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1、朱棣淳 男 1972 年 7 月生 大学 全国注册公用设备师 高级工程师 210008 江苏南京珠江路 88 号新世界中心 B 座 4111 室 （025）86872688-24 E-mail:基于绿色理念的正方园大厦暖通系统设计南京都建机电设计事务所 朱棣淳摘要 结合正方园大厦工程介绍了暖通系统设计时采用的节能技术，着重阐述在确定冷热源 方案时考虑的问题 简单总结了设计体会 关键词 绿色建筑 合理的节能技术 冷热源 地源热泵 热回收 1 前言随着人口增长和经济发展，能源消耗日益增加，建筑能耗在社会总能耗中占据较高比例，而空调能耗占据了建筑能耗的 60%，因此，空调系统节能对于节约建筑能源消耗
2、具有重要的意义。本文结合工作中的一实际设计案例，总结了在暖通空调设计方面的一些节能措施。2 工程概况本工程为无锡正方园科技发展有限公司新建的太湖科技中心 9 号地块 A 地块科创载体（正方园科技大厦） ，以下简称正方园科技大厦。建设地点位于无锡市滨湖区太湖科技中心内，总占地面积约 7380.1 平方米,总建筑面积 44158m2，其中地上 33302 m2，地下10856.35 m2。地上 19 层，地下 2 层（一层机动车库，一层办公辅助空间及自行车库层） ，建筑总高度 88.80m（室外地面至主体屋面高度） ，建筑效果图如图 1 所示：图 1 建筑效果图本工程的定位是建设绿色、环保、生态、
3、节能的建筑，达到国家绿色建筑评价标准朱棣淳 男 1972 年 7 月生 大学 全国注册公用设备师 高级工程师 210008 江苏南京珠江路 88 号新世界中心 B 座 4111 室 （025）86872688-24 E-mail:GB/T50378-2006 中公共建筑绿色三星级标准。本着这一目标，在暖通设计中采用地埋管地源热泵作为空调系统的冷、热源。下面主要对暖通系统设计做简要介绍。3 设计参数3.1、室内设计参数表1 室内设计参数夏季冬季房间名称温度0C相对湿度%温度0C相对湿度%新风标准m 3/h.人噪声标准dB(A)办公室266020303050会议室266020303050展厅276
4、018303050门厅2760183010503.2、各区域主要负荷指标本工程夏季空调设计计算冷负荷按谐波反应法计算确定，冬季空调设计计算热负荷按稳态传热法计算确定；围护结构按 65节能设计标准设计，采用鸿业（4.0 版本）软件进行空调逐项逐时负荷计算，空调设计计算负荷如下表：表 2 各区负荷功能区域空调面积()夏季冷负荷（Kw）冷指标（W/）冬季热负荷（Kw）热指标（W/）B1 层1973.8362.6184284.8144主楼 1、1519 层4855.9685.4141488.2101主楼 214 层13052.21845.21451247.296全楼19881.92882.514520
5、20.2102地源热泵应用区域采用清华斯维尔负荷计算软件计算空调全年动态负荷，夏季冷负荷为 298528kWh, 冬季热负荷为 204706kWh, 夏季空调排热量为 354854kWh, 冬季空调取热量为 160493kWh,总热量平衡状况如下表表 3 排、取热量平衡表1、年度总热量平衡计算不平衡差值=夏季总排热量-冷却塔排热-冬季取热量夏季总排热量（kWh）冷却塔排热量（kWh）冬季取热量（kWh）冬夏平衡差值（kWh）3548541936001604937612、以冬季取热量为基数计算不平衡率=冬夏平衡差值/冬季取热量=0.47%4、空调冷热源系统设计4.1、冷热源方案的确定空调冷热源是
