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隨著我國社會經濟的發展，國內公共文化藝術事業蒸蒸日上，各地紛紛新建或擴建了很多的藝術館、博物館等文化類建筑。藝術館的空調負荷較大，且對室內環境有比較苛刻的要求，常規中央空調是采用冷凍除濕降低空氣溫度，從而使得空氣中的水分凝結析出，這種方式導致空調盤管表面潮濕，容易滋生各種細菌，由此引起的能耗偏大、生物污染源及室內環境溫濕度不穩定等問題應該引起重視。

1項目簡介和負荷計算

梅溪湖國際文化藝術中心藝術館為政府投資建設的文化設施類項目，定位于湖南省規模最大、功能最全、全國領先、國際一流的藝術館，是省市重點建設項目、長沙市地標性建筑。藝術館地上建筑面積約2．3萬m2，具有面積400～3000m2的多個藝術品展廳、藝術品拍賣廳、多功能廳、報告廳、培訓室、藝術家工作室等場所。本項目藝術館展廳部分室內設計參數見表1。該藝術館展廳很多，選用最具代表性的大盒子展廳作為研究對象，大盒子展廳定位于實驗性藝術展覽，其面積為896m2，凈高為7m。參照GB50189—2005《公共建筑節能設計標準》，藝術館人均占有的使用面積取5米2／人，人均新風量取25米3／（時•人），公共照明功率密度值取20W／m2，電器設備功率取15W／m2［1］，通過負荷計算得到大盒子展廳的冷負荷為140kW，其中新風負荷為65kW，室內負荷為75kW，室內濕負荷為15．3kg／h，新風量為4480m2／h。

2空調方案的選擇及分析

為響應國家節能減排政策和湖南湘江新區建設兩型社會的號召，同時參考藝術館顧問的意見，本項目空調設計非常重視系統的節能運行和室內環境恒溫恒濕的原則。

2．1比較分析的基礎和條件大盒子展廳室內空氣設計狀態點為N（t＝24℃，φ＝50％），通過計算得到絕對含濕量d＝9．5g／kg干空氣，保持含濕量不變，干球溫度每變化1℃引起相對濕度變化見表2。由表2可見，室內干球溫度上升或者下降1℃引起相對濕度變化約為3％，為維持室內±3％的相對濕度，本項目溫度控制精度確定為24℃±1℃。根據GB50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》，室溫允許波動范圍為±1℃時，送風溫差宜為6～9℃，且換氣次數不宜小于5次。經與設計方多次討論研究，最終確認3種空氣調節方案適合本項目：方案一為一次回風＋再熱空調系統；方案二為二次回風空調系統；方案三為溫濕度獨立控制空調系統。

2．2空調系統能耗分析3個方案送風溫差均取6℃，機械露點取95％，方案一的計算和分析結果見表3。表4所示為方案二的計算和分析結果。方案三利用新風溶液調濕機組處理新風和室內濕負荷后與回風混合，然后利用高溫冷凍水處理顯熱至送風點狀態點，其處理過程見圖1。由表5和表6可以得到，離心式冷水機組在冷凍水供／回水溫度為12℃／17℃工況下比在6℃／11℃工況下平均性能系數COP高26％。從空調設計師角度來講，更關注的是在設計工況下的整個空調系統的能效，溶液除濕機組平均性能系數為4．77，橫流式冷卻塔平均性能系數為151．8。對于輸送能耗：依據GB50189—2005，空調冷凍水管道的輸送能效比為0．0241，冷凍水泵和冷卻水泵輸送能效比均取0．0241。方案二和方案三送風量一致，風系統能耗基本相同。為簡化計算，系統能耗暫不考慮風系統能耗，方案二和方案三在滿負荷工況下能耗分別。

