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摘要：介紹了空調冷熱源的基本設置，重點分析了藏品庫恒溫恒濕空調系統的設計，得出藏品庫采用風冷型恒溫恒濕機組是合理的。分析了高大空間空調系統設計，實際運行情況表明低溫地板輻射供暖或地板散流器供暖在寒冷地區高大空間的應用可以滿足供暖要求。
關鍵詞：恒溫恒濕；空調系統；高大空間；再熱；輻射供熱；防凍
1工程概況
抗美援朝紀念館位于遼寧省丹東市英華山頂，是全國唯一全面反映中國人民抗美援朝戰爭和抗美援朝運動歷史的專題紀念館，始建于1958年。為迎接抗美援朝戰爭勝利70周年，改擴建工程以原真性保留“地下指揮所舊址”、保護性修繕“紀念塔及其地下附屬空間”與整合性改造“全景畫館”為保護性改造策略，原址新建抗美援朝戰爭紀念館（以下簡稱抗館）。園區總用地面積為182475m2，改擴建后總建筑面積約為29983m2，其中保留改造建筑面積為5474m2，新建建筑面積約為24509m2。新建紀念館在紀念廣場上2層，高度為16m，主要建筑體量結合山體位于紀念廣場之下，改擴建后的新抗館于2020年9月對外開放。紀念館效果圖如圖1所示。首層結合山體設置，部分埋入山體內，主要功能為志愿軍空軍專題陳列館、志愿軍英雄館、抗美援朝運動館、全景畫館、藏品庫及設備用房，局部夾層為辦公及管理用房；2層為入口大廳及序廳、抗美援朝戰爭館；3層為臨時展廳、經典戰例多媒體演示區、館史陳列館、多功能廳。
2空調冷熱源設置
抗館項目包括新建和改造兩部分，改造部分原設計空調冷熱源方案為水冷機組＋區域鍋爐房的形式，鍋爐房為抗館和丹東市氣象局合用。2015年項目改擴建時，已有市政熱網可供使用，同時考慮原有制冷機組有1臺可以正常使用，本項目冷熱源采用水冷冷水機組＋市政熱網的空調方案。水冷機組設在1層，遠離藏品庫及展覽區的設備區，市政熱力公司為本項目在院區內建設了換熱站，供冬季空調及供暖使用。根據負荷計算結果，制冷配置3臺水冷螺桿式冷水機組。2臺為新增，單臺制冷量1270kW；1臺原有制冷機組，制冷量416kW。新增機組性能系數（COP）不低于5.5。通過兩大一小的配置方案，既可以滿足夏季開館時的空調需求，又可以滿足不開館時1層夾層辦公、會議、專家工作室及餐飲區的空調使用要求。夏季空調供／回水溫度為7℃／12℃，冷卻水進／出水溫度為32℃／37℃。冬季經換熱站換熱后的空調熱水供／回水溫度為60℃／50℃，地板輻射供暖供／回水溫度為45℃／35℃。入口門廳、序廳、空軍專題陳列館、志愿軍英雄館、抗美援朝運動館等均為高大空間，序廳裝修完成后的高度超過10m，其余大空間也在6m以上。考慮冬季熱空氣分層的問題，1層公共展廊、入口門廳冬季輔助地板輻射供暖，序廳及其他展廳考慮布展變動時會在地面重新挖溝槽，地板輻射供熱管道可能會被損壞，設計采用輔助地板對流器的方案，來保證高大空間的供熱效果。
3藏品庫恒溫恒濕空調設計
3.1藏品庫的負荷特點
藏品庫是博物館的核心區域，用于保存一些貴重物品，如出土的青銅器、竹簡、陶器、漆器、紙質物品、金屬制品等，文獻［1］根據藏品類型的不同，將藏品庫分為4類。抗館現有館藏抗美援朝文物2萬余件，各類抗美援朝資料3萬余份，是目前國內收藏抗美援朝文物與資料較為全面和系統的紀念館。藏品庫對環境的要求包括溫度、濕度、污染物濃度、光輻射及防水、防塵、振動等的要求。因此，藏品庫多設在地下室或封閉的內區房間內。如北京軍事博物館、盤龍城博物館的藏品庫均設在地下室，本項目藏品庫設在1層，四周被巡更通道包圍，如圖2所示。藏品庫的布置特點決定了藏品庫冷熱負荷中，圍護結構負荷的比例很小，這樣有利于藏品庫內恒溫恒濕設備的穩定運行。藏品庫內的藏品以實物為主，無發熱量，也基本無發熱設備，因此藏品庫內設備負荷工程上可以不計算。藏品庫負荷基本以地面傳熱、照明及新風負荷為主。藏品庫的新風的作用除保證室內空氣品質外，還有維持藏品庫房間內正壓的作用，設計中一般以維持相鄰走道或房間5Pa的壓力差來計算新風量。通過負荷計算，抗館藏品庫的冷指標為40.6W／m2（含新風），熱指標為47.2W／m2（含新風）。其冷熱指標低于辦公、商業等常見空調負荷指標?？桂^藏品庫的設計標準如表1［2］所示。
