【图朴解决方案】上海某酒店式公寓空调设计

1工程概况

本工程(见图1)位于上海某高科技产业园内，景观与环境优良，为园区内高科技公司高管层商务居住的高档酒店式公寓。其总建筑面积24138m2，地下1层为设备用房，裙房1层、2层为商场和会所，其上有2座主楼，其中92A # 楼10 层、建筑高度33m，92B#楼25层、建筑高度80m。

为体现高科技产业园的科技内涵，响应国家节能减排的号召，业主从一开始就要求把本项目设计成节能建筑、精品建筑、绿色建筑，这给建筑节能提出了很高的要求：一方面要提高建筑本身的节能特性，另一方面要在建筑设备上采取相应的节能措施，特别是暖通空调系统。

2设计思路

绿色建筑首先是节能建筑,要节能首先要分析哪里费能。

首先从空调区夏季得热量与冬季耗热量分析可知：通过围护结构所引起的负荷为空调总负荷的重要组成部分，因此建筑专业从建筑体形、窗墙比、围护结构、外遮阳等方面着手提高建筑本身的节能特性，它是建筑节能最基本、最关键的方面。如在不影响建筑美观的条件下减小建筑表面积，使92A#楼体形系数为0.3，92B #楼体形系数为0.27，更趋合理；围护结构采用聚苯板保温,使外墙传热系数小于0.5W/(m2·K)、屋面传热系数小于0.4W/(m2·K)；减少东西向开窗数量，同时缩小所有窗户的宽度，大幅度减小窗墙比,使之小于0.15；外窗采用双层Low-e中空玻璃，增加保温、密封性能，传热系数不大于2.00W/(m2·K)；在窗户外边设置铝合金百叶窗帘进行外遮阳。

其次作为建筑的耗能大户——常规对流式空调系统目前效率不高，主要有以下原因：1) 末端处理装置效率不高。50%以上的显热来自高温表面，消除显热只需要温度低于20℃的冷源，而消除余湿需要温度低于12℃的冷源，除湿负荷占空调总冷负荷比例不到40%，如果统一采用低温冷源，会导致效率低下。2)冷却除湿难以实现好的控制。由于室内产湿量与人数呈正比，变化范围小，而室内产热量与气候、室内设备有关，如果只用冷却除湿，很难满足热湿负荷的变化。3) 对流式空调系统冬季吹热风，有吹风感，使舒适度降低。因此空调末端系统考虑采用温湿度独立控制的系统，即温度控制系统由辐射吊顶承担，湿度控制系统由独立新风(简称DOAS)承担。温湿度独立控制空调系统的优点在于：热湿解耦，控制方便；辐射末端具有更高的舒适性，输送效率更高；辐射末端可使用高温冷源，节能显著。

地埋管地源热泵系统利用地下浅层土壤能量，通过地埋管内的循环介质与土壤进行闭式换热达到供冷供热目的。夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对建筑进行降温；冬季通过热泵将土壤中的低位热能提高品位对建筑供暖。

本项目空调方案经过多次研究论证确定为：空调主机采用地源热泵系统，并且对热泵机组进行热回收与太阳能系统一起供应生活热水；空调末端在下部公共区域采用常规的定风量一次回风式全空气低速空调系统和风机盘管加新风系统，在上部公寓采用独立新风加吊顶辐射的空调系统。吊顶辐射已被美国能源部列为21 世纪15项最节能、最有前途的空调技术之一，其突出的优点是更加舒适、节能、安静。独立新风空调系统(DOAS)除了承担新风负荷外，还承担室内全部潜热，室内的显热负荷由辐射吊顶承担。新风机组选用热泵式溶液调湿机组，实现对空气湿度的调节。

3空调负荷与冷热源

3.1空调负荷计算

独立新风加吊顶辐射空调系统的负荷计算与传统空调系统负荷计算在内容上略有区别，需分别计算新风负荷、室内空调的显热负荷和湿负荷。92B #楼公寓标准层夏季总冷负荷(全热)29218W，其中新风负荷15408W，室内显热负荷9515W，湿负荷6285g/h。

由于空调主机拟采用地源热泵机组，按照《地源热泵系统工程技术规范》(GB 50366—2005)的规定，需进行全年负荷的逐时动态模拟。笔者采用DeST 软件对该酒店式公寓进行了全年8760h的逐时负荷计算,得到整个建筑的总冷、热负荷分别为1271kW和818kW。

