南京市檔案館方志館空調系統設計

顧 奇 峰

(東南大學建筑設計研究院有限公司，江蘇 南京 210096)

1 工程概況

南京市檔案館、方志館位于河西新城區中部地區，南鄰夢都大街和奧體中心，西鄰樂山路和地鐵松花江路站。按照副省級一類檔案館標準進行設計，館藏檔案數量200萬卷以上，屬于甲級檔案館。地上9層，地下2層，總建筑面積40 312 m2，其中地面以上建筑面積26 882 m2，地下建筑面積13 430 m2(含消防水池)。地上由展廳、閱覽、檔案庫房、方志資料庫、辦公、技術處理用房等組成， 地下1層為展廳、報告廳，局部設有非機動車停車庫，地下2層平時為汽車庫、設備用房和員工食堂，食堂，戰時汽車庫部分為二等人員掩蔽所。建筑總高度38.70 m(含室內外高差0.60 m)，屬于一類高層建筑(見圖1)。

2 室內設計參數

室內設計參數見表1。

表1 室內設計參數

3 空調冷熱源的選擇

1)根據本項目建議書的要求及響應國家“節能環保減排”的政策號召，從節能、環保、低碳等方面綜合考慮，本工程決定采用地源熱泵冷熱水機組作為空調系統的冷熱源。但根據附近土壤熱工情況及用地情況,本工程埋管用地面積僅限在建筑物地下2層建筑主體范圍內，約7 000 m2，遠不能滿足本建筑全部冷熱負荷的要求，可埋管數量有限，這就要合理劃分可以利用地源熱泵機組作為冷熱源的空調區域。根據詳細計算，本工程冷熱負荷見表2。

2)因檔案庫區需要滿足全年24 h不間斷恒溫恒濕要求，使用時間與其他區域不一致，根據表2情況，最終選定地下2層空調區域、地下1層～地上2層公共區域及地上7層～9層辦公、技術用房室內空調冷熱負荷由地源熱泵機組負擔。

表2 空調冷熱負荷匯總表

3)根據土壤熱工測試報告，本工程擬采用高密度HDPE100型DN25雙U型管土壤換熱器，夏季平均每米井深換熱量為53 W,冬季平均每米井深換熱量為40 W。根據計算，本工程土壤換熱器有效孔深為100 m，孔徑150 mm，平均間距4.5 m，地下換熱器內流體介質為水，因埋管面積有限，本工程按冬季空調熱負荷設計地埋管，總計鉆井井位數量305個(實際鉆井井位數量320個)。同時，在典型區域設置土壤測溫井5口，監測土壤溫升。地下換熱器大樣圖見圖2。

4)為了使地源熱泵空調系統能實現長期利用地熱源的目的，使土壤每年的取熱和放熱總量達到平衡，并綜合投資與運行費用最節省，擬采用地源熱泵復合式系統，本工程設計采用兩臺螺桿式地源熱泵機組(額定工況下單機制冷量為：769 kW(7 ℃/12 ℃)，額定制熱量為：759 kW(45 ℃/40 ℃)加一臺螺桿式冷水機組(額定工況單機制冷量為879.5 kW)的冷熱源型式，冷水機組配置一臺200 m3/h開式冷卻塔，冷卻水溫度為：32 ℃/37 ℃，冷卻塔置于室外地面。

4 檔案庫區空調形式的選擇

1)檔案庫房溫濕度要求。本工程3層～7層檔案庫房按照副省級甲級檔案庫標準設計，對庫區要求恒溫恒濕，每晝夜波動幅度要求溫度不得大于±2 ℃、相對濕度不得大于±5%，特別是母片庫，更要求常年保持在(14±1)℃，濕度在(40±5)%這種低溫低濕環境，且無法再利用地源熱泵系統作為空調的冷熱源。

2)檔案庫房空調系統的特點。建筑功能主要為貯藏，室內人數少，建筑空間多為內區或僅極少量的外窗，圍護結構傳熱量小，顯熱冷負荷相對穩定，新風需求少，房間更重視濕度的控制。若采用傳統的風冷型恒溫恒濕機組，存在室外機難以找到合適位置，為保證空調精度和冬季制熱、加濕的需要，需配置大功率電加熱、電加濕等不節能的情況。而要實現母片庫這種低溫低濕的環境，必須通過蒸發器先對空氣進行冷凝除濕，但蒸發器的表面溫度不能低于0 ℃，否則蒸發器表面會結霜，所以傳統空調不能滿足母片庫的除濕要求。風冷恒溫恒濕機組原理圖見圖3。

3)根據現實情況，我們選擇了熱泵溶液調濕一體式空調機組(HVA-Ⅰ型)，機組內置熱泵制冷系統，采用先進的溶液調濕、調溫技術精確控制空氣濕度和溫度。室外新風與室內回風按一定比例混合后，進入HVA-Ⅰ機組，利用具有調濕功能的鹽溶液降溫除濕達到送風狀態點。機組自帶熱泵循環系統，無需外接冷熱源，獨立運行即可滿足全年要求，無需外接冷熱水，方便實現分區控制，獨立啟停，一體化設計，無室外機，僅需依靠通過機組再生單元的新風帶走熱量和水蒸氣并排出室外進行濃溶液再生。機組可直接將送風處理至要求狀態，無需再熱，避免了傳統空調系統冷凝除濕—再熱造成的能耗損失，相比傳統空調系統節能30%～40%。母片庫則采用了特制的熱泵式溶液深度除濕機組，送風溫度可低至9 ℃，含濕量可低于4 g/kg，完全可以滿足母片庫的溫濕度要求。機組原理圖見圖4。

5 結語

工程于2014年上半年建成投入使用至今，使用單位認為該項目設計功能完善，設計內容環保、綠色、節能，合理的利用了可再生能源，滿足了用戶對不同環境功能的需求，大大提高了工作效率，受到用戶及社會好評。