主動(dòng)式冷梁技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

趙曉東

摘 要：隨著房地產(chǎn)市場(chǎng)的飛速發(fā)展，舒適、節(jié)能環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展已成為建筑業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，綠色建筑是將可持續(xù)發(fā)展的理念引入建筑領(lǐng)域，最大限度地節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康舒適的空間。筆者通過(guò)自己設(shè)計(jì)的項(xiàng)目中的一些理念，分析了地源熱泵結(jié)合主動(dòng)式冷梁技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；主動(dòng)式冷梁；綠色建筑；節(jié)能環(huán)保

1 工程概況

本建筑位于上海市張江，地下二層、地上五層。建筑高度19.4m，建筑面積12879m2。地下二層為汽車庫(kù)及設(shè)備房；地下一層為餐廳、會(huì)議室等；地上層為辦公、展廳、會(huì)議廳等，建筑為辦公建筑。

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

室內(nèi)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

夏季：溫度26℃，相對(duì)濕度60%。冬季：溫度20℃，相對(duì)濕度60%，新風(fēng)量30m3/h.p。

經(jīng)負(fù)荷計(jì)算得空調(diào)總冷負(fù)荷516kW，冷負(fù)荷指標(biāo)為68W/m2，總熱負(fù)荷302kW，熱負(fù)荷指標(biāo)為39.8W/m2，考慮上海氣候特點(diǎn)，結(jié)合綠色建筑對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保的要求，冷熱源采用冷暖型地源熱泵系統(tǒng)，主機(jī)置于負(fù)二層制冷機(jī)房，負(fù)一層采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)，其他房間末端采用主動(dòng)式冷梁加獨(dú)立新風(fēng)，選用二臺(tái)地源熱泵主機(jī)，單機(jī)額定制冷/制熱量為263.2/267.2kW。送/回水溫度夏季為7/12℃，冬季為40/45℃，冬夏熱不平衡，冬夏季負(fù)荷相差214kW，地源埋管按冬季設(shè)計(jì)，地源熱泵機(jī)組采用熱回收型，夏季多余熱量用來(lái)制取生活熱水。末端設(shè)置主動(dòng)式冷梁，房間冷負(fù)荷指標(biāo)為40W/m2，新風(fēng)采用獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)機(jī)組采用熱回收型，新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷，處理到設(shè)計(jì)送風(fēng)點(diǎn)。夏季水經(jīng)板換成16/19℃，冬季經(jīng)板換后進(jìn)出/水溫度為32/29℃。空調(diào)系統(tǒng)示意圖及空氣處理狀態(tài)過(guò)程見(jiàn)圖1和圖2。

3 地源熱泵系統(tǒng)

地源熱泵系統(tǒng)是可再生能源。它利用地下淺層地?zé)豳Y源，通過(guò)輸入少量的高品位能源，實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。根據(jù)項(xiàng)目的巖土熱響應(yīng)試驗(yàn)以及動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算全年8760小時(shí)的逐時(shí)冷熱負(fù)荷，該項(xiàng)目適合采用地源熱泵系統(tǒng)。土壤熱平衡一直是地源熱泵系統(tǒng)需要解決的難題，夏季熱泵機(jī)組對(duì)土壤的熱釋放量大于冬季的取熱量，故本工程地源熱泵機(jī)組采用熱回收型機(jī)組，夏季利用機(jī)組的冷凝廢熱提供免費(fèi)的生活熱水，又使冬夏季的熱平衡得以實(shí)現(xiàn)，一舉兩得。本項(xiàng)目采用100m雙U地源井（夏季放熱量約60W/延米，冬季取熱量約50W/延米）100口，地源井平均間距大于5m，管徑De25。根據(jù)總平面圖，項(xiàng)目區(qū)域滿足地源井打井要求并保證全年地源部分熱平衡，地源熱泵系統(tǒng)最好與供暖供水溫度低，制冷供水溫度高的末端配套使用，故末端考慮采用冷梁系統(tǒng)。

4 主動(dòng)式冷梁系統(tǒng)

