文化艺术中心空调系统应用范文

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随着我国社会经济的发展，国内公共文化艺术事业蒸蒸日上，各地纷纷新建或扩建了很多的艺术馆、博物馆等文化类建筑。艺术馆的空调负荷较大，且对室内环境有比较苛刻的要求，常规中央空调是采用冷冻除湿降低空气温度，从而使得空气中的水分凝结析出，这种方式导致空调盘管表面潮湿，容易滋生各种细菌，由此引起的能耗偏大、生物污染源及室内环境温湿度不稳定等问题应该引起重视。

1项目简介和负荷计算

梅溪湖国际文化艺术中心艺术馆为政府投资建设的文化设施类项目，定位于湖南省规模最大、功能最全、全国领先、国际一流的艺术馆，是省市重点建设项目、长沙市地标性建筑。艺术馆地上建筑面积约2．3万m2，具有面积400～3000m2的多个艺术品展厅、艺术品拍卖厅、多功能厅、报告厅、培训室、艺术家工作室等场所。本项目艺术馆展厅部分室内设计参数见表1。该艺术馆展厅很多，选用最具代表性的大盒子展厅作为研究对象，大盒子展厅定位于实验性艺术展览，其面积为896m2，净高为7m。参照GB50189—2005《公共建筑节能设计标准》，艺术馆人均占有的使用面积取5米2／人，人均新风量取25米3／（时•人），公共照明功率密度值取20W／m2，电器设备功率取15W／m2［1］，通过负荷计算得到大盒子展厅的冷负荷为140kW，其中新风负荷为65kW，室内负荷为75kW，室内湿负荷为15．3kg／h，新风量为4480m2／h。

2空调方案的选择及分析

为响应国家节能减排政策和湖南湘江新区建设两型社会的号召，同时参考艺术馆顾问的意见，本项目空调设计非常重视系统的节能运行和室内环境恒温恒湿的原则。

2．1比较分析的基础和条件大盒子展厅室内空气设计状态点为N（t＝24℃，φ＝50％），通过计算得到绝对含湿量d＝9．5g／kg干空气，保持含湿量不变，干球温度每变化1℃引起相对湿度变化见表2。由表2可见，室内干球温度上升或者下降1℃引起相对湿度变化约为3％，为维持室内±3％的相对湿度，本项目温度控制精度确定为24℃±1℃。根据GB50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，室温允许波动范围为±1℃时，送风温差宜为6～9℃，且换气次数不宜小于5次。经与设计方多次讨论研究，最终确认3种空气调节方案适合本项目：方案一为一次回风＋再热空调系统；方案二为二次回风空调系统；方案三为温湿度独立控制空调系统。

2．2空调系统能耗分析3个方案送风温差均取6℃，机械露点取95％，方案一的计算和分析结果见表3。表4所示为方案二的计算和分析结果。方案三利用新风溶液调湿机组处理新风和室内湿负荷后与回风混合，然后利用高温冷冻水处理显热至送风点状态点，其处理过程见图1。由表5和表6可以得到，离心式冷水机组在冷冻水供／回水温度为12℃／17℃工况下比在6℃／11℃工况下平均性能系数COP高26％。从空调设计师角度来讲，更关注的是在设计工况下的整个空调系统的能效，溶液除湿机组平均性能系数为4．77，横流式冷却塔平均性能系数为151．8。对于输送能耗：依据GB50189—2005，空调冷冻水管道的输送能效比为0．0241，冷冻水泵和冷却水泵输送能效比均取0．0241。方案二和方案三送风量一致，风系统能耗基本相同。为简化计算，系统能耗暂不考虑风系统能耗，方案二和方案三在满负荷工况下能耗分别。

2．3室内环境控制精度分析空调控制中主要是温度和相对湿度的控制，这2个参数常常是在一个调节对象里同时进行调节的2个被调量。2个参数在调节过程中又相互影响。如某些原因使室内温度升高，引起空气中水蒸气的饱和分压变化，在含湿量不变的情况下，将使相对湿度减小。二次回风系统的控制历来是工程上的难点，首先，二次回风在总风量中的比例很难确定，二次回风阀和一次回风阀联动，改变二次回风阀开度的同时改变了一次回风阀的开度。其次，加入二次回风可改变室内空气状态，如果在调节过程中风阀变动频繁，易引起系统振荡。第三，空气的流动和阀门开度是非线性关系，无法根据阀门开度准确判断实际的空气流量［3］。第四，二次回风系统调节比例以及盘管开度调节需要根据自控系统结果设定，因具有一定的滞后性，从而导致精度不是很高。因此，二次回风空调系统不适合有严格湿度要求的空调系统，如要求相对湿度精度在±3％的空调系统。

而基于溶液调湿技术的温湿度独立控制空调系统从根本上避免了传统空调对空气温湿度耦合处理的方式，采用温度和湿度分开处理的方式。这种温度和湿度分开处理的方式决定了温湿度独立控制空调系统必将满足环境热湿比的变化，由新风段负责室内湿负荷，混风段或风机盘管负责室内显热，即等湿降温。新风段是依靠调节溶液的浓度调节新风含湿量，以满足环境不停变化的散湿量变化。当干燥新风承担了所有的湿负荷以后，混风段或风机盘管只需承担显热，也就是只需要降温，这样一次性达到送风的要求值。这种分开处理温湿度、直接快速达到送风状态的空气处理方式简化了空调系统在控制中的复杂性，降低了控制误差。而依靠改变溶液浓度控制新风含湿量的方式要比冷冻除湿控制冷水流量的方式更加易控制、更加精准。温度湿度分开处理的方式，决定了其比传统冷冻除湿方式对送风温湿度控制精度高，并且可满足不同热湿比的变化；再者溶液式的除湿方式比通过控制冷水流量的方式的除湿能力强、除湿范围广且湿度控制精准，消除了冷冻除湿在控制上的滞后性。以上决定了温湿度独立控制空调系统能够控制室内温度精度为±1℃，相对湿度精度为±3％。

3结论

如何保证实现艺术馆、博物馆等特殊场所空调系统的节能运行和室内环境温湿度稳定控制是值得设计师重点考虑的问题，笔者对3种空调方案从能耗和温湿度控制方面做出分析，结论如下：1）方案一：一次回风＋再热空调系统，空气处理过程相对简单，实现室内温湿度控制要求相对容易，但是为了降低送风温差，对空气进行再热处理，冷热抵消，造成了大量的能耗浪费。2）方案二：二次回风空调系统，利用二次回风降低送风温差，没有造成冷热抵消，但是二次回风采用冷冻除湿，冷冻水须处于较低的温度，造成冷水机组运行效率不高，且二次回风的控制历来是工程上的难点，在相对湿度精度在±3％的空调系统中不适合采用。3）方案三：温湿度独立控制的空调系统通过溶液调湿机组除湿，然后采用高温冷冻水除显热，在满负荷运行状态下比方案二节能13．8％，在部分负荷情况下，随着显热负荷比重增大，节能效果将会更加明显［5］。溶液调湿空调系统对热负荷和湿负荷独立处理，更能适应各种空气处理工况，温湿独立控制的溶液调湿空调系统能更好控制室内空气温湿度。鉴于温湿度独立控制的溶液调湿空调系统具有较好的节能效果和室内温湿度控制精度，尽管初投资有所提高，梅溪湖文化艺术中心艺术馆项目最终选择了该方案。

作者：孟海 单位：梅溪湖投资（长沙）有限公司