性能分析与改造
郭瑞1∗ 杨昌智1 于靖华1 陈贺伟1 杨泽洪2
(1湖南大学 长沙 410082，2中国轻工业长沙工程有限公司 长沙 410000)
【摘 要】 通过对湖南省博物馆千年古尸存放间空调系统与一般空调系统的比较，分析得出古尸存放间的空
调系统属于一种“高温冷库”，而且该系统对温度要求尤为严格。通过对现有空调系统运行状况的测试、分析，发现存在很多问题，无法达到设计要求。本文分析了存在这些问题的原因，并提出了改造的办法。 【关键词】 博物馆，空调，高温冷库，改造
Analysis and Alteration to the Air-conditioning System Performance of the Exhibiting Hall of the Female
Corpse of Han Dynasty in the Museum of Hunan Province
By Guo Rui ，Yang Changzhi ，Yu Jinghua ，Chen Hewei and Yang Zehong
【Abstract 】 Through the comparison between the conditioning system of the exhibiting hall of the female corpse of Han
Dynasty in the Museum of Hunan Province and the ordinary conditioning system ，the article analyses their differences and gets the conclusion that the conditioning system of the exhibiting hall of the female corpse of Han Dynasty belongs to a kind of “high temperature refrigeratory” and was very exigent to the temperature. By testing and analyzing the operation status of the conditioning system ，
it is proved that the present system can not meet the demands of the design because of so many problems. The article analyses the reason of those problems and furthermore put forward the method of alteration. 【Keywords 】 Museum ；Air-conditioning ；High Temperature Refrigeratory ；Alteration
∗
郭瑞，男，1981年11月出生，湖南大学硕士研究生
加湿器结构0 引言
博物馆的功能主要是用来文物保存、文化教育
宣传和科学研究。文物是博物馆一切活动的基础，因而文物的保护，使其免遭人为和自然的损坏，就显得极为重要。对于湖南省博物馆保存的长沙马王堆汉墓出土的千年女尸的保存和保护则尤为重要。博物馆的环境通常被称为为小气候，由于它每时每刻都在直接的地影响着每件文物的安全和寿命。保管文物就要确保文物的安全和延长文物的寿命，因此一定要净化小气候的空气，控制适宜的温度、湿度，博物馆的设计和文物库房的设置就是要创造这些条件[1]。
1 影响博物馆文物保存因素
引起文物受损的主要环境因素有三类：温度、湿度、光线和污染气体（包括颗粒物）[2]。
（1）温度
文物材质在自然环境中起化学反应，这就意味着文物收到损害。而化学反应的速度与温度有关。温度升高10 o C ，反应速度成倍增加。因此，通常文物保存在低温条件下是较为有利的（特殊有例外）。
（2）湿度
湿度是博物馆环境质量中非常重要的一项质量指标。其造成的损害有三种模式：湿度参与的化学反应、湿度变化产生物理形变和高湿度促成的生物腐蚀。
（3）光线
子母锁
光具有能量，对博物馆内所有的有机化合物，均是相当危险的。光引起的化学反应，是削弱物质的强度，最终物质整体遭到破坏。
（4）污染气体（包括颗粒物质）
主要来自两方面，一是自然界，二是人类活动中的产物，即人为污染。人为污染对文物产生的影
