生态空调论文：生态空调系统的适用性透析

作者：李洪军 任鹏 孙景峰 曾小明 单位：沈阳奥园新城置业有限公司 北京普来福环境技术有限公司

毛细管网生态空调系统的设计

设计思路奥园国际城一期项目包含了联排别墅、高层住宅两种建筑类型，室内采用毛细管网生态空调系统的设计要综合户型结构、系统布置、使用及控制、装修配合、节约成本等多种因素考虑，其中关键的设计思路如下：(1)考虑到别墅(毛坯房)业主日后自主精装修的因素，别墅采用毛细管网地面铺设进行地板辐射供冷供暖的方式(地板辐射供冷供暖技术的特点在后节介绍)。高层住宅均为精装修房，采用天棚铺设毛细管网辐射供冷供暖的方式。(2)考虑到别墅的使用特点，在每户别墅地下室内单独设置换热机房，实现单户自行供暖和供冷。为每户别墅在室外花园内单独安装空调主机(风冷模块机组)，做为夏季制冷的冷源，别墅冬季供暖的热源为小区集中换热站。(3)根据高层住宅户型的不同，分别将分集水器设置在卫生间或者洗衣间内，将室内新风系统的分风箱布置在杂物间内。(4)将高层住宅根据层数进行高低分区，进行分区软化水补水定压。毛细管网生态空调水系统的设计毛细管网生态空调水系统由换热系统、软化水补水定压系统、输配系统、室内毛细管网末端组成，系统的运行原理是来自冷热源的一次冷水或者热水经过设置在每栋楼地下室内的换热机组换热后，通过单元采暖立管输送到每户的分集水器机组内，分集水器再将水输送到毛细管网网栅内，当毛细管网内缺水的时候，软化水补水系统自动向分集水器内补水。夏季供冷，毛细管网设计供回水温度为18℃/21℃，毛细管网的供冷能力大约为50W/m2；冬季供暖，毛细管网设计供回水温度为35℃/32℃，毛细管网的供暖能力大约为130W/m2。根据建筑的每个房间的冷热负荷计算结果，计算出每个房间天棚有效的毛细管网铺设面积(天棚或者地面的毛细管网的铺设要与建筑专业和装修专业协调，要为窗帘盒、灯位留出位置)，如果天棚有效面积不能满足毛细管网的铺设面积，则要求建筑专业调整户型设计，或者调整毛细管网的供回水参数等，直到满足室内的设计冷热负荷，这个是一个反复计算校核的过程。需要着重考虑的一个问题就是防止夏季运行毛细管网结露的问题，沈阳地区夏季露点温度大约在17℃，通常在每个房间的天棚上安装一个防结露探测器，当探测器探测到天花表面温度低于室内露点温度的时候，会给室内的毛细管网分集水器发送减少或者关闭该支路阀门开度的信号，该房间内的毛细管网流量就会减少，从而提高天花表面的温度，防止结露。厨房和卫生间由于有吊顶的原因，毛细管网只铺设在地面上，因为厨房和卫生间的空气湿度大，为了防止结露，毛细管网夏季不运行。本项目别墅采用的是地板辐射供冷供暖技术，即毛细管网铺设在地面上，上边以豆石混凝土覆盖，最上边铺设地板或者地砖，通过毛细管网注入冷水或者热水的方法来进行夏季供冷和冬季供暖。地板辐射供冷供暖技术已经有专门的文章进行研究，具体的原理和运行方法在此不再赘述。由于毛细管网单位面积供冷能力小，加之地表面有家具、地毯等遮盖，个别房间的毛细管网供冷能力不足，因此，这些房间采用了在墙内侧铺设毛细管网的方法来弥补室内供冷能力不足的问题。室内通风系统的设计由于毛细管网只承担了室内显热冷负荷，不能去除室内的潜热(湿负荷)，因此，凡是采用毛细管网生态空调系统进行供冷的建筑必须要设置通风系统。室内通风系统的设计要同时基于如下3个因素考虑：①满足室内人对新风的要求；②满足防止室内结露的要求；③满足承担部分冷负荷的要求。通风系统一般都采用置换式通风，所谓置换式通风指的是经过集中的新风机组除尘、过滤、降温(或者升温)、除湿(或者加湿)、净化的新风通过新风竖井送入到每户的新风箱内，新风通过布置在地面下分支新风管送入到每个房间的地面新风槽内，新风在室内地面平铺扩散后形成“新风湖”，室内污浊空气从每个房间门上部的透风槽排出后由卫生间集中排出。首先要计算出每个房间的新风量，根据地面新风槽的出口风速要求，计算出新风槽的有效面积，一般来说出口风速小于0.3m/s。然后据此计算出每个房间的新风支管截面积、透风槽尺寸、新风箱的尺寸，该户新风总支管的截面积等参数。新风支管的截面积尺寸要满足风量和风速的要求，出于节约地面净高的角度考虑，新风支管宜采用矩形风管，风管截面尺寸有多种，目前采用较多的是180mm×36mm的风管。透风槽是每个房间的排风出口，要满足排风量和排风风速的要求，基于室内装修的风格考虑可以设计成圆形或者矩形。透风槽内设置吸音海绵和通风口，既起到通风的作用，又有效地隔断了声音的传播。新风机组采用具备热回收功能的转轮热回收机组，一般可以达到回收60%的热量，从而节约新风能耗。冬季运行的时候，要在新风机组的新风进口处设置电加热装置对新风进行预热，防止出现冻坏新风机组换热盘管的问题。

