魏鎖鵬

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，甘肅　蘭州　730000）

高大建筑恒溫恒濕類空調(diào)工程的設(shè)計分析

魏鎖鵬

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，甘肅蘭州730000）

隨著社會與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的高大建筑逐漸屹立在城市中間，人們對于生活質(zhì)量的要求越來越高。因此，不僅促進(jìn)了空調(diào)的普及，更對其恒溫恒濕的綜合性能提出了更高的要求。本論述通過對當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)存的恒溫恒濕類空調(diào)工程進(jìn)行分析，以及闡述其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)出傳統(tǒng)的恒溫恒濕類空調(diào)運作中所存在的問題，并結(jié)合我國已達(dá)到的技術(shù)水平，對高大建筑恒溫恒濕類空調(diào)工程提出了高效、節(jié)能的設(shè)計方案。

高大建筑；恒溫恒濕類空調(diào)；現(xiàn)存問題；優(yōu)化設(shè)計

0　引言

自二十一世紀(jì)以來，在我國高大建筑建設(shè)的過程中，考慮到其空氣流通緩慢，空間較大，且為了采光窗戶一般較大，但是會使室內(nèi)溫度偏高，空氣比較悶，因此，恒溫恒濕類空調(diào)工程的不斷優(yōu)化是必不可少的。它作為一種工藝性暖通空調(diào)，主要是在控制室內(nèi)溫度在區(qū)間內(nèi)恒定的同時，還要保證室內(nèi)濕度的變化范圍。尤其是在一些大型博物館或圖書館內(nèi)，儲存的很多珍貴的展覽物品以及書籍對溫度、濕度均要求較高。

然而，高大建筑內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)取決于兩個方面［1］：一個是建筑環(huán)境的自身調(diào)節(jié)，例如調(diào)整室內(nèi)布局、增加墻體壁厚以及部分采用保溫材料等；另一方面是空調(diào)工程的設(shè)計優(yōu)化，對冷熱源、主機(jī)的配備容量、水系統(tǒng)的配備、新風(fēng)系統(tǒng)等的參數(shù)化設(shè)計選擇來實現(xiàn)資源的節(jié)能。因此，在保證節(jié)能、高效的基本條件下，對恒溫恒濕類空調(diào)工程的進(jìn)一步優(yōu)化是勢在必行的。

1　恒溫恒濕類空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，我國建筑設(shè)施以及人民的生活水平也都發(fā)生了變化。由于高大建筑的空間較大，氣流流動緩慢，導(dǎo)致溫度適宜的時期不能正常換氣，過冷或過熱的時期更需要空調(diào)來供暖供冷［2］。因此，不僅大多數(shù)城鎮(zhèn)或者農(nóng)村都安裝了空調(diào)，很多高大建筑內(nèi)也都安裝了恒溫恒濕類空調(diào)來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度。

空調(diào)調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)方法是將回風(fēng)與新風(fēng)混合在一起，將溫度冷卻到露點溫度，再通過加熱來實現(xiàn)加濕、加熱或者降溫，溫度和濕度的調(diào)節(jié)是同時進(jìn)行的，這樣的控制回路簡單，但是加濕加熱或冷卻共存，二次加熱與冷卻溫度抵消的能耗是非常大的。恒溫恒濕的嚴(yán)格要求也無疑會增加空調(diào)的能耗，而且，高大建筑本身空間大，而空調(diào)的溫濕度檢測器較少，不能及時反饋信息到總控制器，調(diào)節(jié)的滯后性就會導(dǎo)致資源浪費。有些工廠僅僅對空調(diào)的加工及工藝性進(jìn)行改進(jìn)是不夠的，甚至現(xiàn)在有些空調(diào)采用機(jī)械式除濕，凝聚的水成為了細(xì)菌滋生的良好載體。因此，這些缺陷都需要進(jìn)行有效優(yōu)化，從而真正做到高效節(jié)能。

2　傳統(tǒng)的恒溫恒濕空調(diào)存在的問題

2.1檢測反饋不合理，降低能源利用率

建筑物中大多數(shù)空調(diào)都是可以進(jìn)行溫度和濕度的檢測來控制室內(nèi)溫度濕度的恒定。但是由于高大建筑內(nèi)空間較大，氣流流動以及檢測反饋都需要一定的時間，在沒有及時反饋信息的時候，空調(diào)會一直保持設(shè)定的工作狀態(tài)，容易造成資源的極大浪費。并且，室外空氣參數(shù)和室內(nèi)情況也在不斷地波動，這給空調(diào)系統(tǒng)的快速檢測和及時調(diào)節(jié)增大了難度。

