浅谈恒温恒湿空调

龙娟 罗军

中机国际工程设计研究院有限责任公司 410000

摘要：随着建筑功能性的增多，越来越多的项目需要维持室内环境的温湿度恒定。空调精度要求高的空调房间在建筑方面也有特殊的要求，以减少外界的扰量对空调房间的影响。我国规范对有精度要求的空调房间的外墙朝向、维护结构最大传热系数、楼层等都有明确的规定。对外窗的结构、朝向和外门的要求都有规定，详见《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》。恒温恒湿空调系统的送风温差应根据气流组织形式、送风口类型、安装高度、气流射程长度及是否贴附等因素确定，并应符合现行国家标准规范要求。对于温湿度精度较高的恒温恒湿场所，国家标准规范对其换气次数也有相应要求。在工程设计中，要根据房间的温湿度精度要求合理选择系统，需对房间的负荷进行详细计算并选取匹配的恒温恒湿空调机组。恒温恒湿空调机组常应用于实验室、档案室、核磁共振机房。本文对这三类场合的恒温恒湿空调进行总结分析，以便于相似场合的恒温恒湿空调设计。

关键词：恒温恒湿空调 实验室 档案室 核磁共振机房

1恒温恒湿定义

恒温，温度允许波动范围在2℃（含）以内。恒湿，湿度允许波动范围在10%（含）以内。恒温恒湿实验室的定义：温度允许波动范围在2.0℃（含）以内，且相对湿度允许波动范围在10%（含）以内的实验室[1]。空调精度要求高的空调房间在建筑方面也有特殊的要求，以减少外界的扰量对空调房间的影响。我国规范对有精度要求的空调房间的外墙朝向、维护结构最大传热系数、楼层等都有明确的规定。对外窗的结构、朝向和外门的要求都有规定，详见《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》。设计时需提醒建筑专业考虑。

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》对工艺性空调送风温差有相关要求，室温允许波动范围不同，送风温差不同。在满足舒适、工艺要求的条件下，宜加大送风温差。

工艺性空调送风温差宜按下表采用。

工艺性空调上送风方式的夏季送风温差

室温允许波动范围（℃）	送风温差（℃）
>±1.0	≤15
±1.0	6~9
±0.5	3~6
±0.1~0.2	2~3

《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》对工艺性空调换气次数有相关要求，室温允许波动范围不同，送风温差不同。工艺性空气调节换气次数不宜小于下表规定的数值。

工艺性空气调节换气次数

室温允许波动范围（℃）	换气次数（次/h）
±1.0	5
±0.5	8
±0.1~0.2	12

有洁净要求的恒温恒湿区域，换气次数需满足相应的国家设计规范要求。工艺性空调，当室温允许波动范围小于±1.0℃时，送风末端的加热器宜采用电加热器。

根据经验，±2℃的恒温室，换气次数约10～15次/h；±1℃的恒温室，换气次数约15～20次/h；±0.5℃的恒温室，换气次数约>20次/h；±0.2℃的恒温室，换气次数约>30次/h。

2恒温恒湿实验室空调

恒温恒湿实验室级别如下表所示：

恒温恒湿实验室的分级

级别		类型	温度允许波动范围△T(℃)	相对湿度允许波动范围△φ(RH)
I级	A1	超高精密型	-0.1≤△T≤0.1	-2%≤△φ≤2%
	A2			-5%≤△φ≤5%
	B			-10%≤△φ≤10%
Ⅱ级	A1	高精密型	-0.5≤△T≤0.5	-2%≤△φ≤2%
	A2			-5%≤△φ≤5%
	B			-10%≤△φ≤10%
Ⅲ级	A1	精密型	-1.0≤△T≤1.0	-2%≤△φ≤2%
	A2			-5%≤△φ≤5%
	B			-10%≤△φ≤10%
Ⅳ级	A1	普通型	-2.0≤△T≤2.0	-2%≤△φ≤2%
	A2			-5%≤△φ≤5%
	B			-10%≤△φ≤10%

恒温恒湿实验室空调系统可采用独立冷热源或从所在建筑（或园区）集中冷热源供给站接入。Ⅰ级实验室应采用独立冷热源，Ⅱ级实验室宜采用独立冷热源，I、Ⅱ级实验室可共用独立冷热源；Ⅲ、Ⅳ级实验室可从所在建筑（或园区）集中冷热源供给站接入；冷热源除应满足夏、冬设计工况冷热负荷使用要求外，还应满足非满负荷使用要求；冷热源设备不宜少于2台。l、Ⅱ级实验室宜选用冷冻水作为空调系统冷源。适用时，可选择氟利昂作为空调系统冷源。I、Ⅱ级实验室宜选用热水作为空调系统主热源；Ⅲ、Ⅳ级实验室可选用热水或直接蒸发式热泵作为主热源； I、Ⅱ级实验室空调系统末端应选用电加热作为辅助热源，Ⅲ、Ⅳ级实验室空调系统末端宜选用电加热作为辅助热源。

