LEED認證對空調系統設計的要求淺析

上海現代建筑設計（集團）有限公司 現代都市建筑設計院 王 力

0 引言

自2005年起，有越來越多的國內項目申請了美國的LEED認證（LEED為“LEADERSHIP IN ENERGY AND ENVIRONMENTAL DESIGN”的縮寫，即“綠色能源與環境設計先鋒獎”）。由于美國標準與中國標準的不同，且其內容不盡完善，部分認證要求仍需消化摸索。

LEED評價體系對空調系統設計的要求集中于“EA”（為“Energy and Atmosphere”的縮寫，即“能源與環境”）、“EQ”（為“Indoor Environmental Quality”的縮寫，即“室內環境質量”）兩部分，包括3項必須滿足的先決條件（“Prerequisite”，下文簡寫為“P”）和7項得分條件（“Credit”，下文簡寫為“C”）。

目前最新版的LEED認證指南[1]所引用的ASHRAE標準主要有ANSI/ASHRAE 62.1-2007（Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality，可接受室內空氣質量的通風）[2]，ANSI/ASHRAE 55-2004（Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy，適合人體的室內熱環境條件）[3]，ANSI/ASHRAE 90.1-2007 （Energy Standard for Buildings ExceptLow-Rise Residential Buildings，除低層住宅建筑外建筑物用能量標準）[4]。

1 簡介

LEED認證對空調系統的設計要求，可以概括為設計指標、能耗、控制、環保、衛生這幾個方面，對應的條款為：

1）設計指標：新風（EQ P1及EQ C2）、溫濕度（EQ C7）；

2）能耗：設備效率、保溫等（EA P2及EA C1）；

3）控制：新風監測（EQ C1）、溫度控制（EQ C6）；

4）環保：制冷劑（EA P3及EA C4）；

5）衛生：過濾器、通風（EQ C5）。

2 設計指標

2.1 新風

EQ P1（先決條件）要求設計新風量達到ASHRAE 62.1-2007的最低要求，EQ C2中規定，若設計新風量超出ASHRAE 62.1-2007最低要求的30%，便可得1分。在提交的申請文件中，需計算出ASHRAE 62.1-2007規定的每個房間的最小新風量，與實際設計新風量進行比較。

ASHRAE 62.1-2007的最小新風量計算有兩個特點：1）新風量不僅與人員有關，也與房間面積有關；2）基于通風效率的、分層面的修正，將新風量分為三個層面，系統、房間、呼吸區（房間內距地75至1800mm、距墻大于600mm的空間）。

計算過程可概括為算出呼吸區所需新風量后（人數×人均新風量+面積×單位面積新風量），再將其逐次修正至房間及系統的新風量。由呼吸區至房間的修正采用“房間空氣分布效率”（Zone Air Distribution Effectiveness），即實際到達呼吸區的新風量與送入房間的新風量之比，與送風溫度及送回風方式有關；由房間至系統的修正采用“系統通風效率”（System Ventilation Efficiency），即各房間的新風量之和與系統總新風量之比，與房間的新風比有關，新風比越大，漏風量及不平衡率越大，系統通風效率越低。

若滿足EQ C2的要求，對于辦公區域，人員密度按8-10m2/人考慮，則設計新風量按30-36m3/h/人可滿足要求；對于商業及餐飲區域，人員密度按3m2/人考慮，設計新風量按25m3/h/人可滿足要求。

由此可見，ASHRAE 62.1-2007的最低新風量標準與國內標準有所差異，但是是可以接受的。

2.2 溫濕度

EQ C7中規定，若設計溫濕度滿足ASHRAE55-2004中要求，便可得1分。

ASHRAE 55-2004中，熱舒適度與空氣溫度、相對濕度、空氣流速、平均輻射溫度、衣服熱阻、新陳代謝率這六個因素有關，將其反映為“PMV”（即為“Predicted Mean Vote”，“預期平均評價”）及“PPD”（即為“Predicted Percentage of Dissatisfied”，“預期不滿意百分率”）這兩個評價指標，當PMV在-0.5至0.5之間，PPD小于10時可認為達到人員舒適性要求。

