余熱回收控制檔案庫(kù)房濕度的實(shí)踐分析

肖紅飛/溫嶺市檔案局

錢唐根/上海市檔案館

曾國(guó)團(tuán)/溫州市洞頭區(qū)檔案館

檔案館是保管檔案的重用場(chǎng)所，保持檔案庫(kù)房的恒溫恒濕是保管好檔案必須條件。本文主要研究檔案庫(kù)房的濕度。濕度是指空氣中水蒸氣的含量，它有幾種表示方法：一是絕對(duì)濕度，表示每立方米空氣中所含水蒸氣的量，單位是千克/立方米；二是飽和濕度，表示一定數(shù)量的空氣在一定的溫度和壓力下最大限度可容納的水蒸氣；三是相對(duì)濕度，表示空氣中的絕對(duì)濕度與同溫度下的飽和絕對(duì)濕度的比值，得數(shù)是一個(gè)百分比，用RH表示，計(jì)算方式是單位體積空氣內(nèi)實(shí)際所含的水氣密度（用d1表示）和同溫度下飽和水氣密度（用d2表示）的百分比，即RH（%）= d1/d2×100%。未到最大水蒸氣容納限度的空氣稱作未飽和空氣。國(guó)家檔案局規(guī)定的檔案庫(kù)房濕度為相對(duì)濕度。根據(jù)《檔案館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，檔案庫(kù)房的相對(duì)濕度范圍為45%—60%，相對(duì)濕度波動(dòng)幅度不得大于±5%。如果檔案庫(kù)房濕度過(guò)高，那么檔案紙張的含水量將會(huì)增加，其物理強(qiáng)度將會(huì)降低，并且極易滋生蟲(chóng)害。

華東地區(qū)屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，濕度高、溫差大，氣溫年際、季際、月際之間的變化十分明顯。比如上海市區(qū)年平均氣溫最高為18.5℃（2007年），最低為14.5℃（1917年），兩者相差4℃；歷史上市區(qū)徐家匯在2013年8月7日出現(xiàn)極端最高氣溫曾達(dá)40.8℃，市區(qū)極端最低氣溫為-12.1℃（1893年1月19日）。由于受海洋性氣候和每年梅雨季的影響，上海市相對(duì)濕度會(huì)上升到90%以上，干燥的冬季相對(duì)濕度低于RH30%，上海市檔案庫(kù)房降低濕度的需求較為強(qiáng)烈。經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，臺(tái)州地區(qū)的濕度也很大，2011年1月1日至2019年6月1日雨1193天、多云1168天、晴326天、陰265天，下雨天幾乎占了40%；臺(tái)州南部的溫州市洞頭區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn)，每年的7月至10月臺(tái)風(fēng)頻繁，臺(tái)風(fēng)帶來(lái)了大量的濕氣，兩地的檔案庫(kù)房同樣有降低濕度的訴求。

要降低檔案庫(kù)房的濕度，可以采用機(jī)械通風(fēng)的方式，也可以安裝和使用恒溫恒濕設(shè)備。但在實(shí)踐中，有的庫(kù)房即使安裝了空調(diào)并24小時(shí)開(kāi)機(jī)，也很難將濕度降低到60%以下，并且保持晝夜溫度波動(dòng)幅度小于±2℃、相對(duì)濕度波動(dòng)幅度小于±5%，要確保濕度晝夜變化幅度不超過(guò)±5%更是難事。為降低庫(kù)房濕度并使庫(kù)房的晝夜?jié)穸茸兓刃∮凇?%，可以采用控制庫(kù)房回風(fēng)溫度的方式，即將空調(diào)主機(jī)產(chǎn)生的余熱通過(guò)水這一媒介回送到風(fēng)機(jī)冷凝器中，回風(fēng)流過(guò)冷凝器后溫度會(huì)升高，回風(fēng)溫度提升后露點(diǎn)溫度會(huì)發(fā)生變化，利用露點(diǎn)溫度的變化降低庫(kù)房的濕度，這種方法稱為“余熱回收”，可有效控制庫(kù)房濕度，并減少空調(diào)對(duì)室外熱量排放。

1 余熱回收控制濕度的實(shí)現(xiàn)方法

先來(lái)分析余熱產(chǎn)生的原理。檔案庫(kù)房降溫一般是通過(guò)中央空調(diào)系統(tǒng)或恒溫恒濕機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用水作冷媒的中央空調(diào)稱為二次蒸發(fā)的中央空調(diào)，系統(tǒng)工作時(shí)，常溫的水通過(guò)制冷壓縮機(jī)后熱量被吸收，成為冷凍水，冷凍水通過(guò)管道送到庫(kù)房風(fēng)機(jī)內(nèi)的冷凝器；流動(dòng)的空氣經(jīng)冷凝器后熱量被吸收，溫度下降，降溫后的空氣通過(guò)風(fēng)管送到庫(kù)房?jī)?nèi)，用于降低庫(kù)房的溫度。冷凍水吸收空氣中了熱量會(huì)升溫，升溫后的冷凍水回到制冷壓縮機(jī)再次制冷，制冷過(guò)程中產(chǎn)生的熱量被排放到室外，被排出去的熱量就是余熱。