6、空调系统的心脏，是用能大户，合理的冷热源方案是空调正常运行的保障和节能的保证。空调冷热源的形式有多种，对于不同类型性质的建筑，影响冷热源方案的因素很多。具体到本工程，从使用性质上看是办公写字楼，负 1 层、1 层、15 至 19 层为正方园集团自用，2 至 14 层拟出租出售给其他公司。根据此情况判断，集团自用部分使用时间集中，且不需要分户计量，适合采用集中空调系统，这样可选择高能效比的制冷机；出租出售部分为方便日后营运管理，可采用变制冷剂多联机系统（VRV） 。无锡为夏热冬冷地区，集中空调系统传统冷热源形式为风冷热泵，它虽然系统简单，既可供冷又可供热，但综合能效比不高，尤其在冬季供热性能较差
7、，常常不能满足使用要求。地源热泵是利用地表浅层能量作为冬季热泵供暖热源和夏季空调冷源的系统，地源温度全年相对稳定的特性使得地源热泵比风冷热泵运行效率高。综合考虑，本工程空调冷热源确定为负 1 层、1层、15 至 19 层采用地源热泵，2 至 14 层采用 VRV。值得一提的是，19 层董事长办公室有卫生热水需求，甲方曾提出地源热泵主机有一台选用带热回收功能的供应卫生热水，考虑到热水需求量较小，用水点离机房较远，同时系统控制复杂，热回收功能还会降低主机运行效率，再三权衡利弊，最终说服甲方放弃了此方案，选择卫生热水以屋顶设太阳能热水器供应。4.2 场地岩土热响应实验竖井埋管的长度取决于单位埋管的换
8、热能力，单位管长换热量与项目所在地的地质结构成分密切相关。通过场地岩土热响应实验，获得钻孔、回填以及换热器施工难易程度、岩土取散热特性等，为地源热泵系统地下换热盘管的设计与施工提供参考依据。根据规范要求，结合本项目的实际情况，完成试验孔两口，分别采用单、双 U 管，实验孔和地埋管施工与安装数据见下表表 4 实验孔和地埋管施工与安装数据形式双 U 型单 U 型孔数（口）11孔深（m）100回填人工原浆回填安装方法机械自重下管试验孔钻孔直径（mm）135120外径（mm）2532内径（mm）20.426材质HDPE埋管深度（m）100PE 管每孔垂直管全长（m）400200供水管段（m）2供水管段
9、（m）2连接管全长（m）4连接管保温材料25mm 橡塑保温材料表 5 地埋管换热器换热能力（考虑空调启停时间比例）埋管形式埋管深度（m）流量（m3/h）散热量（w/m）取热量（w/m）双 U 型1001.26748单 U 型1001.25839本项目地质结构简单，主要构成为土层，地面至 100 米的地层施工难度一般，总体较易钻进。4.3 地埋管换热器设计本工程场地狭小，地埋管换热器采用竖直钻孔埋管的方式，竖直埋管井设于地下车库底板下，经分析测算采用Dn25的双U形地埋管系统，钻孔孔径取135mm,井间距5m5m,管路布置采用并联多环路同程系统，设置两级分集配器，初级分集配器共6个并联环路，为了
10、达到各环路水利平衡，在集配器上设置平衡阀。在系统的最高点设置排气装置。地埋管长度按满足冬季取热量计，所需埋管总长度为15400m，100m深井共154口，夏季不满足空调最大排热量部分由闭式冷却塔辅助排热。5 空调系统设计5.1 系统主机配置地源热泵制冷机房位于地下一层，根据空调负荷选择主机如下：选用两台 RTWD140HE地源热泵机组，单台制冷量为 534kW，总制冷量为 1068kW，单台制热量为 579kW，总制热量为 1158kW，作为中央空调系统的主机，机组夏季提供 7/12冷水制冷，冬季提供45/40热水制热。机组可根据冷、热负荷自动调节，以达到节能的目的。为保持地埋管冬夏季热平衡，
11、配备了一台闭式冷却塔，地源热泵机房管道系统图见图 2。1、分水器；2、集水器；3、低噪闭式冷却塔；4（11） 、补水，排气定压装置；5、地源水泵；6（9） 、微晶旁流水处理器；7（8） 、地埋管式地源热泵机组；10、空调水泵；图 2 地源热泵机房系统图2 至 14 层采用变制冷剂多联机系统，为提高室外机效率，缩短冷媒管长度，与建筑专业协调，在每层的东西两侧各设一个设备阳台摆放室外机，有效降低了系统冷量的衰减。室外机上部设置导流风罩，以改善通风散热效果。5.2 空调水系统设计空调水系统采用一次泵定流量两管制，分负一层、主楼东、西两侧三个系统。空调水系统总体采用同程形式，于集水器汇合的各路回水管均