2．3室內環境控制精度分析空調控制中主要是溫度和相對濕度的控制，這2個參數常常是在一個調節對象里同時進行調節的2個被調量。2個參數在調節過程中又相互影響。如某些原因使室內溫度升高，引起空氣中水蒸氣的飽和分壓變化，在含濕量不變的情況下，將使相對濕度減小。二次回風系統的控制歷來是工程上的難點，首先，二次回風在總風量中的比例很難確定，二次回風閥和一次回風閥聯動，改變二次回風閥開度的同時改變了一次回風閥的開度。其次，加入二次回風可改變室內空氣狀態，如果在調節過程中風閥變動頻繁，易引起系統振蕩。第三，空氣的流動和閥門開度是非線性關系，無法根據閥門開度準確判斷實際的空氣流量［3］。第四，二次回風系統調節比例以及盤管開度調節需要根據自控系統結果設定，因具有一定的滯后性，從而導致精度不是很高。因此，二次回風空調系統不適合有嚴格濕度要求的空調系統，如要求相對濕度精度在±3％的空調系統。

而基于溶液調濕技術的溫濕度獨立控制空調系統從根本上避免了傳統空調對空氣溫濕度耦合處理的方式，采用溫度和濕度分開處理的方式。這種溫度和濕度分開處理的方式決定了溫濕度獨立控制空調系統必將滿足環境熱濕比的變化，由新風段負責室內濕負荷，混風段或風機盤管負責室內顯熱，即等濕降溫。新風段是依靠調節溶液的濃度調節新風含濕量，以滿足環境不停變化的散濕量變化。當干燥新風承擔了所有的濕負荷以后，混風段或風機盤管只需承擔顯熱，也就是只需要降溫，這樣一次性達到送風的要求值。這種分開處理溫濕度、直接快速達到送風狀態的空氣處理方式簡化了空調系統在控制中的復雜性，降低了控制誤差。而依靠改變溶液濃度控制新風含濕量的方式要比冷凍除濕控制冷水流量的方式更加易控制、更加精準。溫度濕度分開處理的方式，決定了其比傳統冷凍除濕方式對送風溫濕度控制精度高，并且可滿足不同熱濕比的變化；再者溶液式的除濕方式比通過控制冷水流量的方式的除濕能力強、除濕范圍廣且濕度控制精準，消除了冷凍除濕在控制上的滯后性。以上決定了溫濕度獨立控制空調系統能夠控制室內溫度精度為±1℃，相對濕度精度為±3％。

3結論

如何保證實現藝術館、博物館等特殊場所空調系統的節能運行和室內環境溫濕度穩定控制是值得設計師重點考慮的問題，筆者對3種空調方案從能耗和溫濕度控制方面做出分析，結論如下：1）方案一：一次回風＋再熱空調系統，空氣處理過程相對簡單，實現室內溫濕度控制要求相對容易，但是為了降低送風溫差，對空氣進行再熱處理，冷熱抵消，造成了大量的能耗浪費。2）方案二：二次回風空調系統，利用二次回風降低送風溫差，沒有造成冷熱抵消，但是二次回風采用冷凍除濕，冷凍水須處于較低的溫度，造成冷水機組運行效率不高，且二次回風的控制歷來是工程上的難點，在相對濕度精度在±3％的空調系統中不適合采用。3）方案三：溫濕度獨立控制的空調系統通過溶液調濕機組除濕，然后采用高溫冷凍水除顯熱，在滿負荷運行狀態下比方案二節能13．8％，在部分負荷情況下，隨著顯熱負荷比重增大，節能效果將會更加明顯［5］。溶液調濕空調系統對熱負荷和濕負荷獨立處理，更能適應各種空氣處理工況，溫濕獨立控制的溶液調濕空調系統能更好控制室內空氣溫濕度。鑒于溫濕度獨立控制的溶液調濕空調系統具有較好的節能效果和室內溫濕度控制精度，盡管初投資有所提高，梅溪湖文化藝術中心藝術館項目最終選擇了該方案。

作者：孟海 單位：梅溪湖投資（長沙）有限公司