响日益显得严重。
2 博物馆古尸展厅空调系统特点
2.1 与一般空调系统比较
千年古尸对于人们了解中国古代，尤其是汉代历史有着十分重要的意义，因此完好的将古尸保存下来就更为重要。因此对其保存房间的空调系统的设计和运行都有很高的要求。
对于湖南省博物馆汉墓女尸存放展厅来说，外来参观游客是通过存放间顶层的透明玻璃窗观看尸体文物，所以，存放间基本上长时间处于封闭状态，基本没有人员流动，污染气体对保存影响很小。而女尸及其内脏的存放在这个相对稳定的环境中，对其保存的环境参数要求与一般博物馆展览厅的设计要求不同。
由于女尸及其内脏又放置在密封性很好的棺椁及容器中，并且容器中又放有防腐液，因此，相对湿度及风速对于尸体文物保存没有太大直接影响影响，并且相对湿度的高低对这些存放在密封容器中的文物也没有很大直接影响，但相对湿度对于尸体文物保存好坏却在间接上有很大影响，因为存放间的湿度的参数变化将直接影响到空调系统的运行工况，从而影响到室内温度，造成温度上下频繁波动，对文物保存不利。
存放间内无外窗，室外辐射很小，照明主要由人工提供，其强度由人工控制，不会对文物产生很大影响。因此，对于女尸存放展厅来说，主要的直接影响因素是室内温度，间接影响因素是相对湿度。
另外，有科学家发现，虽然低温能减缓生物体生化活动的速度，有利于长期保存，但生物体却极易在降温和复温过程中受到致命的损伤[3]。所以尽量保持室内温度的恒定是女尸保存的重要条件，而要做到温度的恒定，则对湿度的控制也需要加强，或者尽量减少湿度的变化对温度的影响。
博物馆女尸存放展厅的空调系统不同于一般的空调系统，这个系统对于温度要求比较高，而且明显低
于一般的空调系统。博物馆方面要求温度控制在4～9 o C，比一般空调的设计温度低很多。
表一：一般的博物馆（展览厅）空调室内设计参数 [4]
空气温度相对湿度风速夏季 26～28 o C 45～60% ≤0.5m/s
冬季 16～18 o C 40～50% ≤0.2m/s
可以说，女尸存放展厅的空调系统是处于冷库和空调之间的一个系统，可称之为“高温冷库”。
另外，由于存放间几乎没有人员流通和停留，所以对于新风量没有要求，只要能够保证新风补充渗透出去的风量，以及保持室内外压差即可。
2.2 设计中需注意的问题
长沙地区空气湿度较大，夏季室外温度较高，会给存尸间要达到空调设计要求带来一些问题[5]：（1）通常的空调降温除湿手段是靠制冷设备使空气降温在蒸发器表面结露的方式来实现的。它普遍适用于常温空调系统，但用于“高温冷库”就会出现一些问题。因为博物馆该空调系统比常温空调的温度低许多，这时工质的蒸发温度和空调除湿的露点温度较低，制冷设备的除湿过程很容易形成结霜而不是结露。蒸发器表面结霜就像覆盖上保温层一样影响了空调系统的降温和除湿效果。随着结霜层的加厚，
蒸发器的通风间隙越来越小。一方面空调通风量在减小，另一方面蒸发器表面的冷量交换在减少，致使制冷设备会渐渐失去其降温除湿效果，形成了空调系统运行效率不断下降直至无效这样一种工作特征，这显然是一种低效率的空调运行设计方案。
（2）为了恢复空调系统的效力、扭转因结霜造成的室内温、湿度不但不能下降反而回升的趋势，这时无论存尸间温度和湿度是否到达下限都必须关机除霜。显然，关机除霜的过程会造成在一段时间内室内温度和湿度的回升，从而影响存尸间的温度、湿度控制的精确度，进而影响文物的保存。
（3）除霜的过程会对空调系统产生附加的热量和残留的水分，在重新开机时通风系统将会把空调箱的热湿空气带进存尸间里，致使房间温度、湿度在峰点又产生一次跳跃，这既破坏了恒温、恒湿的连续性，又影响到系统温、湿度的设计精确度；再则，化霜后必须及时排水，要想保证既不堆积冰渣又不使融化的霜水再次结冻是一个复杂而困难的问题。此外，还要解决排水管道在平时不排水时影响空调箱的密封性问题。空调箱的排水出口在负气压区部位，系统运行时会将箱外的热湿空气吸进空调箱增加了系统的热湿负荷。
3 空调系统运行测试及工况分析
3.1 湖南省博物馆汉墓古尸存放展厅空调系统概况
（1）系统采用两台特制组合式空调器，其功能段如下：
回风机段初效过滤段中间段表冷段送风机段由于存尸间保存着重要历史文物，虽然该房间很少有人出入，但为了保持室内空气洁净度，故设置了初效过滤段，以满足环境洁净要求。
（2）空调系统设计参数：
送风温度：1 o C，回风温度：9 o C
两台组合式空调器的设计风量分别为：
