主動式冷梁技術在綠色建筑中的應用

趙曉東

摘 要：隨著房地產市場的飛速發展，舒適、節能環保及可持續發展已成為建筑業發展的趨勢，綠色建筑是將可持續發展的理念引入建筑領域，最大限度地節約資源、保護環境和減少污染，為人們提供健康舒適的空間。筆者通過自己設計的項目中的一些理念，分析了地源熱泵結合主動式冷梁技術在綠色建筑中的應用的優越性。

關鍵詞：地源熱泵；主動式冷梁；綠色建筑；節能環保

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。地下二層為汽車庫及設備房；地下一層為餐廳、會議室等；地上層為辦公、展廳、會議廳等，建筑為辦公建筑。

2 空調系統設計

室內主要設計參數如下：

夏季：溫度26℃，相對濕度60%。冬季：溫度20℃，相對濕度60%，新風量30m3/h.p。

經負荷計算得空調總冷負荷516kW，冷負荷指標為68W/m2，總熱負荷302kW，熱負荷指標為39.8W/m2，考慮上海氣候特點，結合綠色建筑對于空調系統節能環保的要求，冷熱源采用冷暖型地源熱泵系統，主機置于負二層制冷機房，負一層采用風機盤管加新風，其他房間末端采用主動式冷梁加獨立新風，選用二臺地源熱泵主機，單機額定制冷/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，冬夏季負荷相差214kW，地源埋管按冬季設計，地源熱泵機組采用熱回收型，夏季多余熱量用來制取生活熱水。末端設置主動式冷梁，房間冷負荷指標為40W/m2，新風采用獨立新風系統，新風機組采用熱回收型，新風承擔室內濕負荷，處理到設計送風點。夏季水經板換成16/19℃，冬季經板換后進出/水溫度為32/29℃。空調系統示意圖及空氣處理狀態過程見圖1和圖2。

3 地源熱泵系統

地源熱泵系統是可再生能源。它利用地下淺層地熱資源，通過輸入少量的高品位能源，實現低溫位熱能向高溫位轉移。根據項目的巖土熱響應試驗以及動態模擬計算全年8760小時的逐時冷熱負荷，該項目適合采用地源熱泵系統。土壤熱平衡一直是地源熱泵系統需要解決的難題，夏季熱泵機組對土壤的熱釋放量大于冬季的取熱量，故本工程地源熱泵機組采用熱回收型機組，夏季利用機組的冷凝廢熱提供免費的生活熱水，又使冬夏季的熱平衡得以實現，一舉兩得。本項目采用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。根據總平面圖，項目區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。

4 主動式冷梁系統

冷梁系統是依靠盤管內的水與的空氣通過對流輻射而形成氣流循環達到空氣調節的目的，冷梁系統分為主動式冷梁和被動式冷梁，主動式冷梁主要利用強制對流來造成空氣與盤管間的傳熱，可以制冷、供熱和通風。夏季被處理的氣流進入冷梁，然后通過噴嘴進入到冷梁下端，當氣流通過阻擋物時，阻擋物的背風面上端附近氣壓相對較低，從而產生吸附作用，冷梁下端的空氣向上流動，在通過換熱器時被冷卻。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。經過多次循環，房間的熱量被冷卻盤管帶走，從而達到了制冷的效果。被動式冷梁是通過自然對流制冷，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式冷梁系統。冷梁系統加獨立新風系統是對室內溫度濕度區分處理，在舒適度、空氣質量以及能耗方面都遠優于于傳統風機盤管系統。

5 冷梁系統的優缺點

冷梁布置簡單，舒適度高，可以有不同的尺寸，無風機及其它運動部件，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到二次節能的目的；同時，全新風機組還帶有熱回收的功能，將室內回風和排風全部回收利用加熱或者冷卻新風，再次節能，主動式冷梁+獨立新風+地源熱泵系統配合使用，能夠將系統的節能率提高50%以上，為業主帶來良好的經濟效益。冷梁系統也存在著一定的不足：冷梁系統的初投資較高易結露，本項目室內相對濕度控制50%以下防結露，取得了良好的效果。

6 項目運行狀況

項目自2012年建成投入運行以來，連續運行了四年，實踐證明該項目達到了預期目標，滿足設計要求，根據近四年來的運行數據（冬季主要為12～3月，夏季主要為6～8月），運行狀況良好，地源熱泵系統省去了鍋爐房和冷卻塔等輔助設備，同時夏季運行時免費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現，由于冷梁盤管中使用較高溫度的循環冷水，有效提高熱泵機組的EER，創造出更加舒適與節能的空調系統，得到業主的認可。

7 綠色建筑評定

綠色建筑總共分為3個星級，當綠色建筑分別達到50、60、80分時，等級分別為一到三星級，本項目地源熱泵制冷性能系統COP值比現行國家標準《公共建筑節能設計標準》GB50189限定值提高6%以上，空調系統能耗降低幅度比常規空調達到15%以上，且地源熱泵系統屬于可再生能源，為綠建評定貢獻了不少加分項，最終，項目評分獲得69分，評定為兩星，順利完成綠建申報。

8 結語

通過本工程分析，地源熱泵系統與主動式冷梁系統組合使用能夠提高地源熱泵的能效比，完全符合可持續發展理念，在綠色建筑中有著良好的發展前景。

參考文獻

[1] 黃翔.空調工程[M].機械工業出版社，2006.

[2] 張勇，何舢，陳殿坤.干盤管系統和主動式冷梁的應用探討[J].制冷空調，2009，30（02）：74-76

[3] 陸耀慶主編.實用供熱空調設計手冊[M].中國建筑工業出版社， 2008.