所以，在提高檢測器、傳感器靈敏度的同時，應(yīng)在表冷器上設(shè)置獨立的溫濕度控制器，還要注重其分布的數(shù)量以及布局特點，保證空調(diào)的控制系統(tǒng)對溫度和濕度的檢測更加敏感和及時。因此，針對不同布局的高大建筑，空調(diào)應(yīng)該具有調(diào)節(jié)不同風(fēng)量、設(shè)定不同布局的傳感器等特點，既能減少空調(diào)能耗，又能增強(qiáng)空調(diào)的使用廣泛性。

2.2降低空氣質(zhì)量

眾所周知，空氣能進(jìn)行除濕和換氣，使室內(nèi)保持一個最佳的環(huán)境，這也是空調(diào)備受歡迎的原因。一般高大建筑內(nèi)，不論是圖書館，還是人流集中的商場或辦公室，都需要空調(diào)的這些作用。因為圖書易潮，尤其是對于很多珍藏版的書籍或是帶有簽名的書籍，長期處于潮濕的空氣中會加快書籍的損壞，損失會很大。這其中采取的是水冷凝的原理，因為水冷凝可以產(chǎn)生除濕的作用。然而，傳統(tǒng)的恒溫恒濕類空調(diào)大都采用機(jī)械除濕的方法來控制室內(nèi)濕度的變化范圍，但是在除濕過程中產(chǎn)生的冷凝水容易滋生細(xì)菌，并給細(xì)菌的生長繁衍提供了一個良好的環(huán)境，無形之中降低了空氣質(zhì)量［3］，危害人體的健康，這就在人們享受的同時也帶來了負(fù)面影響。所以，在進(jìn)行水冷凝過程中，空調(diào)應(yīng)該具有一個獨立的儲存裝置來處理冷凝水，也方便隨時對其消毒清理。

2.3定風(fēng)量運行造成資源浪費

現(xiàn)如今，很多家庭或公共場所內(nèi)用的空調(diào)都是普通空調(diào)，就是在響應(yīng)命令開啟以后，空調(diào)就開始以一定風(fēng)量開始運行，而這個風(fēng)量一般是空調(diào)出廠時設(shè)定的，僅僅靠打開和關(guān)閉來控制空調(diào)以維持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?。但是，一年四季的溫差以及濕度差較大，應(yīng)該具體問題具體對待。倘若只是采用定風(fēng)量的恒溫恒濕類空調(diào)進(jìn)行室內(nèi)調(diào)節(jié)，便會做很多無用功。尤其是在一些季節(jié)的過渡時期，例如春夏之間或者秋冬之間，白天溫度適宜，只需要適當(dāng)調(diào)節(jié)溫濕度以及換新風(fēng)，不需要采取大功率、大風(fēng)量來進(jìn)行運作，那樣只會導(dǎo)致資源的浪費［4］。因此，需要通過分析當(dāng)前的溫度和濕度與設(shè)定的溫濕度的差值大小，從而控制系統(tǒng)對空調(diào)進(jìn)行變風(fēng)量控制，使其滿足要求。

3　恒溫恒濕類空調(diào)工程的優(yōu)化設(shè)計

3.1合理布置溫濕度檢測器

由于高大建筑內(nèi)空間較大以及障礙物的阻擋，氣流流通十分緩慢。如果溫濕度檢測器分布不合理，就不能及時將室內(nèi)各處的溫濕度信息及時反饋給主控制路，從而導(dǎo)致控制的不及時和資源的浪費。因此，在對此類空調(diào)工程進(jìn)行設(shè)計時，必須根據(jù)建筑的布局來增加或減少外部檢測器，一般會選在空調(diào)安裝的對面墻上設(shè)置幾個空調(diào)外部檢測器，并采用PID閉環(huán)反饋控制來實現(xiàn)整個過程的運作，這樣避免了建筑內(nèi)的局部冷熱情況下，空調(diào)未采取變向調(diào)節(jié)。同時，將控制溫度和濕度的線路獨立分為兩個控制回路，分別由獨立的控制器來控制溫度和濕度的調(diào)節(jié)。從而，避免了溫濕度調(diào)節(jié)的同時進(jìn)行，造成資源的極大浪費。

