某生态绿色高级别墅空调系统设计

敬新益 涂传毅

摘要：本文通过对一生态绿色建筑节能空调形式典型实例的介绍—平面式空调系统，并对系统设计及其效果进行了分析，阐明辐射冷（暖）空调系统的基本特点及其构成方式，为实际应有和它的施工技术上提供了借鉴。

关键词：生态绿色建筑，平面式空调系统，辐射供冷

中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：

工程概况

目前，以低碳、节能、环保型的生态建筑发展方兴未艾，本别墅业主将别墅建筑定位为低碳、绿色环保、高舒适度、微能耗的生态建筑，在建筑设计中借鉴了欧式风格，并采纳了当今先进的生态技术成果，如建筑节能结合太阳能光电光热技术及土壤源热泵技术等。项目完成后，可以进行示范性推广并应用于其开发的商品房，通过该生态节能配套系统的运行性能的跟踪测试，得出一些有意义的基础数据，为该系统的推广积累设计、施工及使用上的经验。

空调系统设计思路

为更好的体现生态绿色建筑[1]以实现高舒适度、微能耗、生态环保为目标，在设计上应对建筑热工性能和室内空调系统优化设计两方面入手，对建筑设计采取了降低建筑负荷措施，室内空调系统设计则涵盖了独立除湿新风系统、毛细管辐射制冷（热）系统[2]、太阳能热水系统、太阳能光电系统、除尘系统等，对空调系统而言，这些也都是针对从降低建筑负荷和采用高效、可再生能源系统以降低空调系统能耗两个方面进行。

2.1降低建筑负荷的措施

降低建筑负荷的措施是通过对建筑围护结构保温隔热性能进行优化设计[3]，具体做法和参数如下：

外墙：采用砂加气混凝土砌块+EPS外保温体系，保温厚度120㎜，传热系数：0.28w/㎡.℃；

屋顶：采用XPS外保温体系，保温厚度120㎜，传热系数；0.22w/㎡.℃；

外窗：采用断桥铝合金门窗加中空玻璃，传热系数：2.5w/㎡.℃；

所有外窗和屋顶天窗均采用了自动外遮阳装置。

2.2降低空调系统能耗的措施

2.2.1采用土壤源热泵系统作为冷热源

空调系统采用土壤源热泵系统作为冷热源，土壤源热泵系统一般采用垂直埋管形式，利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。冬季从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季向土壤排热，为建筑物制冷。

2.2.2采用太阳能光电技术

采用太阳能光电板系统，是利用太阳电池半导体材料的光伏效应将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，为该建筑供电，有效地降低了供电系统的负荷。

2.2.3采用毛细管辐射供冷、供热末端系统

采用毛细管辐射供冷、供热末端系统，制冷供水温度18℃，制热供水温度32℃。与传统末端相比，夏季提高了冷源供水温度、冬季降低了热源供水温度，因而进一步提高了热泵机组的能效比，节能效果显著。但采用这种末端系统是与建筑物节能息息相关的，应当保证房间的单位面积冷指标50w/m2内，方能达到使用的目标。

空调系统设计

3.1主要设计参数

夏季空调室内设计参数：温度26℃～28℃，相对湿度55%～65%，风速≤0.25m/s；

冬季空调室内设计参数；温度18℃～20℃，风速≤0.2m/s；

3.2空调系统概述

空调系统采用毛细管平面空调系统、温、湿度独立控制。由冷、热源、毛细管末端和独立除湿新风系统三部分组成。

冷、热源：土壤热泵系统（包括土壤热泵机组和地下换热器系统），夏季供回水温度18℃/21℃；冬季供回水温底32℃/28℃，向毛细管末端系统和新风除湿机组供水。

毛细管平面末端系统：向房间辐射供冷、供热，承担室内全部显热负荷。

独立除湿新风系统：全热回收机+新风除湿机组，承担新风负荷和室内全部潜热负荷。

3.3毛细管平面空调末端系统

毛细管辐射式空调末端系统是利用动植物散热的仿生学原理，通过植入建筑物内表面的毛细散热系统，和室内高效敷设换热，是一种全新的空调形式，由于毛细散热系统要求较低的冬季供水温度和较高的夏季供水温度，降低了压缩机的压缩比，机组COP值高达10以上，节能效果明显，如果和热泵系统相结合，利用地下换热器介质夏季直供制冷，可以极大地降低能源消耗，具有高舒适度、高空气品质（独立新风），低能耗的特点。并且由于管径只有3.35×0.5㎜，占用建筑空调小，系统热惰性较常规冷暖辐射地板系统小，反应速度快，温度控制容易实现。