12、设静态平衡调节阀，供系统平衡初调节和各管路流量测量用，每层分支管路设自力式压差平衡阀。空调水系统采用设置于地下制冷机房处补水、排气装置实现系统定压和补水。空调凝结水接至回收雨水的储水罐供室外景观水池补水用。5.3 空调方式1）地下一层报告厅采用单风管定风量一次回风式全空气低速空调系统，空调箱设粗、中校过滤器及全热回收功能，气流组织为上送侧回；2）地下一层其他位置采用风机盘管加新风系统，新风由吊顶式热回收机组处理后送入室内；3）地上一层门厅采用卧式空气处理机组全空气低速空调系统，气流组织为上送侧回；4）二至十四层采用天花板嵌入式室内机，上送上回，新风由设置在各层的全热回收新风机提供；5）十五层以
13、上采用风机盘管加新风系统，每层采用带热回收的新风机组。6 通风系统设计6.1 地下二层至地下一层停车场按防火分区设置机械通风及排烟合用系统。排风量按 6 次/小时计算；采用双速风机，低速排风，高速排烟，以达到风机节能运行目的；每个防火分区若有直通室外的车道，则利用车道自然补风；无直通室外的车道，则设机械送风系统。其补风量按不小于排烟量的 50%计算。6.2 地下一层冷热水机房、水泵房及配电室设机械送排风系统，按 612 次/h 进行通风换气。6.3 地下一层报告厅空调机组排风直接排至相邻的自行车库，这样既可以改善自行车库室内温度环境，又可以减少排风竖井，利于建筑美观；6.4 二至十四层全热交换
14、新风机组排风至卫生间，再由排风机排至 VRV 室外机阳台，这既可以改善卫生间温度环境，又可以改善 VRV 室外机散热效果，使得排风中剩余的焓值被压榨干净。图 3 卫生间排风平面图 图 4 剖面图7 控制系统设计7.1 压差控制：空调水系统的供水总管和回水总管之间设置压差旁通控制，根据供回水压差，自动调节系统旁通调节阀的开度，从而使供水和回水实现旁通，以维持供回水压差恒定，同时根据旁通流量控制冷水机组、水泵、冷却塔的运行台数。冬夏需要转换。7.2 保护控制：冷水机组的故障保护均由机组自带电脑控制，同时发出报警信号。7.3 风机盘管采用温度控制器和三速开关控制，可根据室内设定温度控制风机盘管回水管
15、上的电动两通阀的通断。7.4 空调机组回水管上设比例电动两通阀，由回风温感器探测室内温度，根据回风温度调节空调机组回水管上的电动调节阀的开度，维持室内要求的温度，以达到节能经济运行。7.5 新风机组也采用温度控制器控制，根据送风温度与设定值的偏差，控制新风机组回水管上的电动调节阀的开度，以达到节能经济运行。8 消声与减振8.1 螺杆冷水机组、VRV 系统室外机组、水泵、空调机组、新风机组、风机盘管和风机的进出口接管处均设置柔性接头，同时设置减震台座和吊架； 8.2 由于建筑条件所限，制冷机房隔壁就是大报告厅，为避免机房噪声，特在此处设置了双层隔墙，两层墙之间填消声玻璃棉，机房外门设计为隔声门。9 设计体会9.1 绿色建筑设计不是节能技术简单的堆砌，更不是为了申报绿色建筑而滥用节能技术，应该在建筑方案设计之初各专业即介入，因地制宜，因建制宜；9.2 节能技术也并不是非都要花大代价，设计上动一点心思，做一些技术改进，就能起到节能效果。本工程空调设计本着“先进、舒适、节能”的目的，实现了暖通空调设计中多项先进技术的集成，对建筑节能和绿色建筑设计工作的推动有一定的示范作用。本项目正在申报国家三星级绿色建筑设计标识。参考文献：1 陆耀庆 实用供热空调设计手册M 北京：中国建筑工业出版社，2008.