3.2恒溫恒濕機組的選擇
常見恒溫恒濕機組有風冷和水冷2種形式，風冷型恒溫恒濕機組有應用廣泛、易分散設置、適應性強、設備故障率低、安全性高、控制簡單、運行維護費用低等優點，在小型項目中應用較多。但也存在受室外溫度影響大、除濕能力低、斷電時無法實現延時供冷的缺點［3］。水冷恒溫恒濕系統一般由冷水機組、冷卻塔、冷水泵、冷卻水泵、蓄冷罐、機房空調末端及空調水系統組成，也有采用空氣源熱泵系統帶蓄冷罐的系統，該系統有制冷效率高、供冷穩定、帶蓄冷罐可以保證電力系統故障時延遲供冷等優點，適合用于面積較大的恒溫恒濕系統，如大型數據機房。綜合比較分析，抗館藏品庫面積小、負荷低、總冷負荷不足最小制冷機組的10％，結合丹東四季分明、夏季短而涼爽的氣候特點，采用風冷型恒溫恒濕機組更合理。設計按照不同的藏品類型分開設置機組，共采用4臺風冷型恒溫恒濕機組，機組再熱為電再熱，加濕為電加濕。新風采用獨立新風機組，經過濾、制冷或加熱后再與恒溫恒濕機組的回風混合，這種做法可以讓恒溫恒濕機組在穩定的工況下運行，減少室外溫度變化對房間內溫濕度波動的影響。不論采用風冷型還是水冷型恒溫恒濕機組，為了藏品庫內溫濕度的相對恒定，需要通過加大送風量、減小送風溫差的形式來實現，因此，循環空氣在制冷后都存在再熱的問題，且多為電再熱，再熱就會出現冷熱抵消的問題，這種電再熱的恒溫恒濕系統不利于節能。隨著技術的發展及國家節能減排、實現碳中和的目標要求，迫切需要更加節能的恒溫恒濕空調系統。以下2種恒溫恒濕空調系統可以在以后推廣應用。四管制空氣源熱泵型恒溫恒濕機組如圖3所示，空氣制冷后的再熱量由四管制空氣源熱泵提供。取代了電再熱，系統能效得到有效提升。四管制空氣源熱泵機組可以獨立設置，獨立于建筑其他空調系統，可靠性高。但熱水調節的精度控制受限，且熱水存在熱延遲性，因此，熱水再熱后還是增加了電輔熱微調段，用于調節處理后空氣的參數，使送風更加穩定。多余的熱量可根據需要用于生活熱水預熱或直接由空氣源熱泵散至室外。直膨熱回收型恒溫恒濕機組如圖4所示，空氣制冷后的再熱量由直膨式機組的冷凝器提供，由熱回收再熱取代了電再熱。氟系統的調節相對靈活，機組內部可不設電輔熱微調段。
3.3空氣凈化設備的選擇
文獻［1］指出，藏品庫內應控制煙霧灰塵及有害氣體的濃度，并給出了可吸入顆粒物、二氧化硫、臭氧、甲醛等污染物濃度的限值。藏品庫區恒溫恒濕空調系統新風除維持藏品庫正壓外，還用于稀釋房間內污染物濃度?？晌腩w粒物主要來源為室外新風，因此，新風機組及恒溫恒濕機組的過濾形式也是設計重點考慮的內容。文獻［1］對藏品庫內可吸入顆粒物的質量濃度要求為＜0.12mg／m3，一般中效過濾器可以滿足該要求，恒溫恒濕空調機組及新風機組內應設置不低于中效的過濾設備。用于空調系統的中效過濾器常見的有袋式中效過濾器和高壓靜電空氣過濾器。袋式過濾器阻力較大，容塵量偏小，根據多個項目的實踐，在霧霾天氣下，袋式過濾器一周內就已經達到滿負荷，需要更換。因此，對于醫院、辦公等項目，多采用阻力小、容塵量大的高壓靜電空氣過濾器。柏婧等人通過實驗得出，靜電過濾器單元臭氧發生率為302.9mg／h，在額定風量3000m3／h下運行時，可導致靜電過濾器后臭氧濃度增加0.100mg／m3［4］。張紀文等人通過實驗測出高壓靜電過濾器臭氧釋放量持續超過標準規定的100μg／m3的限值［5］。臭氧具有很強的氧化能力，對藏品庫的文物保護極為不利，綜合考慮后，抗館項目恒溫恒濕空調系統及新風機組最后采用了袋式中效過濾器。
4高大空間空調系統設計