温湿度基准值、波动范围相同，无交叉污染风险的实验室宜集中布置在同一个空调分区。连续不间断运行和间歇性运行的实验室应设置不同的空调系统。Ⅰ级恒温恒湿实验室应单独设置空调系统，Ⅱ级恒温恒湿实验室宜单独设置空调系统。空调机组应根据工程实际及工艺要求选择功能段， I、Ⅱ级恒温恒湿实验室，制冷段、加热段应能进行无级调节；Ⅲ、Ⅳ级恒温恒湿实验室，制冷段、加热段宜能进行无级调节； A1类恒温恒湿实验室，加湿段应选用电热加湿；A2类恒温恒湿实验室，加湿段宜选用电热加湿。I、Ⅱ级恒温恒湿实验室，应进行新风预处理;Ⅲ、Ⅳ级恒温恒湿实验室，宜进行新风预处理。实验室新风应满足室内工作人员健康和实验室压力的需要，新风量应选取下列指标计算值的较大者:满足工作人员健康的新风量，按每人不小于40m

3/h计算；补偿排风和维持室内对室外静压差的风量之和。

恒温恒湿实验室空气调节的气流组织设计应符合下列规定：Ⅰ级恒温恒湿实验室宜采用孔板顶送、下部均匀回风的气流组织形式；Ⅱ～Ⅳ级恒温恒湿实验室宜采用上送下回的气流组织形式；当工艺有特殊要求时，应采用与工艺需求匹配的气流组织形式。恒温恒湿实验室应合理使用回风，当回风不可利用时，宜设计排风热回收。

恒温恒湿实验室工作区截面风速应在系统稳定后对所要求高度的截面平均风速进行检测；对于普通恒温恒湿环境，截面风速的检测结果不应小于设计风速，但不宜超过设计风速的15%。

对于洁净类恒温恒湿环境，截面风速的检测结果不应小于下表中规定的平均风速，但不宜超过上限。

洁净实验室平均风速

空气洁净度等级	气流流型	平均风速(m/s)	换气次数（h-1）
1~3	单向流	0.3~0.5
4~5	单向流	0.2~0.4
6	非单向流	---	50~60
7	非单向流	---	15~25
8~9	非单向流	---	10~15

3档案馆空调

档案馆是一个重要的场所，其空调系统的配置对于保护档案的完整性和长期保存至关重要。档案室内的文书资料对温度和湿度非常敏感，过高或过低的温湿度可能导致档案纸张变形、褪色或霉变。档案室空调系统需要能够保持恒定的温度和湿度水平，通常在18~26℃和相对湿度在40%-60%之间。档案室内的空气质量对于长期保存档案资料至关重要。空调系统需要具备过滤和净化功能，确保档案室内空气清新，适合保存档案资料。档案室内空调系统需要具备稳定的运行特性，避免温度和湿度的快速变化，以免对档案资料造成伤害。档案室需要选择质量可靠、稳定运行的空调设备，确保其具备较高的温湿度控制能力和空气净化功能。同时应考虑能耗、噪音和易维护性等因素。

档案室内通常采用分区域的布局，需要根据档案库房的大小和结构，合理布置空调设备和出风口，保证每个区域的温湿度均匀性和空气流通性。档案室空调设计标准需要考虑温湿度控制、空气质量、稳定性等特殊需求，选择合适的空调设备、布局合理、采用智能控制系统、设置备用系统以及定期维护等措施，确保档案室内的温湿度稳定，空气清新，从而保障档案资料的长期保存。

档案库房应维持温度和湿度相对稳定，温度日较差≤±2℃,湿度日较差≤±5%。温度和湿度取值应充分考虑设备的测量和控制精度，避开下表上下限附近，取值不应同时为双上限值或双下限值。

档案库房温度和湿度要求

库房类型		温度/℃	湿度/%
纸质档案库		14~24	45~60
音像档案库		14~25	45~61
光盘库		14~26	45~62
胶片库	拷贝片库	14~27	45~63
	母片库	14~28	45~64
特藏库		14~29	45~65

档案馆空调系统设计应按功能要求合理划分空调分区﹐选取室内外温湿度﹑新风量、换气次数等参数,根据空气处理过程进行热湿负荷计算﹐进行冷热源设计、空调设备选型和配套设施设备设计。

档案库房新风量应满足库房区域空气品质和压差的要求,库房应保持正压,最小静压差应≥5Pa。无外窗的房间换气次数0.4~0.5可保证室内正压值5Pa,有外窗，密封较好的房间换气次数0.6~0.8可保证室内正压5Pa。