3.2冷热源

通过对各功能区冷、热负荷的分析，并与给排水专业沟通后，最终确定采用地源热泵机组进行供冷、供热、供应生活热水。本工程共设置4台带部分热回收装置的地源热泵机组，为满足不同空调末端的需要，其中2台机组供主楼辐射空调(制冷/制热量分别为225kW/264.7kW，制冷/制热用电量分别为42kW/48.2kW，机组的冷水供、回水温度分别为15℃/20℃,热水供、回水温度分别为33℃/ 28℃)，2 台机组供裙房常规空调(制冷/制热量分别为251kW/261.8kW，制冷/制热用电量分别为57kW/65kW，机组的冷水供、回水温度分别为7℃/12℃，热水供、回水温度分别为45℃/40℃)。本工程周边绿化地带面积较大，为地源热泵系统提供了充足的埋管面积，故在绿化地带打孔布置竖直地埋管换热器与土壤进行换热，夏季放热、冬季吸热。通过计算确定采用单U形管200根，埋管深度为100m，钻孔直径为130mm，孔间距5m，地埋管水平连接采用非集管式，它是将单口能源井管道单独汇总至检查井集分水器，水平管采用同程敷设。其优点是管道连接处少、施工难度小，检修方便，在单个能源井出现泄漏的情况下，关闭该回路即可，不影响其他回路正常使用。图2为该地源热泵系统地埋管示意图。

由于辐射末端可使用高温冷源，考虑尽可能使用地源水或冷却塔作为过渡季节吊顶辐射系统的冷源，特设1台板式换热器与地源热泵机组并联。

4空调系统

4.1空调水系统

本工程共有4 套水系统：地源侧水系统、常规空调水系统、吊顶辐射水系统、生活热水水系统。其中常规空调水系统采用一次泵、两管制、闭式机械循环，冷水供、回水温度分别为7℃/12℃，热水供、回水温度分别为45℃/40℃，同时设一个定压装置。吊顶辐射水系统采用一次泵、两管制、闭式机械循环，冷水供、回水温度分别为18℃/20 ℃，热水供、回水温度分别为30℃/28℃，同时设一个定压装置。地源侧水系统采用一次泵、闭式机械循环。生活热水系统由给排水专业设计。

4.2空调末端系统

本工程公共区域的商铺、酒吧、游泳池等大空间采用定风量一次回风式全空气低速空调系统，气流组织为上送上回；公共区域的办公室采用风机盘管加新风系统，便于室温独立控制,气流组织为上送上回。

本工程上部公寓采用独立新风加吊顶辐射空调系统。新风机组选用热泵式溶液调湿机组，它是一种利用具有调湿特性的盐溶液为工作介质的空气处理设备,通过盐溶液向空气吸收或释放水分，实现对空气湿度的调节，其夏季与冬季的运行模式见图3，4。该机组具有冷却、除湿、加热、加湿、净化等多种功能，与常规制冷除湿相比，不仅能降低除湿能耗，而且消除了潮湿表面，从而杜绝了霉菌滋生，提高了室内空气质量。新风由设于屋顶新风机房的新风机组通过若干竖管向下送至各套住宅，为保证进入各套住宅的新风量恒定，每套住宅的连接支管上均设置一个定风量调节阀，各房间的新风支管均为80mm×50mm的ABS不燃风管，沿地面敷设，采用地板送风方式，新风口安装于室内外窗和外墙下，出口风速小于0.3m/s，这样可以形成架空的绝热层，使得楼板辐射传热方向向下，并尽量形成置换通风模式，提高通风换气效率，改善室内空气质量。

吊顶辐射供冷与供暖系统由预埋于钢筋混凝土楼板内的盘管组成，盘管为聚丁烯管(PB)，规格为D20mm×2.0mm。原则上盘管离墙250mm，管间距为120，150，200mm 三种规格，取决于各房间负荷的大小，每一回路盘管(中间无接头)直接与设于各单元管井内的分集水器连接，并设有流量计与流量调节机构(与分集水器一体化)，室内顶部严禁吊顶或随意打孔。图5为92B#楼标准层辐射盘管平面图，图6为92B#楼标准层送排风平面图。