冷热源系统设计

本项目原考虑采用地源热泵做为冷热源，但是由于距离沈阳雪花啤酒厂近不允许地下埋管打井，因此采用市政热力做为热源。冷源采用电制冷冷水机组，其中800RT离心式冷水机组2台，单台制冷量为610kW的风冷热泵螺杆机组7台。夏季制冷运行时由离心式冷水机组承担基本负荷，由风冷热泵螺杆机组承担尖峰冷负荷。过渡季供暖运行的时候，风冷热泵螺杆机组为热源，根据室外的温度，逐台启动风冷热泵螺杆机组。在每栋高层住宅的地下室内安装一套换热机组，由小区换热站输送过来的高温热水或者冷冻水经过换热后送往各户的分集水器内。同时，在地下室内安装一套软化水补水定压系统，当系统缺水压力不足的时候，软化水补水定压系统自动启动，向每户的分集水器回水端补充软化水。由于毛细管网对水质的要求非常高，因此，软化水系统必须采用多级软化净化的软水器。别墅冬季供暖与高层一样采用小区换热站供热，通过设置在每户机房内的换热机组给每层的毛细管网分集水器输送采暖热水。夏季供冷的时候，每户根据自己的要求自行启动室外空调机组，如果别墅用户有过渡季供暖的需要，也同样可以启动室外空调机组进行过渡季供暖。这样，别墅用户可以实现个性化的采暖和空调需求，达到最大限度的居住热舒适度。

相关的建筑和装修设计

一般来说要求墙体的传热系数小于0.4W/(m2•K)，外窗的传热系数小于2.0W/(m2•K)，同时，建筑的整体建筑节能率要满足当地建筑节能的要求。为此，本项目在考虑建筑外立面、造型、户型的前提下，尽可能地减小建筑窗墙比和体型系数。本项目结构墙体采用200mm厚空心砖砌块，建筑外墙保温采用150mm厚聚苯板，屋顶保温采用100mm厚聚苯板，外墙的整体传热系数为0.35W/(m2•K)，屋顶的整体传热系数为0.3W/(m2•K)。外窗采用断桥铝合金双层中空Low-E玻璃窗，整体传热系数为2.0W/(m2•K)。基于降低室内冷负荷的角度考虑，建筑南向和西向外窗安装了外遮阳卷帘，有效地降低了夏季建筑的太阳辐射得热。建筑专业要根据暖通专业的要求为毛细管网生态空调系统设计新风和排风竖井，新风竖井的位置最好位于该户的中心位置，以便各个新风支管的风量平衡。从节约空间的角度考虑，排风竖井设置在卫生间内，但不要与卫生间排风竖井合用，需要单独设置。如果在天棚铺设毛细管网网栅，结构专业要为毛细管网干管在梁上预留洞。如果毛细管网网栅采用地面内铺设方式，毛细管网、地面新风管、地面保温层的总厚度大约在120mm左右，在建筑专业设计房间净高的时候，必须将此因素考虑在内。凡是采用了毛细管网生态空调系统的建筑一般来说都是装修房，建筑的装修设计和施工都要以方便毛细管网生态空调系统的施工和实现毛细管网辐射供冷供热的功能为前提。以下分别从室内毛细管网生态空调系统的水系统和风系统的施工角度来阐述一下建筑装修与毛细管网生态空调系统的设计与施工的关系。如果毛细管网系统采用天棚铺设的方式，每个房间的灯位预留位置、灯体的大小、窗帘盒、棚线等要与暖通专业进行协商设计，要在满足室内毛细管网供冷和供暖要求的前提下确定，同时，必须方便毛细管网的施工。风系统的附属设备比较多，其中由于地面新风口和透风槽的位置和标高直接影响到了室内的气流组织，因此，装修施工的时候必须要满足新风口和透风槽的设计和施工要求。

结语

沈阳奥园国际城项目由于受到客观条件的限制，在冷热源方面还不够完美，如果采用地源热泵或者水源热泵做为冷热源，冷热源能耗还可以下降40%。毛细管网辐射供冷供热技术做为新兴的空调采暖技术在南方尤其是长三角和珠三角地区已经得到了广泛的应用，沈阳奥园国际城毛细管网生态空调系统的成功应用说明毛细管网辐射供冷供热技术这一技术是成熟的，完全可以在寒冷地区应用。本项目在2011年11月竣工，经过一个采暖季和一个空调季的运行，采暖和空调效果非常良好，经过测试，毛细管网生态空调系统在室内热舒适度、提高室内环境品质、节能性等多方面均优于传统的采暖空调方式，受到了广大业主的欢迎。毛细管网辐射供冷供热技术顺应国家建筑节能的要求，极大地改善了人们居住的健康与舒适度，彻底改变了人们关于建筑采暖和空调的理念，必将会得到广泛的发展。