低碳鄉(xiāng)村建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

王 昊，周薇南，岳 敏（上海中建東孚投資發(fā)展有限公司， 上海 200125）

上海市青浦區(qū)重固鎮(zhèn)章堰村振興項(xiàng)目，是重固鎮(zhèn)重點(diǎn)打造的低碳鄉(xiāng)村。章堰村是上海市歷史悠久的千年古村落，并于 2020 年列入鄉(xiāng)村振興示范村建設(shè)名單，目前項(xiàng)目正在整體開發(fā)中。在本項(xiàng)目中，在傳統(tǒng)村落的核心區(qū)，臨水修建了一個(gè)非常具有特色的小型單體建筑“堰集”，寓意河流之旁休憩集會(huì)的場所。

“堰集”建筑坐落在傳統(tǒng)水系邊，立面通體為玻璃幕墻到底，將外部的水景直接向建筑打開，室內(nèi)獲得非常好的景觀效果。堰集的屋面構(gòu)造為純木結(jié)構(gòu)梁裸頂形式，整體建筑效果十分簡潔。但相應(yīng)的問題是對空調(diào)設(shè)計(jì)提出了較高的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的吊掛式空調(diào)內(nèi)機(jī)、風(fēng)管或落地式側(cè)吹室內(nèi)機(jī)均無法布置。

1 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

本次設(shè)計(jì)采用某暖通空調(diào)負(fù)荷計(jì)算軟件計(jì)算空調(diào)夏季及冬季負(fù)荷，按計(jì)算溫度夏季 26 ℃，冬季 18 ℃，即按餐廳標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，得到夏季峰值冷負(fù)荷 75 kW，冬季峰值熱負(fù)荷 42 kW。后續(xù)設(shè)計(jì)將基于此計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的配置。

2 空調(diào)室內(nèi)機(jī)選型

本項(xiàng)目今后的將作為章堰村項(xiàng)目配套餐飲設(shè)施使用，人員流動(dòng)性較高，對空調(diào)效果要求較高。同時(shí)，考慮到項(xiàng)目木結(jié)構(gòu)裸頂設(shè)計(jì)，室內(nèi)設(shè)計(jì)專業(yè)明確表達(dá)不建議另外設(shè)置吊頂布置空調(diào)，也不建議采用高低吊頂內(nèi)藏室內(nèi)機(jī)的形式。而項(xiàng)目面積不大，3 面為敞開玻璃，一面為備餐間，也沒有空間單獨(dú)設(shè)置空調(diào)機(jī)房，同時(shí)立面為玻璃幕墻到底，沒有空間設(shè)置落地式側(cè)吹型室內(nèi)機(jī)。

在這樣不利的情況下，經(jīng)多次研討，準(zhǔn)備采用新型埋地式地送風(fēng)空調(diào)室內(nèi)機(jī)的形式來解決空調(diào)送風(fēng)問題。

采用此類埋地式系統(tǒng)，將空調(diào)管線布置對建筑的影響降到最小，且不需要設(shè)置機(jī)房，也不需要對餐飲中間區(qū)域采用任何抬高或架空措施，避免人員踩踏地面產(chǎn)生不實(shí)的感覺。如采用傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤管或多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)，接風(fēng)管地送風(fēng)的形式，對地面架空要求較高，管線排布復(fù)雜，不宜檢修，實(shí)際送風(fēng)效果也較為一般。

同時(shí)埋地式室內(nèi)機(jī)為目前較新型的空調(diào)內(nèi)機(jī)形式，設(shè)備尺寸小于傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤管內(nèi)機(jī)，即使考慮供回水管尺寸也可以將建筑預(yù)留管廊的尺寸控制在最小。建筑不需要單獨(dú)設(shè)置尺寸較大的風(fēng)道或不需要較大空間預(yù)留空調(diào)室內(nèi)機(jī)安裝空間，非常適合此類只能設(shè)置地送風(fēng)的空調(diào)內(nèi)機(jī)形式。設(shè)備選型時(shí)，需注意風(fēng)口角度可在一定范圍內(nèi)適當(dāng)可調(diào)，擴(kuò)大送風(fēng)范圍，也避免產(chǎn)生氣流短路現(xiàn)象，確保實(shí)際使用效果。

