低碳鄉村建筑空調系統設計探討

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

上海市青浦區重固鎮章堰村振興項目，是重固鎮重點打造的低碳鄉村。章堰村是上海市歷史悠久的千年古村落，并于 2020 年列入鄉村振興示范村建設名單，目前項目正在整體開發中。在本項目中，在傳統村落的核心區，臨水修建了一個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的場所。

“堰集”建筑坐落在傳統水系邊，立面通體為玻璃幕墻到底，將外部的水景直接向建筑打開，室內獲得非常好的景觀效果。堰集的屋面構造為純木結構梁裸頂形式，整體建筑效果十分簡潔。但相應的問題是對空調設計提出了較高的挑戰，傳統的吊掛式空調內機、風管或落地式側吹室內機均無法布置。

1 空調負荷計算

本次設計采用某暖通空調負荷計算軟件計算空調夏季及冬季負荷，按計算溫度夏季 26 ℃，冬季 18 ℃，即按餐廳標準計算，得到夏季峰值冷負荷 75 kW，冬季峰值熱負荷 42 kW。后續設計將基于此計算結果進行相應的配置。

2 空調室內機選型

本項目今后的將作為章堰村項目配套餐飲設施使用，人員流動性較高，對空調效果要求較高。同時，考慮到項目木結構裸頂設計，室內設計專業明確表達不建議另外設置吊頂布置空調，也不建議采用高低吊頂內藏室內機的形式。而項目面積不大，3 面為敞開玻璃，一面為備餐間，也沒有空間單獨設置空調機房，同時立面為玻璃幕墻到底，沒有空間設置落地式側吹型室內機。

在這樣不利的情況下，經多次研討，準備采用新型埋地式地送風空調室內機的形式來解決空調送風問題。

采用此類埋地式系統，將空調管線布置對建筑的影響降到最小，且不需要設置機房，也不需要對餐飲中間區域采用任何抬高或架空措施，避免人員踩踏地面產生不實的感覺。如采用傳統風機盤管或多聯機室內機，接風管地送風的形式，對地面架空要求較高，管線排布復雜，不宜檢修，實際送風效果也較為一般。

同時埋地式室內機為目前較新型的空調內機形式，設備尺寸小于傳統的風機盤管內機，即使考慮供回水管尺寸也可以將建筑預留管廊的尺寸控制在最小。建筑不需要單獨設置尺寸較大的風道或不需要較大空間預留空調室內機安裝空間，非常適合此類只能設置地送風的空調內機形式。設備選型時，需注意風口角度可在一定范圍內適當可調，擴大送風范圍，也避免產生氣流短路現象，確保實際使用效果。

新風設計方面，因為地面以上無空間單獨布置新風機及相應新風管道，本次設計采用可接新風管的埋地式室內機形式，通過單獨的取自室外的新風管道，與空調室內機、空調水管等共同布置在設備管溝中，新風管接支管進入室內機，新風經室內機回風共同處理后再次送入室內。設備選型時，特別注意應選用冷暖新風型，接入的新風量在設備允許處理的區間內。

在室內機選型時，也注意到此類室內機往往只有水系統才有相關的設備，主流的氟系統（多聯機）廠家缺乏相關的產品，這也是冷熱源選型時的重要參考。

3 空調冷熱源選擇

本項目充分注重低碳技術應用，擬將項目打造成國內具備影響力的低碳鄉村。在方案設計階段，“堰集”擬充分利用可再生能源，計劃采用地源熱泵的形式。但因為項目夏季空調冷負荷大于冬季熱負荷，且項目熱水需求也不多，不足以平衡地源側取熱量與散熱量之間的關系，容易形成熱堆積效應。因此，方案階段擬采用地源熱泵結合空氣源熱泵的形式作為主要的冷熱源，冬季全部負荷及夏季的部分負荷由地源熱泵承擔，夏季不足部分由空氣源熱泵作為補充。具體形式如圖1 所示。

圖1 方案階段空調系統原理圖

由圖1 可知，方案階段本系統冷熱源為 2 套主機系統聯合供應。具體設備選型上擬以冬季熱負荷作為地源熱泵主要的選型依據，輔之以熱平衡計算，確保埋管區域不產生明顯的熱堆積。故綜合考慮后，地源熱泵擬按 40 kW 冷、熱負荷選型，地下換熱系統采用垂直埋管形式，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。每米換熱量按區域附近類似項目實測報告推薦值 48 W 計算，考慮 20% 的余量，設計共計 10 口地源井(需考慮水泵排熱)。由于建筑一側臨河，三側為已建或擬建建筑，埋管區域只可設置于建筑自身底板以下。

經濟性上，地源熱泵的能效比空氣源熱泵高，尤其是冬季不需要除霜，也沒有低溫熱衰減現象，使用的經濟性上顯著提高，且系統也已日趨成熟，增加的成本可通過日常運營費用的降低加以收回。

但在實際實施過程中，因項目開發進度受限，地埋管施工的工期現場無法給出，且地源熱泵的小機房被臨近建筑占用，因此方案完成后，后續實際實施時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選型研究轉為技術儲備，后續地塊在有條件的情況下加以采用。

4 結 語

本項目目前正在現場施工階段，項目雖小但對空調系統的設計及設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合空調系統的研究及埋地式空調室內機的應用探索，取得了較好的設計經驗，并且經過多方面管線排布模擬，已不存在技術難點與問題。通過本項目的設計積累了一定的村鎮特色建筑空調設計經驗，以期為類似鄉村建筑提供參考。