档案库房的通风换气次数规范要求1~3次/h,由于换气次数要求不高，可以尽可能的加大送风温差，既能有效降低夏天机组制冷量，减少再热量又能降低冬天机组的总的制热量，减小机组送风量，节能效益明显。

冷热源系统设计时,宜结合当地气候及资源条件进行技术经济性分析﹐选用适合当地气候条件且能效比高的冷热源系统,并合理利用可再生能源。档案馆库房区域空调和其他区域空调的冷热源宜单独设置,冷媒参数需求相同时可以合并,合并后应满足档案库区每天24 h全年运行的需求和冗余需要。当地有峰谷电价政策,且经测算投资回报年限符合预期的,宜采用蓄能系统。地上档案库房除湿应采用冷冻除湿的方式;地下库房或者洞库可采用升温除湿的方式；不应采用化学试剂(含腐蚀性物质)吸湿。档案馆库房空调系统宜选用运行安全,稳定可靠,控制精度高,过滤效果好、能效比高的恒温恒湿空调系统。

档案馆库区空调系统冷热源设备选型时应留有20%~50%的冗余量,也可直接备份冷热源。档案库房空调机组及新风机组,宜设置备用机组。为特藏库、胶片库、音像磁带库服务的空调机组不宜设置单台,备用机组的负荷应满足总负荷的80%~100%。采用风冷式冷热水机组(含直膨机组)作为档案库空调系统冷热源的,设备选型时室外运行参数应按照当地冬季(极寒)、夏季(极热)室外温度进行设备选型校核。采用水冷式冷水机组作为档案库空调系统冷源的,其配用冷却塔选型时应按照设备所在地夏季极热天气湿球温度进行选型校核。

4核磁共振机房恒温恒湿空调

核磁共振机房磁体间温度范围为15~21℃，温度变化率≤3℃/h,湿度30~60%，湿度变化率≤5%/h，设备间温度范围为15~32℃，温度变化率≤3℃/h,湿度30~75%，湿度变化率≤5%/h。磁体间门开换气次数为36次/h，门闭换气次数为22次/h。

根据核磁共振各房间不同的温湿度要求,操作间设置变制冷剂流量多联分体式空气调节系统,磁体间和设备间设置恒温恒湿空调(双压缩机组)。设备间散热量大，磁体间散热量小可以共用一台恒温恒湿空调或者分别设置恒温恒湿空调。由于磁共振成像设备磁体的强磁场与周围环境和设备以及大型运动金属体可互相影响,通常要求离磁体中心点7.5 m以内不得有电梯、汽车等大型运动金属体,离磁体中心点1.1 m以内不得有任何铁磁质物质。因此,恒温恒湿空调均放在设备间内,通过波导风管向磁体间和设备间送风,磁体间气流组织为上送风、上回风。新排风量一般按6次/h计算。

磁共振室宜采用独立的恒温恒湿空调系统,室内温度应为22℃士2℃,相对湿度应为60%士10%。扫描间内应采用非磁性、屏蔽电磁波的风口，任何磁性管线不应穿越。核医学科所有核辐射风险的用房宜采用独立的恒温恒湿空调系统。扫描间温度应为22℃士2℃,且1h内的温度变化不宜大于3C。扫描间相对湿度应为60%士10%。[2]其他房间可采用普通空调。

磁共振设备对于环境湿度的要求相当高，常见的磁共振机房湿度标准是在 40% ~ 60% 之间。在很多情况下，比如在潮湿或者太干燥的环境下，机器的性能会受到影响，比如出现噪声、电器故障、机器寿命缩短等问题。

磁共振机是昂贵且敏感的设备，其工作原理和机构很容易受到水分的影响。如果机房的湿度无法得到严格控制，这将导致机器的性能受到影响。湿度太高会导致设备表面和内部积水，损害磁共振设备中的敏感器件和电气元件。而太干燥的环境也会造成机器的空气流通不畅，导致灰尘等微小颗粒物质堆积在设备内部，进而影响其性能。核磁共振设备间内的设备包含大量精密机械电气传动、计算机控制及信息存储、图象显示等技术。环境温度过高容易引起散热不良,导致控制芯片和线圈烧毁；温度过低，集成电路和设备润滑系统常常无法工作。