5自动控制

5.1本工程设有楼宇自动控制系统(BAS)，除风机盘管外，其他所有冷热源设备、通风设备、空调设备等均纳入BAS系统进行合理的监测、控制与管理。

5.2公寓套房内安装温湿度(露点)控制器，严格监控室内湿度在设计的范围内，防止顶棚结露。

5.3由于楼板的蓄热作用,吊顶辐射供冷是一个“慢反应”系统，其调节反应速度具有一定的延迟性，因此在系统设计与控制等多方面与传统空调系统、毛细管辐射系统相比，理念上存在明显的不同。本工程采用带室温反馈的室外温度控制方式(前馈2反馈控制)，这种方式对于内部条件和外部气象条件变化引起的扰动较为敏感。由于楼板供冷系统热惰性较大，对于室内负荷变化调节反应不如其他供冷方式灵敏，且不容易通过控制方式的选择来解决，可以用热惰性小的新风系统供冷作为吊顶辐射供冷系统的补充，具有较好的控制效果。

5.4楼板辐射供冷系统入户前的供水管上安装热量表，进行分户热计量。

6设计难点与解决措施

6.1地源热泵系统的运行可靠性

从地源热泵系统的使用特点可以看出，如果热平衡受到破坏，将使土壤温度发生改变(升高或者降低)，会严重影响到若干年后的可靠使用，因此地源热泵系统的热平衡是能否成功的关键因素。虽然本工程冷、热量的需求在数值上存在差距，但通过热回收装置的使用可以平衡，为了使系统安全运行，特设置1台小型闭式冷却塔，保证长时间运行时的土壤热平衡。

6.2防结露

上海位于长江下游，属于夏热冬冷地区，全年相对湿度普遍较高，夏季平均相对湿度在80%以上，空气含湿量在20g/kg以上，辐射吊顶夏季供冷时的结露问题是其应用中首要的问题。避免结露就要求冷却顶板的表面温度必须保持在室内空气的露点温度之上。这可以通过两个途径达到：其一是提高冷却顶板进水温度，使其高于室内空气露点温度1℃以上。本工程室内空气设计参数为：室内温度tn = 26℃，相对湿度φn= 55%，比焓hn= 56kJ/kg，露点温度约16℃，因此设定夏季辐射供、回水温度为18℃/20℃，并且在室内安装空气露点传感器以控制顶板进水温度不低于室内空气露点温度。其二是降低室内空气露点温度。夏季应先启动新风系统进行除湿，当室内空气的相对湿度接近或达到设计值后再开启吊顶辐射供冷系统，可很好地避免冷吊顶结露问题。此外，还要很好地控制建筑内压和渗透率，对建筑做好密封，尽可能少开门、不开窗，防止室外空气渗入室内。

6.3厨房风量平衡

本工程为酒店式公寓，在每套公寓内均设有中式厨房，其最大特点是排油烟机风量大，一般风量为400～800m3/h，远大于房间的新风量，当排油烟机开启后，室内新风全部被抽走，并吸入大量室外潮湿空气(外门、外窗不密封)，或者从排风管道中倒抽其他房间内的新风(外门、外窗密封)。为解决这个难点，在厨房外墙上增设一台补气扇，并与排油烟机联锁，使之平衡厨房的进排风量而不影响房间的空气平衡，从而保证室内热湿环境。

7结语

地源热泵系统属于利用可再生能源的系统，地源热泵机组夏季供冷并免费制取生活热水减少了对土壤的放热，有利于夏热冬冷地区土壤的全年热平衡。

辐射供冷空调系统则是近几年逐渐在国内开始应用的一种较新的空调方式。其节能特点主要体现在：1) 在满足同等舒适度情况下可以将室内设计温度提高，减少冷源设备安装容量；2) 可利用高温冷源，提高冷源设备运行效率，并实现免费供冷；3) 输送能耗小；4) 利用了楼板的蓄热特点。

由于吊顶辐射供冷的能力有限，应在满足使用要求的前提下将外围护结构的得热降低到最小，这是一个关键的因素。值得一提的是要做好窗户的外遮阳。

选用热泵式溶液调湿机组进行新风处理是本设计的一个大胆尝试，笔者认为其原理是节能、先进的，应在实际运行中收集数据与经验，使产品更加完善。