K-1：回风机：L=6000m3/h，H=80mmH2O
送风机：L=6000m3/h，H=100mmH2O
低温表冷器80㎡，六排，带电加热自动除霜装置
K-2：回风机：L=4000m3/h，H=80mmH2O
送风机：L=4000m3/h，H=100mmH2O
低温表冷器40㎡，六排，带电加热自动除霜装置
制冷机：DCD5H22风冷机组2台，制冷量8.85KW×2
DCD10H22风冷机组2台，制冷量18.8KW×2
图1 博物馆古尸展厅空调风系统流程图
（3）设备技术参数：
K-1（ZK-8）组合式空调器：
风量：L=8000m3/h，机组全压：1300Pa
电压：380V，额定电流：22.4A
噪声：68dB（A），功率：11KW
表冷器4排，片距6mm，1850×350×150×2
风机型号：FDA315C
送回风机配用电机Y132S-4，N=5.5KW，转速1440r/min，额定电流11.6A。
K-2（ZK-5）组合式空调器：
风量：L=4685m3/h，机组全压：1300Pa
电压：380V，额定电流：16.9A
噪声：66dB（A），功率：7KW
表冷器4排，片距6mm
风机型号：FDA315C
送风机配用电机Y112M-4，N=4KW，转速1440r/min，额定电流8.8A。
回风机配用电机Y100L2-4，N=3KW，转速1440r/min，额定电流6.8A。
制冷机：
DCD5H22×2
制冷量：8.85KW×2，额定电流22.3A，机组总电流27.5A
制冷机：DCD10H22×2
制冷量：18.8KW×2，额定电流43.6A，机组总电流53.0A
3.2 现场测试数据及分析
表二：K-1系统风机运行记录
送回风口风速（m/s ）
序 号
组合式空调机组开启状态
V 1
V 2 V 3 V 4 V 5 送回风量（m 3/h ）风机运行 电流（A ） 风机额定
电流（A ）
1 开回风机F 1、D 1门打开 2.
2 3.1 3.2/ / 2455 7.5 11.6
2 开送风机F 2、D 2门打开 4.8 4.
3 4.2 6.1 6.14688 6.1 11.6 3
开送、回风机F 1、F 2，D 1、
D 2门关
2.8
2.8
2.6
1.6
2.6
2533 13.0 23.2
表三：K-2系统风机运行记录
送回风口风速（m/s ）
序 号
组合式空调机组开启状态
V 1
V 2 V 3 V 4 V 5 送回风量（m 3/h ）风机运行 电流（A ） 风机额定
电流（A ）
1 开回风机F 1、D 1门打开 3.
2 2.7 3.4/ / 3239
6.5 6.8
2 开送风机F 2、D 2门打开 5.1 4.5 4.
3 3.5 6.24571 7.
4 8.8 3
开送、回风机F 1、F 2，D 1、
组合式空调器
D 2门关
5.2
4.6
4.4
4.7
7.3
4895 13.4
15.6
说明：1．开回风机时，V 1代表女尸间回风口风速，V 2、V 3分别代表南北内脏间回风口风速。
2．V 1、V 2、V 3分别代表女尸间三个送风口速度，V 4、V 5代表南北内脏间送风口风速。 3．F 1、D 1、F 2、D 2组合式空调机组功能代号见图一。
由表二可以看出，回风机F 1的实测风量仅为2455 m 3/h ，送风机F 2的实测风量为4688 m 3/h ，均远远低于设计标准，K-1系统的总风量仅为2533 m 3/h ，只达到设计风量的42.2%，与设计值相差很大。
又由
m n n = n ——风机实际运行转速，
m n ——风机某一特定转速， Q ——实际转速下的流量， m Q ——在m n 转速下的流量，
N ——实际转速下的轴功率，
m N ——在m n 转速下的轴功率。
由于N 的实际大小还与风机的机械损失、容积损失以及水力损失等有关，故为简化方便定性判断，可以粗略的以N UI =来确定N 。
可以得到，大厦扇
m
Q Q =，即
m
Q
Q =， I ——实际转速下的运行电流， m I ——在m n 转速下的运行电流。
因而，从实测K-1系统的送、回风机的运行电流大小来看，也几乎只有额定电流的一半左右，也说明了风机的风量严重不足。
接菜在调试运行过程中，当取消初效过滤器后，K-1系统风量和风机运行电流均有所增加，说明风机全压小于系统阻力损失，主要原因是系统风管弯头数量多，阻力损失大，机组全压1300Pa 小于设计要求。
