LEED认证对空调系统设计的要求浅析

2012-12-25上海现代建筑设计集团有限公司现代都市建筑设计院

上海节能 2012年6期

上海现代建筑设计（集团）有限公司现代都市建筑设计院王力

0 引言

自2005年起，有越来越多的国内项目申请了美国的LEED认证（LEED为“LEADERSHIP IN ENERGY AND ENVIRONMENTAL DESIGN”的缩写，即“绿色能源与环境设计先锋奖”）。由于美国标准与中国标准的不同，且其内容不尽完善，部分认证要求仍需消化摸索。

LEED评价体系对空调系统设计的要求集中于“EA”（为“Energy and Atmosphere”的缩写，即“能源与环境”）、“EQ”（为“Indoor Environmental Quality”的缩写，即“室内环境质量”）两部分，包括3项必须满足的先决条件（“Prerequisite”，下文简写为“P”）和7项得分条件（“Credit”，下文简写为“C”）。

目前最新版的LEED认证指南[1]所引用的ASHRAE标准主要有ANSI/ASHRAE 62.1-2007（Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality，可接受室内空气质量的通风）[2]，ANSI/ASHRAE 55-2004（Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy，适合人体的室内热环境条件）[3]，ANSI/ASHRAE 90.1-2007 （Energy Standard for Buildings ExceptLow-Rise Residential Buildings，除低层住宅建筑外建筑物用能量标准）[4]。

1 简介

LEED认证对空调系统的设计要求，可以概括为设计指标、能耗、控制、环保、卫生这几个方面，对应的条款为：

1）设计指标：新风（EQ P1及EQ C2）、温湿度（EQ C7）；

2）能耗：设备效率、保温等（EA P2及EA C1）；

3）控制：新风监测（EQ C1）、温度控制（EQ C6）；

4）环保：制冷剂（EA P3及EA C4）；

5）卫生：过滤器、通风（EQ C5）。

2 设计指标

2.1 新风

EQ P1（先决条件）要求设计新风量达到ASHRAE 62.1-2007的最低要求，EQ C2中规定，若设计新风量超出ASHRAE 62.1-2007最低要求的30%，便可得1分。在提交的申请文件中，需计算出ASHRAE 62.1-2007规定的每个房间的最小新风量，与实际设计新风量进行比较。

ASHRAE 62.1-2007的最小新风量计算有两个特点：1）新风量不仅与人员有关，也与房间面积有关；2）基于通风效率的、分层面的修正，将新风量分为三个层面，系统、房间、呼吸区（房间内距地75至1800mm、距墙大于600mm的空间）。

计算过程可概括为算出呼吸区所需新风量后（人数×人均新风量+面积×单位面积新风量），再将其逐次修正至房间及系统的新风量。由呼吸区至房间的修正采用“房间空气分布效率”（Zone Air Distribution Effectiveness），即实际到达呼吸区的新风量与送入房间的新风量之比，与送风温度及送回风方式有关；由房间至系统的修正采用“系统通风效率”（System Ventilation Efficiency），即各房间的新风量之和与系统总新风量之比，与房间的新风比有关，新风比越大，漏风量及不平衡率越大，系统通风效率越低。

若满足EQ C2的要求，对于办公区域，人员密度按8-10m2/人考虑，则设计新风量按30-36m3/h/人可满足要求；对于商业及餐饮区域，人员密度按3m2/人考虑，设计新风量按25m3/h/人可满足要求。

由此可见，ASHRAE 62.1-2007的最低新风量标准与国内标准有所差异，但是是可以接受的。

2.2 温湿度

EQ C7中规定，若设计温湿度满足ASHRAE55-2004中要求，便可得1分。

ASHRAE 55-2004中，热舒适度与空气温度、相对湿度、空气流速、平均辐射温度、衣服热阻、新陈代谢率这六个因素有关，将其反映为“PMV”（即为“Predicted Mean Vote”，“预期平均评价”）及“PPD”（即为“Predicted Percentage of Dissatisfied”，“预期不满意百分率”）这两个评价指标，当PMV在-0.5至0.5之间，PPD小于10时可认为达到人员舒适性要求。

在提交的申请文件中，需要对PMV及PPD进行计算。设定衣服热阻、新陈代谢率等四个参数，通过调整温度、相对湿度，使其满足要求。一般来说，夏季时温度低于25℃，相对湿度低于65%，冬季时温度高于20℃，相对湿度高于35%即可满足要求。

对于办公区域，国内常规采用的温湿度设计参数即可满足要求，而对于商业及餐饮区域，建议根据室外温湿度、室内散湿量等校核冬季送风是否需设加湿。对于健身房等房间，要求可能会更高。

3 能耗

3.1 能耗费用模拟

EA P2（先决条件）要求按照ASHRAE 90.1-2007附录G中规定利用软件模拟实际模型及基准模型的能耗费用，对于新建建筑，实际模型相对于基准模型的能耗费用节省率应不小于10%；EA C1规定了不同能耗费用节省率下的得分数值，是LEED所有条款中可得分值最高的，也是工作量最大的。