新風(fēng)設(shè)計(jì)方面，因?yàn)榈孛嬉陨蠠o空間單獨(dú)布置新風(fēng)機(jī)及相應(yīng)新風(fēng)管道，本次設(shè)計(jì)采用可接新風(fēng)管的埋地式室內(nèi)機(jī)形式，通過單獨(dú)的取自室外的新風(fēng)管道，與空調(diào)室內(nèi)機(jī)、空調(diào)水管等共同布置在設(shè)備管溝中，新風(fēng)管接支管進(jìn)入室內(nèi)機(jī)，新風(fēng)經(jīng)室內(nèi)機(jī)回風(fēng)共同處理后再次送入室內(nèi)。設(shè)備選型時(shí)，特別注意應(yīng)選用冷暖新風(fēng)型，接入的新風(fēng)量在設(shè)備允許處理的區(qū)間內(nèi)。

在室內(nèi)機(jī)選型時(shí)，也注意到此類室內(nèi)機(jī)往往只有水系統(tǒng)才有相關(guān)的設(shè)備，主流的氟系統(tǒng)（多聯(lián)機(jī)）廠家缺乏相關(guān)的產(chǎn)品，這也是冷熱源選型時(shí)的重要參考。

3 空調(diào)冷熱源選擇

本項(xiàng)目充分注重低碳技術(shù)應(yīng)用，擬將項(xiàng)目打造成國內(nèi)具備影響力的低碳鄉(xiāng)村。在方案設(shè)計(jì)階段，“堰集”擬充分利用可再生能源，計(jì)劃采用地源熱泵的形式。但因?yàn)轫?xiàng)目夏季空調(diào)冷負(fù)荷大于冬季熱負(fù)荷，且項(xiàng)目熱水需求也不多，不足以平衡地源側(cè)取熱量與散熱量之間的關(guān)系，容易形成熱堆積效應(yīng)。因此，方案階段擬采用地源熱泵結(jié)合空氣源熱泵的形式作為主要的冷熱源，冬季全部負(fù)荷及夏季的部分負(fù)荷由地源熱泵承擔(dān)，夏季不足部分由空氣源熱泵作為補(bǔ)充。具體形式如圖1 所示。

圖1 方案階段空調(diào)系統(tǒng)原理圖

由圖1 可知，方案階段本系統(tǒng)冷熱源為 2 套主機(jī)系統(tǒng)聯(lián)合供應(yīng)。具體設(shè)備選型上擬以冬季熱負(fù)荷作為地源熱泵主要的選型依據(jù)，輔之以熱平衡計(jì)算，確保埋管區(qū)域不產(chǎn)生明顯的熱堆積。故綜合考慮后，地源熱泵擬按 40 kW 冷、熱負(fù)荷選型，地下?lián)Q熱系統(tǒng)采用垂直埋管形式，單 U，管徑DE32，垂直埋管有效深度為 100 m，間距為 4 m×4 m，鉆孔直徑為 130 mm。每米換熱量按區(qū)域附近類似項(xiàng)目實(shí)測報(bào)告推薦值 48 W 計(jì)算，考慮 20% 的余量，設(shè)計(jì)共計(jì) 10 口地源井(需考慮水泵排熱)。由于建筑一側(cè)臨河，三側(cè)為已建或擬建建筑，埋管區(qū)域只可設(shè)置于建筑自身底板以下。

經(jīng)濟(jì)性上，地源熱泵的能效比空氣源熱泵高，尤其是冬季不需要除霜，也沒有低溫?zé)崴p現(xiàn)象，使用的經(jīng)濟(jì)性上顯著提高，且系統(tǒng)也已日趨成熟，增加的成本可通過日常運(yùn)營費(fèi)用的降低加以收回。

但在實(shí)際實(shí)施過程中，因項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度受限，地埋管施工的工期現(xiàn)場無法給出，且地源熱泵的小機(jī)房被臨近建筑占用，因此方案完成后，后續(xù)實(shí)際實(shí)施時(shí)均改為空氣源熱泵作為主要的冷熱源，前期的地源熱泵系統(tǒng)選型研究轉(zhuǎn)為技術(shù)儲(chǔ)備，后續(xù)地塊在有條件的情況下加以采用。

4 結(jié) 語

本項(xiàng)目目前正在現(xiàn)場施工階段，項(xiàng)目雖小但對空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型也提出了較高的要求，尤其是對地源熱泵與空氣源熱泵結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)的研究及埋地式空調(diào)室內(nèi)機(jī)的應(yīng)用探索，取得了較好的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并且經(jīng)過多方面管線排布模擬，已不存在技術(shù)難點(diǎn)與問題。通過本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)積累了一定的村鎮(zhèn)特色建筑空調(diào)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以期為類似鄉(xiāng)村建筑提供參考。