192 三星堆文保中心文物库房温度湿度独立控制系统设计.doc

三星堆文保中心文物库房温度湿度独立控制系统设计中国建筑西南设计研究院有限公司 方 宇摘要 结合项目具体条件，合理利用地下水可再生能源，采用常规组合式空调器和地下水源热泵机组，利用地下水作天然高温冷源，实现温度、湿度独立控制设计思想，避免简单地采用常规风冷恒温恒湿机组带来的再热和冷热抵消问题，节省了初投资和运行费。关键词 可再生能源 地下水源热泵 温度湿度独立控制 高温冷源 文物库房1. 工程概况：新建文保中心处于博物馆园区内，该工程地上共两层，文物库房设于二层，包括陶瓷器、金属器、玉器库房，文物库房将保存包括较多国家一级文物在内的重要文物。2. 室内外设计参数和环境条件：2.1 室外主要设计参数（广汉）：夏季空调室外计算干球温度：31.6； 夏季空调室外计算湿球温度：26.7； 夏季空调室外计算日平均温度：28；冬季空调室外计算干球温度：1； 冬季空调室外计算相对湿度： 80%；夏季通风室外计算温度：29 夏季室外风速：1.1m/s； 冬季通风室外计算温度：6；冬季室外风速：0.9m/s， 年主导风向 NNE。夏季大气压力: 94770Pa；冬季大气压力：96320Pa。2.2 水文地质条件：文保中心建筑外部开阔，距离其它建筑较远，常年有丰富的地下水资源，地层结构具有很好的抽水回灌条件，设计单位在前期提出了详细的水文地质勘察要求，建设单位委托有资质的专业公司进行钻井勘察，提供设计单位水文地质勘察报告，根据该报告结果，地下水水质指标符合国家生活饮用水（GB5449-2006）标准，静水位1.25米，动水位4.53米，供水井涌水量85m3/h，水温18，PH值7.9，总硬度165.1mg/L，总碱度180.2mg/L，物理感官性好，无可见物，无色透明。水文地质条件满足设计要求，满足供水管井技术规范GB50296的相关规定，地下水与机组的联结，采用经过旋流除砂器除砂、过滤器过滤、综合水处理器处理后直接使用。2.3 文物库房室内设计参数：根据博物馆建筑设计规范JGJ66-91及建设单位库房建设要求，室内设计参数确定如表1所示：表1 库房室内设计参数值房间名称夏季冬季新风量(m3/hp)噪声标准d(A)温度()相对湿度(%)温度()相对湿度(%)陶器、金属器、玉器库房15254050152540500.6次/h45陶器、金属器、玉器库房室内总面积630 m2，文物库房平时室内没有人员，新风量按保持室内微正压（5Pa）考虑，库房为无外窗房间，按0.6次/h计算。文物库房要求常年室内相对湿度稳定。2.4 围护结构热工计算参数：要求室内相对湿度稳定，室内空气温度、湿度须尽量避免室内外热湿环境扰动影响，根据采暖通风与空气调节设计规范GB500192003要求，按工艺性空调考虑，配合建筑热工设计，文物库房均位于二层，文物库房围护结构热工计算参数如表2所示：表2 围护结构热工计算参数值外墙传热系数K（W/m2K）热惰性指标D楼板（不接触室外空气）0.785D3楼板(接触室外空气)0.496D4屋顶0.42D4内墙0.8D3注：文物库房无外窗。3 文物库房空调系统设计思路：设计采用温湿度独立控制设计思路，该工程属于地震灾后重建项目，设备招投标要求严格，设备必须满足市场有三家以上同类型产品，采用具有温度湿度独立控制系统的溶液调湿型空气处理机组初投资大，招投标受限；采用常规风冷洁净式文物库房专用恒温恒湿空调机组，设备投资大，存在再热过程、冷热抵消现象，运行不节能。由于地下水温度稳定，常年接近18，夏季地下水温度不超过18，夏季是干式空气处理机组天然高温冷源，冬季是很好的可再生热源。可再生能源利用是国家鼓励、政策提供支持的节能技术。