3.2冷熱源的回收利用

我國一直倡導(dǎo)著資源再利用，這也是設(shè)計初衷的一個重要原因。甚至有人曾構(gòu)想過，能否將夏天的熱量儲存起來，在冬天的時候利用，或者是將南方的熱量儲存起來，運到寒冷的北方進(jìn)行取暖。雖然還沒有真正實現(xiàn)這個最初構(gòu)想，卻依然要重視資源的回收利用。因此，除了從空調(diào)自身系統(tǒng)降低能耗，還要進(jìn)行冷熱資源的回收利用［5］?？梢酝ㄟ^空調(diào)內(nèi)安裝的資源回收裝置回收多余的冷熱能源，并將這些能量用于對新風(fēng)的處理，以減少機(jī)組本身運行所承載的負(fù)荷，從而提高空調(diào)本身性能。這樣既節(jié)約了空調(diào)運作所需要的能量，更做到了資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的美好構(gòu)想，這也是人類以后發(fā)展的方向。

3.3根據(jù)氣候改變空調(diào)運行方式

眾所周知，一年四季的氣候變化很大，空調(diào)的作用也就是冬天供暖、夏天供冷。然而，對于高大建筑來說，空調(diào)基本上一整年都在運作，只不過在溫濕度較適宜的時候，空調(diào)會處于低負(fù)荷運行狀態(tài)。但是，風(fēng)量大小基本上沒有得到適當(dāng)控制，尤其是在過渡季節(jié)時期，應(yīng)該減小系統(tǒng)風(fēng)量、水的溫差等。這就要求不僅要在平時進(jìn)行變風(fēng)量運行，在每個時期也要進(jìn)行具體的調(diào)控。因此，空調(diào)應(yīng)采取變頻來控制每個氣候時期的通風(fēng)量。其中，有兩種變頻方式可以應(yīng)用到對風(fēng)量的控制上，一種是通過傳感器來控制變速泵和變速風(fēng)機(jī)，另一種是根據(jù)需求改變空調(diào)的風(fēng)流量和水流量的調(diào)節(jié)閥，均能有效調(diào)控空調(diào)的運行［6］。

空調(diào)在冬季運行時，由干球溫度傳感器手動分擋和自動控制電加熱器的加熱量和風(fēng)量，手動擋主要是由溫差大小來分的，因此，在不同季節(jié)可以采取不同檔位，不同的檔位也代表了不同的功率，而特定季節(jié)下的溫差就可以只通過自動控制電加熱器來實現(xiàn)。由濕球溫度傳感器控制電極加濕器內(nèi)電加熱器的開或關(guān)，以達(dá)到加濕的目的，從而避免了細(xì)菌的滋生。在夏季運行時，制冷系統(tǒng)及其供液管上的電磁閥打開，新風(fēng)和回風(fēng)混合后通過直接膨脹式表冷器降溫去濕，大致達(dá)到所需的機(jī)器露點溫度后，再根據(jù)干球溫度傳感器所表現(xiàn)出來的室內(nèi)實時負(fù)荷要求控制再加熱度。

4　結(jié)束語

在恒溫恒濕類空調(diào)需求領(lǐng)域越來越廣泛的情況下，人們對空調(diào)的運行質(zhì)量要求也越來越高，尤其是與身體健康或是空調(diào)在相同工作效率下節(jié)省資源相關(guān)的設(shè)計。所以，空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計是勢在必行的。本論述通過對恒溫恒濕類空調(diào)工程的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)中所存在的缺陷，并結(jié)合高大建筑的布局以及室內(nèi)熱平衡原理對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。在保證空調(diào)溫濕度高精度控制的同時，對空調(diào)進(jìn)行了高度節(jié)能設(shè)計優(yōu)化，減小空調(diào)的運行負(fù)荷，并有效保證恒溫區(qū)的溫濕度均勻性。

［1］ 王培.恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究［D］.南京：南京理工大學(xué)，2008.

［2］ 馬長捷，朱鳳.恒溫恒濕實驗室空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計［J］.節(jié)能，2009（05）：16-18.

［3］ 徐勇.恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能控制［J］.建筑設(shè)計管理，2010（04）：57-80.

［4］ 可翔宇.恒溫恒濕中央空調(diào)建模與優(yōu)化方法研究［D］.沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2014.

［5］ 李申.恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與性能模擬［D］.杭州：浙江大學(xué)，2012.

［6］ 張駿飛，代斌.淺談恒溫恒濕空調(diào)技術(shù)與民用建筑的結(jié)合實例［J］.安裝，2005（11）：156-159.

TB657.2

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.07.011

2016-4-30

魏鎖鵬（1978-），男，漢族，陜西藍(lán)田人，大學(xué)本科，工程師，主要從事供熱通風(fēng)與空調(diào)工程設(shè)計工作。