高大建筑恒温恒湿类空调工程的设计分析

魏锁鹏

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃　兰州　730000）

高大建筑恒温恒湿类空调工程的设计分析

魏锁鹏

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州730000）

随着社会与经济的快速发展，越来越多的高大建筑逐渐屹立在城市中间，人们对于生活质量的要求越来越高。因此，不仅促进了空调的普及，更对其恒温恒湿的综合性能提出了更高的要求。本论述通过对当前国内现存的恒温恒湿类空调工程进行分析，以及阐述其国内外发展现状，总结出传统的恒温恒湿类空调运作中所存在的问题，并结合我国已达到的技术水平，对高大建筑恒温恒湿类空调工程提出了高效、节能的设计方案。

高大建筑；恒温恒湿类空调；现存问题；优化设计

0　引言

自二十一世纪以来，在我国高大建筑建设的过程中，考虑到其空气流通缓慢，空间较大，且为了采光窗户一般较大，但是会使室内温度偏高，空气比较闷，因此，恒温恒湿类空调工程的不断优化是必不可少的。它作为一种工艺性暖通空调，主要是在控制室内温度在区间内恒定的同时，还要保证室内湿度的变化范围。尤其是在一些大型博物馆或图书馆内，储存的很多珍贵的展览物品以及书籍对温度、湿度均要求较高。

然而，高大建筑内的温度调节取决于两个方面［1］：一个是建筑环境的自身调节，例如调整室内布局、增加墙体壁厚以及部分采用保温材料等；另一方面是空调工程的设计优化，对冷热源、主机的配备容量、水系统的配备、新风系统等的参数化设计选择来实现资源的节能。因此，在保证节能、高效的基本条件下，对恒温恒湿类空调工程的进一步优化是势在必行的。

1　恒温恒湿类空调的发展现状

随着经济与科技的发展，我国建筑设施以及人民的生活水平也都发生了变化。由于高大建筑的空间较大，气流流动缓慢，导致温度适宜的时期不能正常换气，过冷或过热的时期更需要空调来供暖供冷［2］。因此，不仅大多数城镇或者农村都安装了空调，很多高大建筑内也都安装了恒温恒湿类空调来调节室内的温湿度。

空调调节的传统方法是将回风与新风混合在一起，将温度冷却到露点温度，再通过加热来实现加湿、加热或者降温，温度和湿度的调节是同时进行的，这样的控制回路简单，但是加湿加热或冷却共存，二次加热与冷却温度抵消的能耗是非常大的。恒温恒湿的严格要求也无疑会增加空调的能耗，而且，高大建筑本身空间大，而空调的温湿度检测器较少，不能及时反馈信息到总控制器，调节的滞后性就会导致资源浪费。有些工厂仅仅对空调的加工及工艺性进行改进是不够的，甚至现在有些空调采用机械式除湿，凝聚的水成为了细菌滋生的良好载体。因此，这些缺陷都需要进行有效优化，从而真正做到高效节能。

2　传统的恒温恒湿空调存在的问题

2.1检测反馈不合理，降低能源利用率

建筑物中大多数空调都是可以进行温度和湿度的检测来控制室内温度湿度的恒定。但是由于高大建筑内空间较大，气流流动以及检测反馈都需要一定的时间，在没有及时反馈信息的时候，空调会一直保持设定的工作状态，容易造成资源的极大浪费。并且，室外空气参数和室内情况也在不断地波动，这给空调系统的快速检测和及时调节增大了难度。

所以，在提高检测器、传感器灵敏度的同时，应在表冷器上设置独立的温湿度控制器，还要注重其分布的数量以及布局特点，保证空调的控制系统对温度和湿度的检测更加敏感和及时。因此，针对不同布局的高大建筑，空调应该具有调节不同风量、设定不同布局的传感器等特点，既能减少空调能耗，又能增强空调的使用广泛性。

2.2降低空气质量

众所周知，空气能进行除湿和换气，使室内保持一个最佳的环境，这也是空调备受欢迎的原因。一般高大建筑内，不论是图书馆，还是人流集中的商场或办公室，都需要空调的这些作用。因为图书易潮，尤其是对于很多珍藏版的书籍或是带有签名的书籍，长期处于潮湿的空气中会加快书籍的损坏，损失会很大。这其中采取的是水冷凝的原理，因为水冷凝可以产生除湿的作用。然而，传统的恒温恒湿类空调大都采用机械除湿的方法来控制室内湿度的变化范围，但是在除湿过程中产生的冷凝水容易滋生细菌，并给细菌的生长繁衍提供了一个良好的环境，无形之中降低了空气质量［3］，危害人体的健康，这就在人们享受的同时也带来了负面影响。所以，在进行水冷凝过程中，空调应该具有一个独立的储存装置来处理冷凝水，也方便随时对其消毒清理。