在提交的申請文件中，需要對PMV及PPD進行計算。設定衣服熱阻、新陳代謝率等四個參數，通過調整溫度、相對濕度，使其滿足要求。一般來說，夏季時溫度低于25℃，相對濕度低于65%，冬季時溫度高于20℃，相對濕度高于35%即可滿足要求。

對于辦公區域，國內常規采用的溫濕度設計參數即可滿足要求，而對于商業及餐飲區域，建議根據室外溫濕度、室內散濕量等校核冬季送風是否需設加濕。對于健身房等房間，要求可能會更高。

3 能耗

3.1 能耗費用模擬

EA P2（先決條件）要求按照ASHRAE 90.1-2007附錄G中規定利用軟件模擬實際模型及基準模型的能耗費用，對于新建建筑，實際模型相對于基準模型的能耗費用節省率應不小于10%；EA C1規定了不同能耗費用節省率下的得分數值，是LEED所有條款中可得分值最高的，也是工作量最大的。

相對于國內綠色建筑，LEED對模擬的規定更詳細，但也有其不合理之處。1）例如，對于層數大于4層，空調面積大于2300m2以上的建筑，若實際設計中空調熱源消耗電能，例如VRV系統，電蓄熱鍋爐系統，空氣源熱泵系統等，則基準模型中空調熱源設為直接電加熱（即COP為1），這對實際模型的節費率較有利。而實際運行中，相對于鍋爐或市政供熱系統，上述系統未必更節能。2）在強調能耗費用的同時，并未對初投資成本及投資回收期作出限制。這些可能會誤導空調系統的選擇。

3.2 強制性要求

EA P2（先決條件）要求空調系統的設計符合ASHRAE 90.1-2007中Section 6.4的強制性要求，包括設備效率等方面。以制冷量大于300RT的離心式冷水機組為例，其在ARI工況下的COP值應不低于6.1，IPLV值應不低于6.4，根據其同時提供的修正公式，對應于冷凍水7℃/12℃、冷卻水32℃/37℃的設計工況下的COP及IPLV的限值分別為5.61及5.9。

4 控制

4.1 新風量監測

EQ C1中規定，安裝新風量測量裝置或CO2濃度傳感器，當其測量值與設定值偏差10%時，通過樓宇自控系統向物業發出信號，或者通過聲光報警裝置向用戶發出信號。對于人員密度低于3.7m2/人的房間（如辦公），安裝新風量測量裝置，測量精度為±15%內；對于人員密度高于3.7m2/人的房間（如商業、餐飲），安裝CO2濃度傳感器，其安裝高度為距地0.6m至1.8m間。滿足此項可得1分。

如采用全空氣系統，則CO2濃度傳感器可安裝于回風管上，也可安裝于室內；如采用風機盤管加新風系統，則應安裝于室內。對于安裝于室內的CO2濃度傳感器數量，并未作出規定。對于CO2濃度限值，有以下規定：1）不超過1000ppm（ASHRAE 62-1989），我國標準中也采用了這一限值[5]；或2）不高于室外空氣CO2濃度值700ppm （ASHRAE 62-2001，ASHRAE 62.1-2004，ASHRAE 62.1-2007）。

考慮到房間功能及人員活動情況的不同，建議經具體計算確定[2]：

式中，Cs為室內空氣中CO2濃度限值（ppm），Co為室外空氣中CO2濃度值（ppm，一般可接受的室外空氣CO2濃度值為300到500ppm，計算時可設定為400ppm[2]），Vo為人均新風量（m3/h/人，由EQ P1及EQ C2確定，見2.1節），N為人均CO2釋放率（m3/h/人，與人員活動水平有關，可由ASHRAE62.1-2007圖C.2查得）。

4.2 溫度控制

EQ C6規定，對于個人場所，為50%以上的人員提供個人舒適度控制，對于距可開啟外窗6m內，距窗邊3m內的用戶，可利用外窗滿足舒適度要求；對于多用戶場所，提供舒適度控制以滿足群體要求。滿足此項可得1分。