库房工艺空调采用地下水源热泵系统作空调冷热源，机房设于地下室，室外没有冷却塔、烟囱、风冷散热设备等，具有很好的绿色、环保元素，与建筑环境协调。本工程设计采用常规的空气处理机组作为温湿度独立控制的新风机组、干式空气处理机组，采用常规产品可以节约投资、维护管理方便，便于招投标管理。4 文物库房空调系统设计：4.1 冷热负荷：根据HDY软件逐时逐项负荷计算，夏季空调计算总冷负荷为29.1kW(不含新风冷负荷），新风冷负荷为27.7kW; 冬季空调计算总热负荷为23.1kW(不含新风热负荷），新风热负荷为9.7kW。4.2 空调冷热源：选用两台LSQWR56型全封闭涡旋式地下水源热泵机组，夏季额定制冷量42.9kW，冬季额定制热量48.8kW。夏季空调供回水温度7/12，冬季空调供回水温度45/40。两台机组一用一备，提高系统工作可靠性。4.3 空调系统：采用温度、湿度独立控制系统夏季工况：室外新风经组合式空气处理机组（新风机组)粗效过滤，表冷器（供回水温度7/12)冷却除湿至室内露点状态后，再与室内回风混合，经干工况组合式空气机组粗效、中效过滤、表冷器降温（采用地下水，供回水温度18/21)、亚高效过滤器过滤后送入室内。冬季工况：室外新风经组合式空气处理机组（新风机组)粗效过滤后，与室内回风混合，经干工况组合式空气机组粗效、中效过滤，再经加热器（供回水温度45/40)加热、电极加湿器等温加湿、亚高效过滤器过滤后送入室内。组合式空气处理机组组合段详见图一。4.4 气流组织：各库房气流组织均采用同侧双层百叶风口侧送风、单层百叶上回风，风量满足恒温恒湿工艺空调换气次数的要求(大于8次/h)。4.5 空调水系统：空调水系统采用两管制定流量闭式异程循环系统，采用高位膨胀水箱定压补水。空调水系统流程详见图二。井水室外管线流程详见图三。图1 文物库房空气处理机组控制要求图 图2 空调水系统流程图图3井水室外管线流程示意图4.6 空气处理过程分析计算：库房总面积630m2，净高4.2米，满足换气次数的空调总风量为6304.28=21168 m3/h，为尽量减少新风外扰对库房温湿度环境的影响，新风量按满足库房最小正压5Pa取值，新风正压换气次数0.6次/h，新风量为6304.20.6=1588 m3/h。夏季工况：夏季室内全热冷负荷为36429W，室内无人员，没有散湿量。空气处理过程为：先将新风由8排管空气处理机组（7冷冻水供水）降温除湿处理至露点L，再与室内回风混合到C点，由干式空气处理机组（18地下水作高温冷源）等湿降温处理至送风状态点S1后送至室内。夏季工况各参数值如表3所示。表3 夏季各工况点参数值干球温度(DB)湿球温度(WB)相对湿度含湿量（g/kg）焓值（kJ/kg）室外状态点W31.626.769%21.887.6室内状态点N2416.145%8.9447新风处理至露点L12.111.795%8.9434.88新回风混合点C23.115.6946.9%8.9445.7送风点S1点20.0814.757.2%8.9443根据干工况组合式空气机组总送风量为22000 m3/h，则根据公式 GCT=29.1kW，T=3.92,满足工艺性空调设计要求，送风温差小于5。新风量取1560 m3/h 新风比为：7.1%，根据以上空气处理过程作I-D图分析如下：混合风经干工况空气处理机组（8排管）等湿降温处理至S点，考虑0.5风机温升至送风点S1；查I-D图得:新风机组冷量：QX=GCiX=(15601.2)36001.01(87.6-34.88)=27.7 kW 新风量 1563 m3/h 处理焓差（W-L）52.72 kJ/kg干工况空气处理机组冷量：Qg=GCt=(220001.2)36001.01(3.92+0.5)=32.7 kW冬季工况：冬季工况空气处理过程：新风与回风混合到C点后，经干工况空气处理机组等湿加热到S1点，再经电极加湿器等温加湿到S点后送入室内。