毛细管席材质为聚丙烯塑料，使用寿命50年，目前均为德国进口成品。安装方式灵活：可以安装在楼板下、墙面或地面上；管路和席予之间通过热熔或快速接头连接。

本次设计选用KS15系列毛细管席。直接采用特制砂浆粘贴在楼板下，整个空调系统根据使用功能和楼层的不同分为6个空调区域：D1－地下层家庭影院、娱乐室；D2－首层起居室；D3－二层卧室；D4－亲子室；D5—二层餐厅、厨房、洗衣间、过厅；D6－三层主卧、书房等，共铺设毛细管206㎡。各区域分别设置二级集分水器，各支路由流量调节阀调节流量。

3.4独立除湿新风系统

毛细管末端系统在高湿地区制冷运行时，若没有房间湿度控制措施，则可能在辐射末端表面形成结露现象，破坏建筑装修，影响系统的正常使用。因而在高湿度地区均应采用有效的除湿措施，避免结露的产生。除湿措施基本分为两类：一种是在房间内设置除湿机组，通过循环处理室内空气降低空气湿度；另一种是结合新风系统，选用新风除湿机组，通过向房间送入经过降温、除湿处理的干燥空气，从而实现人员新风量的需求和房间内湿度的精确控制。

本次设计采用第二种除湿措施，并选用全热回收装置，回收室内排风的能量对室外新风进行预热/预冷处理，从而减少新风除湿机组的能耗。该项目选用的新风除湿机组为毛细管末端系统配套机组，机组内部由预处理水盘管和压缩制冷系统两部分组成部分；夏季两部分共同运行，水盘管由土壤热泵机组提供18℃的冷水，压缩制冷系统的冷凝热直接排至地下换热器；冬季压缩机系统不工作，仅由水盘管加热新风（由土壤热泵机组向提供32℃的热水）。较常规7℃供水新风机组能耗大为降低，同时由于供水温度与毛细管末端相同，也简化了水系统。

3.5冷热源系统

3.5.1土壤热泵机组

土壤热泵机组承担的负荷；夏季为建筑显热负荷和新风除湿机组的部分负荷；冬季为建筑显热负荷和新风负荷。经过计算夏季承担负荷为15.6kw、冬季承担负荷为26kw，选用美意品牌土壤源热泵机组1台。

3.5.2地下换热器系统

土壤热泵系统长期良好地运行，地下换热器的设计至关重要。本次设计在现场进行了热响应试验，测试了土壤的导热系数；采用专业软件进行了全年逐时负荷计算，得出了系统累计耗冷、耗热量；在此基础上利用地下换热器设计软件进行了计算分析。

设计采用垂直埋管系统，垂直埋管系统常用的形式有单U型和U型管两种。设计中应上海建科院的要求，要对两种形式的换热器进行对比监测，采用了两种形式的换热器。其中：地下换热器设计为2个单U（其中一个为示范井），孔间距为6m，孔深均为72m。U型管管材均为PE管，管径均为￠32。在示范井和监测井的管道上安装了温度测试装置。

单U型管和双U型管分别设置集分水器，并设置流量和温度测试装置。

3.6控制方案

3.6.1房间温度控制和防结露控制

在主要功能房间安装温度控制器，通过控制每个支路的电动阀门开关，控制各房间的温度。温控器具有冬夏转换、开关和温度设定功能。

每个功能区域安装1个露点探测器，当房间内湿度较大有结露危险时，自动关闭各支路电动阀门作为防结露保护。

3.6.2地下换热器运行模式

夏季制冷运行初期室内毛细管系统与地下换热器系统采用板换隔开，直接利用地下换热器的廉价冷源向毛细管末端和新区除湿机组供冷，热泵机组不开启。当采用地下热器直供温度达不到系统供水温度时，切换为热泵机组制冷运行的模式，由土壤热泵机组供冷；冬季由热泵机组切换至制热工况运行供热。

4结论

土壤热泵加毛比较稳定平面式空调系统作为一种相对较新的空调系统模式，结合建筑节能，在居住建筑中的应用，可以很好的实现建筑生态环保、高舒适度、微能耗的目标，为今后节能建筑的空调系统设计提供了新的设计思路。该项目的实施，也为此类系统的设计、施工和运行管理提供了宝贵的经验，为大面积商品房开发在空调系统上应用提供了借鉴。

参考文献

［1］张辉，李晨，侯敦. 绿色建筑生态节能设计策略［J］,武汉大学学报(工学版)，2010.8:363-367.

［2］姚万祥，张志刚，毛细管辐射空调系统的研究［D］, 上海市制冷学会2009年学术年会论文集，2009

［3］周启. 空调建筑围护结构节能设计的AHP研究［D］, 广州大学,硕士学位论文,2006.