可控的舒適度，實際為溫度。個人場所不僅包括個人工作間，也包括開敞空間中的個人工作臺等，而個人控制指控制的專屬性，并不僅指控制途徑。所以，對于開敞辦公間，溫控器的數量（即VAV BOX或風機盤管的數量）應為人數的50%以上。以人員密度10m2/人為例，則應每20m2設置一個VAV BOX或風機盤管，此要求高于國內常規做法，將增加初投資。而ASHRAE 62.1-2007中默認的開敞辦公區人員密度為20m2/人，可見這一要求更適合美國國情。

所以一般來說，需結合可開啟外窗的設置，才能滿足這一要求。此時可開啟外窗的面積需為室內面積的4%以上。

對于多用戶場所，如商業、餐飲等空間，并未要求控制點的數量，提供就地控制途徑即可。如采用風機盤管加新風系統，則室內溫控器可滿足控制要求；如采用全空氣系統，也需在室內設溫控器，溫度傳感器設于室內，而非回風管上。

5 環保

EA P3（先決條件）要求不使用氯氟烴制冷劑（CFC），如R11，R12等。

EA C4要求對制冷劑的大氣影響綜合指數進行計算，若其小于100，則可得2分。

制冷劑的大氣影響綜合指數（Refrigerant Atmospheric Impact）計算方法如下：

其中，GWPr為全球變暖潛值（相對于CO2），ODPr為消耗臭氧潛值（相對于R11），Lr為制冷劑泄漏率（默認按2%），Mr為壽命終止時的制冷劑損耗率（默認按10%），Rc為制冷劑充注量，Life為設備壽命。若有多臺制冷設備，需按制冷容量取其加權值。

制冷劑的大氣影響綜合指數主要與制冷劑種類及充注量有關，一般來說，在現有的技術條件下，選用氫氯氟烴類（HCFC）及氫氟烴類（HFC）制冷劑都可滿足要求。常用制冷劑的GWPr及ODPr值如下表：

表1 常用制冷劑的GWPr及ODPr值

雖然氫氯氟烴類制冷劑可滿足此項要求，而由于對臭氧層具有破壞作用，已被列入淘汰之列。我國作為其最大的生產和消費國，已承諾于2030年實現除維修和特殊用途外的完全淘汰。

6 衛生

EQ C5規定服務于人員經常停留區域的空調機組、新風機組的過濾器效率應達到ANSI/ASHRAE 52.2-1999規定的MERV13。對于散發有害氣體或化學物質的房間，例如車庫、影音間、吸煙室等，應該：1）建筑布局上與其它房間分開，并設置能自動關閉的門；2）設置排風系統，排風率應不小于9.1m3/h/m2。滿足此項可得1分。

MERV13即為過濾器達到終阻力350Pa時，整個容塵過程對0.3-1.0μm、1.0-3.0μm、3.0-10.0μm三個粒徑檔粒子的平均效率值為＜75%，≥90%，≥90%。雖然分級規則有所不同，但其大致相當于歐標規定的F7等級（達到終阻力450Pa時，整個容塵過程對0.4μm粒子的平均效率在80%-90%間）[7]。

9.1m3/h/m2的排風率相當于3-4次的換氣次數，由此可見，此項要求是較易滿足的。

7 結論

7.1 LEED認證體系中對制冷劑、過濾器效率、通風、新風控制方面的要求與我國的設計要求具有較高的一致性，而對溫濕度設計參數及溫度控制的要求高于我國。而在選擇空調系統時，不僅要考慮得分要求，還應兼顧節能性和經濟性。

7.2 由于美國和中國國情的差異，LEED認證體系對于我國的項目的確有不合適之處。但對于我國的綠色建筑評價體系，其內容更完善，也有很多可借鑒之處。

[1]USGBC.LEED ReferenceGuidefor Green Building Design and Construction,Version3,2009

[2]ASHRAE.ANSI/ASHRAE62.1-2007 Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality

[3]ASHRAE.ANSI/ASHRAE 55-2004 Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy

[4]ASHRAE.ANSI/ASHRAE90.1-2007 Standard for Buildings Except Low -Rise Residential Buildings

[5]GB.GB/T 17094-1997,室內空氣中二氧化碳衛生標準

[6] ASHRAE. ANSI/ASHRAE Standard 52.2-1999∶Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size

[7]EN.Particulate AirFillerforGeneral Ventilation -Determination of the Filtration Performance.EN779∶2002