环境湿度过高,空气中的水分因达临界温度即凝结并附着于电气元件上,导致电气性能改变，精密机械表面因长期受潮而生锈会降低精密度，甚至引起X线高压放电或击穿；环境湿度过低容易产生静电，静电火花会引起爆炸和火灾，危及人身、设备安全。因此，合理地控制温度和湿度，创造出一个良好的小气候，对于医疗设备极其重要。我国不同地域具有不同的气候特点,通常北方地区较为干燥(尤其是在冬季),加湿器则可发挥很好的作用。据实验研究，当空气中的相对湿度达到45%以上时,静电现象会自然消失。因为静电是由于空气中干燥物体间绝缘电阻高所致。而南方地区则较为潮湿(尤其是梅雨季节)，除湿机则是必不可少的配置。至于像核磁共振这样的大型医疗设备，因其温湿度要求严格、且散热量大，最佳的选择只能是有恒温恒湿功能的机房专用空调。

恒温恒湿空调采用大风量，低焓差的送风方式。而普通空调送风方面力求舒适。一般恒温恒湿空调送风量为普通空调送风量的几倍。因湿度快速变化，机组需要频繁除湿，而恒温恒湿空调采用制冷除湿方式，所以要求空调制冷系统能频繁启动，对制冷系统要求非常高；而普通空调压缩机不能频繁启动，设置有压缩机三分钟停机保护。恒温恒湿空调具备功能强大的独立控制主板，必须具备温、湿度检测、气流检测功能，随着机房越来越高的要求，控制主板已经逐步加入来电自启、故障警告、历史数据保存、数据输出、联网监控等功能，而普通空调附带功能甚少。

磁体间和设备间可设计合用一套或分别设计一套直接蒸发式风冷恒温恒湿空调系统，但无论合用一套系统还是两个房间各自设计，为增加设备运行的稳定性，都需考虑备用（采用双压缩机的空调机组或机组一用一备）。磁体间和设备间的空调一般由MRI设备厂家一起设计施工，空调机组放置于设备间内，暖通专业仅需提资电气专业预留40kW空调电量。

5恒温恒湿空调设备

有空调精度要求的系统宜采用全空气定风量空调系统。目前主要采用两类系统形式：采用恒温恒湿空调机组（自带制冷机）的全空气系统和以冷冻水作介质的全空气系统。

恒温恒湿空调机组（自带制冷机），由制冷系统、电加热器、加湿器及温湿度自动控制元件等几部分组成，其具体结构包括：干湿球温度控制器、电加热器、通风机、电极加湿器、蒸发器、压缩机、冷凝器、贮液器、压力控制器、过滤器、节流机构；如果是热泵式恒温恒湿空调机组，其制冷系统中还会加一个四通转向阀，使冷凝器与蒸发器互相转换。

恒温恒湿空调机组宜用在精度Δt=±1℃，Δφ=10%的空调房间内。在夏季，机组对湿度的控制能力较低，机组冷量的调节一般只有两档或三档。因此只适用于湿负荷变化比较小的空调房间。如果空调房间对湿度控制要求不高，这种机组可用于温度控制要求较高（如±0.5℃）的场合。但如果恒温恒湿空调机组采用变频控制压缩机的转速，则湿度的控制精度可达到±2%。

一般面积在大于2000m2，建议采用冷水机组+组合式空气处理机组的设计形式。组合式空调机组需要具备混合段、过滤段、冷水盘管、热水盘管、风机段、加湿段（电极加湿）、消声段等功能段，以确保处理的空气满足工艺需求。新、回风混合后，经冷却去湿后机器露点的绝对含湿量须低于室内空气露点所对应的绝对含湿量，才有可能负担室内湿负荷。常规冷冻水供水温度为7℃，而经过表冷器冷却去湿后的空气出口干球温度比冷冻水供水温度高出约3.5~4℃。表冷器所提供的冷量要大于或等于空气处理过程所需冷量的同时，表冷器的干球温度效率及接触系数必须大于等于空气处理过程的干球温度效率及接触系数，还须考虑析湿系数的影响。因此采用常规7℃冷冻水供水的表冷器，冷却除湿的空气处理方案不适用于室内露点温度低于11℃的空调系统。

6结束语

恒温恒湿实验室、档案室、核磁共振机房的温湿度波动范围不同，换气次数要求均不同。恒温恒湿空调系统的设计原则一样，均需选取室内外温湿度﹑新风量、换气次数等参数，根据空气处理过程进行热湿负荷计算﹐得出设备实际制冷量，加热量，加湿量，除湿量等参数，用于空调设备选型。

参考文献：

<1>《恒温恒湿实验室工程技术规程》(T/CECS644-2019)

<2>《综合医院建筑设计规范》(GB51039-2014)

<3>《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012

<4>《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》 GB50019-2015

<5>《档案馆空调系统设计规范》(DA/T87-2021)

<6>《医院洁净手术部建筑技术规范》(GB50333-2013)

作者简介：龙娟 1981.12.17，女，籍贯：汉，学历，硕士研究生，高级工程师

罗军1966.11.20, 男，籍贯：汉，学历，本科学士，高级工程师