中央空調(diào)主機(jī)在工作中會(huì)產(chǎn)生冷熱兩道水流，分別經(jīng)過(guò)兩條管道（兩條管路的水不會(huì)混合）送出，低溫管道的冷凍水送到庫(kù)房的風(fēng)機(jī)，通過(guò)冷凝器降低庫(kù)房的溫度，冷量被交換到庫(kù)房后，冷凍水再回到空調(diào)主機(jī)降溫。另一路是冷卻水（一般冷卻水在夏季的溫度都會(huì)超過(guò)30℃）通過(guò)冷卻水管分別送到冷卻塔和庫(kù)房風(fēng)機(jī)。為控制冷卻水送到風(fēng)機(jī)的流量，要在冷卻水的通道中安裝一個(gè)自動(dòng)控制的三通閥門，將部分冷卻水送到冷卻塔，熱量通過(guò)冷卻塔排到室外；部分冷卻水經(jīng)過(guò)三通閥門自動(dòng)調(diào)節(jié)后送到庫(kù)房的風(fēng)機(jī)內(nèi)，通過(guò)蒸發(fā)器對(duì)庫(kù)房空氣進(jìn)行再熱，以利用余熱降低庫(kù)房的濕度。

需要注意如下幾個(gè)要點(diǎn)：第一，余熱降濕的風(fēng)機(jī)必須有兩個(gè)蒸發(fā)器，一個(gè)蒸發(fā)器用于對(duì)空氣加熱（再熱），另一個(gè)蒸發(fā)器用于降低空氣的溫度（冷凝），兩個(gè)蒸發(fā)器均通過(guò)管路與主機(jī)的冷凍水出口端和冷卻水管連接。

第二，在夏季工況時(shí)（冬季工況不在這里闡述，因?yàn)槎疽话悴挥贸凉?，而需要加濕）開(kāi)啟中央空調(diào)主機(jī)，冷凍水從機(jī)房集水器中送出，通過(guò)管路到達(dá)中央空調(diào)末端風(fēng)機(jī)內(nèi)的制冷蒸發(fā)器，降低蒸發(fā)器的溫度；庫(kù)房?jī)?nèi)的空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器后回送到庫(kù)房，其水分被析出，由此降低庫(kù)房的濕度。這里蒸發(fā)器表面溫度就決定了除濕的效率，如露點(diǎn)溫度接近或低于蒸發(fā)器溫度，空調(diào)就不除濕，而是進(jìn)行冷凝。

第三，當(dāng)庫(kù)房降低到一定溫度后，如降低到20℃，若濕度沒(méi)有達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值的±50%，空氣的露點(diǎn)溫度又接近風(fēng)機(jī)蒸發(fā)器表面的溫度，這時(shí)除濕效率就大大降低，應(yīng)當(dāng)關(guān)小冷凍水的閥門，開(kāi)啟冷卻水的閥門，對(duì)空氣進(jìn)行加熱，降低相對(duì)濕度。由于空氣溫度升高，露點(diǎn)溫度發(fā)生變化，除濕效率得以增強(qiáng)，空氣中的絕對(duì)濕度得以降低，庫(kù)房的濕度就會(huì)越來(lái)越接近目標(biāo)值，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，庫(kù)房的濕度就能穩(wěn)定在目標(biāo)值內(nèi)，這一過(guò)程稱為再熱。要將濕度變化控制在±3%以內(nèi)，經(jīng)冷卻水加熱的空氣溫度變化不能超過(guò)±0.75℃，空調(diào)運(yùn)行時(shí)，調(diào)整送到風(fēng)機(jī)內(nèi)冷卻水的流量，通過(guò)電腦控制冷卻水的流量，將空氣溫度變化控制在0.75℃以內(nèi)，就能使?jié)穸鹊淖兓凇?%內(nèi)。

第四，要注意冷卻水溫度的選擇范圍。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)的冷卻水的溫度最好高于40℃，如果低于40℃，就會(huì)大大降低對(duì)空氣加熱的效率，從而降低除濕和控濕效率，所以在選用中央空調(diào)壓縮機(jī)時(shí)，要選用熱排放溫度大于40℃的壓縮機(jī)，最好選用出口水溫度為45℃的機(jī)器。為控制冷凍水的冷量和回送的熱量，必須在每個(gè)風(fēng)機(jī)的供回水閥門和供熱的管道上安裝由電腦管理的電動(dòng)閥門，當(dāng)濕度過(guò)高時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟閥門送熱；當(dāng)濕度達(dá)標(biāo)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉閥門。對(duì)于供冷的管路，也必須安裝電動(dòng)閥門來(lái)控制冷凍水的流量，達(dá)到控制溫度和濕度的目的。如已安裝了風(fēng)機(jī)，沒(méi)有熱水回送管道和冷凝器，可考慮用熱水器送熱水的加溫回風(fēng)的方法控制濕度，但不贊同在風(fēng)機(jī)內(nèi)直接安裝電加熱器，那樣會(huì)增加火災(zāi)隱患，降低庫(kù)房的安全系數(shù)。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

上海地區(qū)一家檔案館為有效控制檔案庫(kù)房的溫濕度，在新館建設(shè)前對(duì)檔案庫(kù)房的恒溫恒濕控制理論進(jìn)行了研討，并進(jìn)行了深入的研究，分析了許多控制庫(kù)房濕度的案例和方法，最后采用了余熱回收控制濕度方法。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)庫(kù)房常年相對(duì)濕度都在50%上下，溫度在20℃左右，晝夜相對(duì)濕度變化幅度不超過(guò)±3%，溫度變化幅度在±1℃以內(nèi)，這說(shuō)明了余熱回收控制濕度方法是有效的。

余熱控制濕度的方法還可應(yīng)用于保存特殊載體檔案的庫(kù)房，如保存照片、底片、錄像帶等的庫(kù)房，需要一個(gè)常年低溫低濕的環(huán)境，而常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)不能滿足保持低溫低濕的要求。為實(shí)現(xiàn)低溫低濕，部分庫(kù)房采用了轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，然而轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)能耗高，還要建立專用的配電系統(tǒng)。余熱回收除濕的原理與轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)除濕原理相同，利用余熱回收除濕不僅能達(dá)到低溫低濕的效果，還可大大降低能耗，具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。