夏季工况各参数值如表4所示。根据HDY计算结果，冬季室内全热热负荷为23106W，冬季室内总湿负荷为0g/s。表4 冬季各工况点参数值干球温度(DB)湿球温度(WB)相对湿度含湿量（g/kg）焓值（kJ/kg）室外状态点W1-0.280%3.479.7室内状态点N1811.445%6.0533.5新风与室内混风点C16.7510.5947.10%5.9531.98S1点21.1212.536.50%5.9536.4送风点S点21.1212.637.10%6.0536.7根据Q热=GCt=23.1 kW(220001.2)36001.01t=23.1 ，求得 t=3.12干工况空气处理机组加热量：冬季采用2排管加热器Q 热=GCt=(220001.2)36001.01(21.12-16.75)=32.37 kW干工况空气处理机组电极加湿器加热量：W=Gd=(220001.2)3600(6.05-5.95)=0.73g/s=2.63kg/h4.7 库房空调系统自动控制策略：本工程通风空调系统采用楼宇智能控制，它由中央电脑、终端设备、DDC控制盘组成。在控制中心能显示打印空调、通风、制冷等各系统设备的运行状态及主要运行参数，控制中心设在一层监控室内，具体控制策略为：A. 新风机组及干工况空气处理机组控制：控制要求详见图一。制冷运行时：由DDC控制器根据新风机组送风露点温度，控制调节新风机组表冷器电动二通调节阀开度，达到定露点送风；根据回风相对湿度，控制调节干工况空气处理机组冷却盘管回水管上电动二通调节阀开度，调节显热制冷量，以控制室内相对湿度，满足库房恒温恒湿要求。制热运行时：新风机组表冷盘管电动二通调节阀关闭，由DDC控制器根据回风温度控制调节干工况空气处理机组加热盘管回水管上的电动二通调节阀开度，控制室内温度，根据回风相对湿度控制机组电极加湿器加湿量，控制室内相对湿度。粗中效、亚高效过滤器均设置压差报警。文物库房设置温湿度及空气质量自动监测跟踪系统，文物库房温度控制日变化范围25，相对湿度控制日变化范围不大于5%。设置空气品质传感器，控制开启室内空气洁净屏，实现智能化监测和控制。B. 地下潜水泵控制：为保证地下水充分回灌和系统的可靠性，共设置三口井，每口井均设置潜水泵，一抽两灌，轮换使用。潜水泵采用变频控制。夏季制冷时，白天舒适性空调系统、库房恒温恒湿空调系统均运行时，根据地下水回水总管的温度控制潜水泵变频变流量运行，控制供回水温差为8；当夜间仅库房恒温恒湿空调系统运行时，保证地下水供回水温差为3，以保证干工况空调系统运行效果。冬季制热运行时，保证供回水温差5。地下水源热泵系统投入运行后，对抽水量、回灌量及其水质进行定期监测。C. 空调冷热源控制：循环水泵定流量运行，在新风系统采用电动三通调节阀调节旁通流量，水源热泵机组自带完整自控系统，控制供回水温度。4.8 其它：文物库房送、回风口及接室外新风口、排风口均内衬防鼠、防虫铝板网。电极加湿器均采用软水，在空调机房设置小型软水给水装置。穿越文物库房、展示厅墙体、楼板的空调通风管道应在墙体和楼板洞处预埋防盗钢筋。地下水源热泵机组采用环保冷媒（R134a)。位于室外总平面的地下水供回水管、回扬管采用直埋敷设，地下水供水管采用预制保温管直埋敷设；回水管、回扬管采用耐腐蚀的高密度聚乙烯管PE100管材。5 结语：本工程结合项目具体条件，合理利用地下水可再生能源，采用常规组合式空调器，利用地下水作天然高温冷源，实现温度、湿度独立控制设计思想，避免简单地采用常规风冷恒温恒湿机组带来的再热和冷热抵消问题，节