带二次回风的组合式空气处理机组加转轮除湿机的低温空调箱，在理想状态下可处理到室内状态点。
全文刊登于《暖通空调》2017年第1期
作者：
华东建筑集团股份有限公司 谭亮亮
1、微信号搜索“hvac1971”或“暖通空调”。《暖通空调》创刊于1971年，是中国建筑科学类核心期刊，国家期刊奖最高奖项获奖期刊，入选2013年、2015年中国“百强科技期刊”，获得中国政府出版奖提名奖。中国暖通空调行业唯一的中央级科技期刊。本刊以实用技术为主，兼具学术性和信息性，在行业中最具影响力，被誉为权威刊物，深受广大读者喜爱，发行量在国内同行业刊物中遥遥领先。2017年《暖通空调》杂志（共12期） 240元（平邮）