2.3定风量运行造成资源浪费

现如今，很多家庭或公共场所内用的空调都是普通空调，就是在响应命令开启以后，空调就开始以一定风量开始运行，而这个风量一般是空调出厂时设定的，仅仅靠打开和关闭来控制空调以维持适当的温度和湿度。但是，一年四季的温差以及湿度差较大，应该具体问题具体对待。倘若只是采用定风量的恒温恒湿类空调进行室内调节，便会做很多无用功。尤其是在一些季节的过渡时期，例如春夏之间或者秋冬之间，白天温度适宜，只需要适当调节温湿度以及换新风，不需要采取大功率、大风量来进行运作，那样只会导致资源的浪费［4］。因此，需要通过分析当前的温度和湿度与设定的温湿度的差值大小，从而控制系统对空调进行变风量控制，使其满足要求。

3　恒温恒湿类空调工程的优化设计

3.1合理布置温湿度检测器

由于高大建筑内空间较大以及障碍物的阻挡，气流流通十分缓慢。如果温湿度检测器分布不合理，就不能及时将室内各处的温湿度信息及时反馈给主控制路，从而导致控制的不及时和资源的浪费。因此，在对此类空调工程进行设计时，必须根据建筑的布局来增加或减少外部检测器，一般会选在空调安装的对面墙上设置几个空调外部检测器，并采用PID闭环反馈控制来实现整个过程的运作，这样避免了建筑内的局部冷热情况下，空调未采取变向调节。同时，将控制温度和湿度的线路独立分为两个控制回路，分别由独立的控制器来控制温度和湿度的调节。从而，避免了温湿度调节的同时进行，造成资源的极大浪费。

3.2冷热源的回收利用

我国一直倡导着资源再利用，这也是设计初衷的一个重要原因。甚至有人曾构想过，能否将夏天的热量储存起来，在冬天的时候利用，或者是将南方的热量储存起来，运到寒冷的北方进行取暖。虽然还没有真正实现这个最初构想，却依然要重视资源的回收利用。因此，除了从空调自身系统降低能耗，还要进行冷热资源的回收利用［5］。可以通过空调内安装的资源回收装置回收多余的冷热能源，并将这些能量用于对新风的处理，以减少机组本身运行所承载的负荷，从而提高空调本身性能。这样既节约了空调运作所需要的能量，更做到了资源节约型和环境友好型的美好构想，这也是人类以后发展的方向。

3.3根据气候改变空调运行方式

众所周知，一年四季的气候变化很大，空调的作用也就是冬天供暖、夏天供冷。然而，对于高大建筑来说，空调基本上一整年都在运作，只不过在温湿度较适宜的时候，空调会处于低负荷运行状态。但是，风量大小基本上没有得到适当控制，尤其是在过渡季节时期，应该减小系统风量、水的温差等。这就要求不仅要在平时进行变风量运行，在每个时期也要进行具体的调控。因此，空调应采取变频来控制每个气候时期的通风量。其中，有两种变频方式可以应用到对风量的控制上，一种是通过传感器来控制变速泵和变速风机，另一种是根据需求改变空调的风流量和水流量的调节阀，均能有效调控空调的运行［6］。

空调在冬季运行时，由干球温度传感器手动分挡和自动控制电加热器的加热量和风量，手动挡主要是由温差大小来分的，因此，在不同季节可以采取不同档位，不同的档位也代表了不同的功率，而特定季节下的温差就可以只通过自动控制电加热器来实现。由湿球温度传感器控制电极加湿器内电加热器的开或关，以达到加湿的目的，从而避免了细菌的滋生。在夏季运行时，制冷系统及其供液管上的电磁阀打开，新风和回风混合后通过直接膨胀式表冷器降温去湿，大致达到所需的机器露点温度后，再根据干球温度传感器所表现出来的室内实时负荷要求控制再加热度。

4　结束语

在恒温恒湿类空调需求领域越来越广泛的情况下，人们对空调的运行质量要求也越来越高，尤其是与身体健康或是空调在相同工作效率下节省资源相关的设计。所以，空调系统进行优化设计是势在必行的。本论述通过对恒温恒湿类空调工程的发展现状进行了分析，发现当前空调系统中所存在的缺陷，并结合高大建筑的布局以及室内热平衡原理对空调系统进行了优化设计。在保证空调温湿度高精度控制的同时，对空调进行了高度节能设计优化，减小空调的运行负荷，并有效保证恒温区的温湿度均匀性。

［1］ 王培.恒温恒湿空调系统的节能研究［D］.南京：南京理工大学，2008.

［2］ 马长捷，朱凤.恒温恒湿实验室空调系统的节能优化设计［J］.节能，2009（05）：16-18.

［3］ 徐勇.恒温恒湿空调系统能耗分析及节能控制［J］.建筑设计管理，2010（04）：57-80.

［4］ 可翔宇.恒温恒湿中央空调建模与优化方法研究［D］.沈阳：沈阳工业大学，2014.

［5］ 李申.恒温恒湿空调系统的优化设计与性能模拟［D］.杭州：浙江大学，2012.

［6］ 张骏飞，代斌.浅谈恒温恒湿空调技术与民用建筑的结合实例［J］.安装，2005（11）：156-159.

TB657.2

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.07.011

2016-4-30

魏锁鹏（1978-），男，汉族，陕西蓝田人，大学本科，工程师，主要从事供热通风与空调工程设计工作。