冷梁系統(tǒng)是依靠盤管內(nèi)的水與的空氣通過(guò)對(duì)流輻射而形成氣流循環(huán)達(dá)到空氣調(diào)節(jié)的目的，冷梁系統(tǒng)分為主動(dòng)式冷梁和被動(dòng)式冷梁，主動(dòng)式冷梁主要利用強(qiáng)制對(duì)流來(lái)造成空氣與盤管間的傳熱，可以制冷、供熱和通風(fēng)。夏季被處理的氣流進(jìn)入冷梁，然后通過(guò)噴嘴進(jìn)入到冷梁下端，當(dāng)氣流通過(guò)阻擋物時(shí)，阻擋物的背風(fēng)面上端附近氣壓相對(duì)較低，從而產(chǎn)生吸附作用，冷梁下端的空氣向上流動(dòng)，在通過(guò)換熱器時(shí)被冷卻。冷卻后的空氣和主氣流混合，溫度低于房間溫度，然后冷卻房間空氣。經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，房間的熱量被冷卻盤管帶走，從而達(dá)到了制冷的效果。被動(dòng)式冷梁是通過(guò)自然對(duì)流制冷，其僅能制冷且制冷能力主要取決于盤管的換熱能力，性能比主動(dòng)式冷梁低。本工程因有冬季采暖的需求，故末端考慮采用主動(dòng)式冷梁系統(tǒng)。冷梁系統(tǒng)加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)是對(duì)室內(nèi)溫度濕度區(qū)分處理，在舒適度、空氣質(zhì)量以及能耗方面都遠(yuǎn)優(yōu)于于傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)。

5 冷梁系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

冷梁布置簡(jiǎn)單，舒適度高，可以有不同的尺寸，無(wú)風(fēng)機(jī)及其它運(yùn)動(dòng)部件，噪音小，適用于所有的吊頂。而且冷梁冬季制熱只需28～32℃，夏季16～18℃，和傳統(tǒng)盤管冬季45～50℃，夏季7～12℃相比，極大提高了地源熱泵的能效比而達(dá)到二次節(jié)能的目的；同時(shí)，全新風(fēng)機(jī)組還帶有熱回收的功能，將室內(nèi)回風(fēng)和排風(fēng)全部回收利用加熱或者冷卻新風(fēng)，再次節(jié)能，主動(dòng)式冷梁+獨(dú)立新風(fēng)+地源熱泵系統(tǒng)配合使用，能夠?qū)⑾到y(tǒng)的節(jié)能率提高50%以上，為業(yè)主帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。冷梁系統(tǒng)也存在著一定的不足：冷梁系統(tǒng)的初投資較高易結(jié)露，本項(xiàng)目室內(nèi)相對(duì)濕度控制50%以下防結(jié)露，取得了良好的效果。

6 項(xiàng)目運(yùn)行狀況

項(xiàng)目自2012年建成投入運(yùn)行以來(lái)，連續(xù)運(yùn)行了四年，實(shí)踐證明該項(xiàng)目達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)近四年來(lái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)（冬季主要為12～3月，夏季主要為6～8月），運(yùn)行狀況良好，地源熱泵系統(tǒng)省去了鍋爐房和冷卻塔等輔助設(shè)備，同時(shí)夏季運(yùn)行時(shí)免費(fèi)提供部分生活熱水所需熱量，既省投資又使土壤熱平衡得以實(shí)現(xiàn)，由于冷梁盤管中使用較高溫度的循環(huán)冷水，有效提高熱泵機(jī)組的EER，創(chuàng)造出更加舒適與節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)，得到業(yè)主的認(rèn)可。

7 綠色建筑評(píng)定

綠色建筑總共分為3個(gè)星級(jí)，當(dāng)綠色建筑分別達(dá)到50、60、80分時(shí)，等級(jí)分別為一到三星級(jí)，本項(xiàng)目地源熱泵制冷性能系統(tǒng)COP值比現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189限定值提高6%以上，空調(diào)系統(tǒng)能耗降低幅度比常規(guī)空調(diào)達(dá)到15%以上，且地源熱泵系統(tǒng)屬于可再生能源，為綠建評(píng)定貢獻(xiàn)了不少加分項(xiàng)，最終，項(xiàng)目評(píng)分獲得69分，評(píng)定為兩星，順利完成綠建申報(bào)。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程分析，地源熱泵系統(tǒng)與主動(dòng)式冷梁系統(tǒng)組合使用能夠提高地源熱泵的能效比，完全符合可持續(xù)發(fā)展理念，在綠色建筑中有著良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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