由表三可知，K-2系统从运行记录看运行情况正常，风机运行电流接近额定电流，说明风机工作基本正常。
表四：K-1系统运行情况记录（制冷机、送回风机均开）
时间 14：0014：30 15：00 15：3016：00送风温度（℃）24.519.3 16.3 15.315.0回风温度（℃）
22.0
19.5 18.0 17.016.5制冷机电流（A ）35.135.0 33.3 33.433.2风机电流（A ）
14.4
14.2 14.3 14.4
14.0
表五：K-2系统运行情况记录（制冷机、送回风机均开）时间 10：00 10：30 11：00 11：3012：00送
风温度（℃）24.5 24.2 22.4 21.521.5
回风温度（℃）23.0 22.5 22.0 21.521.5
制冷机电流（A）18.2 18.2 18.5 18.618.5
风机电流（A）13.3 13.2 12.1 12.012.0
说明：测试时，室外温度：24℃～34℃
由表四可以看出，K-1系统送风温度没有达到设计温度，风机与制冷机运行电流均低于额定电流。由于K-1系统实际送风量很小，通过表冷器的迎面风速很小，不能带走所需冷量。当表冷器开始结霜时，风机电流下降，制冷机的供冷量也减小。当开始结霜后存放间温度不降反升。存放间温度达到16.5 o C后不再下降，存放间温度无法达到9o C以下。
在调试运行过程中，当取消初效过滤器后，K-1系统风量和风机运行电流均有所增加，存放间温度下降0.5 o C，表冷器在存放间温度到17.0 o C时开始结霜，结霜主要在机组表冷器。
由表五可知，风机和制冷机运行电流均接近额定电流，但制冷量不满足负荷要求，致使存放间温度至21.5 o C后不再下降或温度下降缓慢。
可见，该空调系统最主要的问题是达不到设计所需的温度，而造成该空调系统存在这样多的问题，是因为该空调系统的原设计者，没有全面考虑到女尸存放间的特殊性，仅将该系统当成一来设计，并且没有考虑到对于长沙这样高湿度的地区，湿度对空调系统运行的影响会造成空调系统温度波动，从而导致了空调系统实际运行中出现很多问题。因而，该系统的改造首先就要认识到女尸存放间的空调系统并不是一个一般意义上的空调系统，而是介于空调与冷库之间的一个特殊的系统——高温冷库，并且要综合考虑空调与冷库的设计要求，从而达到满般性的空调系统足实际要求的空气调节系统。
4 博物馆空调系统改造
（1）确定存放间设计温度，根据博物馆方面的要求温度为（存放间）4～9o C，而设计确定的温度为送风1 o C，回风温度9 o C。建议设计温度为5～6 o C，确定蒸发温度。
（2）重新计算存放间耗冷量，确定送风温差，建议送风温差△t=6～8 o C，从而确定送风量。
（3）根据以上两项计算确定表冷器的迎风面积和换热面积，从而确定表冷器的型号和表冷器的排数。
（4）表冷器确定后，经计算重新确定风机的选型，风机为重点整改项。尤其是K-1系统组合式空调器，必须改选风机。
破碎机锤头铸造工艺
（5）为保证存放间的温度恒定，可考虑采用两个空调箱交换运行或多个空调箱轮换运行的方
法来解决结霜造成关机带来的影响问题[5]。它的优点是基本上解决了关机影响问题并相对提高了制
冷设备的运行效率，可保证室内温度不随去湿除霜的过程而发生波动，从而影响文物保存。其缺点是对除霜过程造成的问题不但没有解决反而更加复
杂化并需要大幅度的增加空调设备投资。
（6）彻底摆脱制冷除湿的传统模式，采用干燥剂（固体或液体）除湿结合制冷降温的新型空调模式[5]。在这种模式下，干燥机预先处理冷库回风以降低空气的含水量，使经过除湿处理的空气的露点低于本系统的蒸发温度，然后再经制冷空调箱降温处理并向库房送风。这种方案属于无霜制冷运行方案。它彻底解决了在低温条件下传统制冷除湿存在的所有问题，是理想的低湿度冷库空调设计方案。但在实践上，它对干燥剂除湿设备提出的相应技术要求比较高。
（7）可选择干工况运行，将新风预先独立处理到低于存放间内焓值，使新风承担部分室内负荷（图二）。但采用干工况时，新风处理的焓差较大，在夏季空调室外设计湿球温度较高的地区，新风处理的焓降通常会大于45KJ/Kg，需采用8排左右的冷却盘管、较小的迎风面风速和较低的冷水初温。由于盘管排数的增加和迎风面风速的减小，使得表冷
器的换热效率降低[6]。
图二：干工况下的空气处理过程
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