高大空間的空調設計一直是工程設計的重難點，如火車站大廳、機場航站樓、會展中心展廳、商業綜合體的通高中廳。這些高大空間都存在冬季供暖時，室外空氣滲透嚴重、能耗高、人員活動區溫度低的問題。劉效辰等人通過對國內7座不同氣候區的機場航站樓進行測試，得出冬季在空調系統新風關閉的情況下，滲透風量折合航站樓大廳換氣次數0.06～0.56h－1［6］。如果高大空間上部密封較好，可有效阻止“煙囪效應”的產生，可減小滲透風量。夏熱冬冷地區的高鐵站房普遍無地面輻射供暖系統，候車大廳內因進站門長期開啟，乘車通道開啟時，下行乘車通道與外門形成“煙囪效應”，冬季大量室外空氣從下行乘車通道滲透進候車大廳內，使得候車大廳冬季空調效果不理想，能耗高。圖5為抗館入口大廳及序廳剖面圖，入口大廳裝修后凈高6m，序廳布展后凈高9.9m，均屬于高大空間。入口大廳有往下通往1層的扶梯，也有通向3層報告廳的扶梯，極易在冬季形成“煙囪效應”。對于高大空間，設計常用的做法是采用側送風、下回風的全空氣空調形式，在北方地區輔助地板輻射供暖系統，也有采用置換通風系統的，如西安機場候機廳，也有采用空調側送風加地板對流器的，如北京大興機場、武漢天河機場T3航站樓。高理福通過烏魯木齊某個汽車展廳大廳的項目設計實踐，得出低溫地板輻射供暖在寒冷地區高大空間的應用可以滿足供暖要求［7］。通過方案比較，并結合展覽館布展的要求，在未布展區域的1層公共展廊、入口門廳冬季輔助地板輻射供暖，有布展需求的區域，需要在地板做布展設備基礎支撐，不滿足設地板輻射供暖的條件，因此，序廳、志愿軍空軍專題陳列館、志愿軍英雄館、抗美援朝運動館等展館采用輔助地板對流器的方案，來保證高大空間的供熱效果。輻射供暖系統供／回水溫度為45℃／35℃。地板對流器供／回水溫度為60℃／50℃。2020年經過一個冬季的運營，所有展廳均滿足溫濕度要求。
5布展配合設計
抗館通過在不同主題展廳的布展，再現了抗美援朝時期的各種感人場景。這些布展對空調風口的布置提出了更高的要求。空調風口要避開頂層展板，不能對視覺形成不利影響。配合裝修布展是設計的重難點，需要與裝修布展單位溝通，盡量滿足布展要求，弱化空調送回風口、排煙口、補風口在布展中的影響，還要保證各展廳的空調效果。以序廳為例，與裝修布展設計單位配合中就有多個配合方案，如圖6所示。如圖6所示，a為未配合裝修布展的空調平面圖，b～d為配合裝修布展的平面圖。最后采用的是方案D的空調布置圖。圖7為根據方案D實施后的序廳實拍圖。配合裝修布展是一個復雜、漫長的配合過程，需要設計師耐心、細致的配合，以實現布置的效果。
6防凍設計
抗館位于寒冷地區，防凍設計也是本項目設計的重點內容之一，項目設計中采取多種防凍措施：1）制冷機房、水泵房、空調機房、發電機房及室外單體廁所、單體泵房等均設計散熱器供暖系統，設計房間最低溫度為5℃。2）大空間采用地板輻射供暖或地板散流器供暖，當冬季夜間室內溫度低于5℃或水溫低于5℃時，室外換熱站應開啟進行換熱。3）冬季空調機組停止運轉時，保持電動比例調節閥有10％的開度。4）除設供暖的區域外，所有給排水管道須做電伴熱保溫，電伴熱保溫采用加裝電伴熱線的方式。5）所有連接外墻百葉的風管做好絕熱保溫，同時防止形成冷橋。所有新（送）風管、排風（煙）管與外墻百葉連接處設置電動保溫風閥，并與空調機組或風機連鎖。柴油發電機進、排風風道在進、出機房處加電動保溫風閥，與柴油發電機組連鎖。抗館2020年已運行一個冬季，經過現場實測，柴油發電機房冬季溫度最低，實測最低溫度為8.2℃，滿足防凍要求。
7結論
1）通過設計比較分析，抗館藏品庫恒溫恒濕空調系統采用風冷型是合理的。但隨著國家節能減排、實現碳中和的目標要求，采用更加節能型的恒溫恒濕空調系統是設計師應該考慮的問題。2）四管制空氣源熱泵型恒溫恒濕機組和直膨式熱回收型恒溫恒濕機組具有明顯的節能優勢。3）藏品庫空氣過濾系統應達到中效過濾級別，過濾器應選用物理過濾型的過濾器，不應采用靜電過濾。4）通過實際運行測試，低溫地板輻射供暖、地板散流器供暖在寒冷地區高大空間的應用可以滿足供暖要求。
作者：王當瑞 高剛 王春香 單位：中南建筑設計院股份有限公司