相对于国内绿色建筑，LEED对模拟的规定更详细，但也有其不合理之处。1）例如，对于层数大于4层，空调面积大于2300m2以上的建筑，若实际设计中空调热源消耗电能，例如VRV系统，电蓄热锅炉系统，空气源热泵系统等，则基准模型中空调热源设为直接电加热（即COP为1），这对实际模型的节费率较有利。而实际运行中，相对于锅炉或市政供热系统，上述系统未必更节能。2）在强调能耗费用的同时，并未对初投资成本及投资回收期作出限制。这些可能会误导空调系统的选择。

3.2 强制性要求

EA P2（先决条件）要求空调系统的设计符合ASHRAE 90.1-2007中Section 6.4的强制性要求，包括设备效率等方面。以制冷量大于300RT的离心式冷水机组为例，其在ARI工况下的COP值应不低于6.1，IPLV值应不低于6.4，根据其同时提供的修正公式，对应于冷冻水7℃/12℃、冷却水32℃/37℃的设计工况下的COP及IPLV的限值分别为5.61及5.9。

4 控制

4.1 新风量监测

EQ C1中规定，安装新风量测量装置或CO2浓度传感器，当其测量值与设定值偏差10%时，通过楼宇自控系统向物业发出信号，或者通过声光报警装置向用户发出信号。对于人员密度低于3.7m2/人的房间（如办公），安装新风量测量装置，测量精度为±15%内；对于人员密度高于3.7m2/人的房间（如商业、餐饮），安装CO2浓度传感器，其安装高度为距地0.6m至1.8m间。满足此项可得1分。

如采用全空气系统，则CO2浓度传感器可安装于回风管上，也可安装于室内；如采用风机盘管加新风系统，则应安装于室内。对于安装于室内的CO2浓度传感器数量，并未作出规定。对于CO2浓度限值，有以下规定：1）不超过1000ppm（ASHRAE 62-1989），我国标准中也采用了这一限值[5]；或2）不高于室外空气CO2浓度值700ppm （ASHRAE 62-2001，ASHRAE 62.1-2004，ASHRAE 62.1-2007）。

考虑到房间功能及人员活动情况的不同，建议经具体计算确定[2]：

式中，Cs为室内空气中CO2浓度限值（ppm），Co为室外空气中CO2浓度值（ppm，一般可接受的室外空气CO2浓度值为300到500ppm，计算时可设定为400ppm[2]），Vo为人均新风量（m3/h/人，由EQ P1及EQ C2确定，见2.1节），N为人均CO2释放率（m3/h/人，与人员活动水平有关，可由ASHRAE62.1-2007图C.2查得）。

4.2 温度控制

EQ C6规定，对于个人场所，为50%以上的人员提供个人舒适度控制，对于距可开启外窗6m内，距窗边3m内的用户，可利用外窗满足舒适度要求；对于多用户场所，提供舒适度控制以满足群体要求。满足此项可得1分。

可控的舒适度，实际为温度。个人场所不仅包括个人工作间，也包括开敞空间中的个人工作台等，而个人控制指控制的专属性，并不仅指控制途径。所以，对于开敞办公间，温控器的数量（即VAV BOX或风机盘管的数量）应为人数的50%以上。以人员密度10m2/人为例，则应每20m2设置一个VAV BOX或风机盘管，此要求高于国内常规做法，将增加初投资。而ASHRAE 62.1-2007中默认的开敞办公区人员密度为20m2/人，可见这一要求更适合美国国情。

所以一般来说，需结合可开启外窗的设置，才能满足这一要求。此时可开启外窗的面积需为室内面积的4%以上。

对于多用户场所，如商业、餐饮等空间，并未要求控制点的数量，提供就地控制途径即可。如采用风机盘管加新风系统，则室内温控器可满足控制要求；如采用全空气系统，也需在室内设温控器，温度传感器设于室内，而非回风管上。

5 环保

EA P3（先决条件）要求不使用氯氟烃制冷剂（CFC），如R11，R12等。

EA C4要求对制冷剂的大气影响综合指数进行计算，若其小于100，则可得2分。

制冷剂的大气影响综合指数（Refrigerant Atmospheric Impact）计算方法如下：

其中，GWPr为全球变暖潜值（相对于CO2），ODPr为消耗臭氧潜值（相对于R11），Lr为制冷剂泄漏率（默认按2%），Mr为寿命终止时的制冷剂损耗率（默认按10%），Rc为制冷剂充注量，Life为设备寿命。若有多台制冷设备，需按制冷容量取其加权值。

制冷剂的大气影响综合指数主要与制冷剂种类及充注量有关，一般来说，在现有的技术条件下，选用氢氯氟烃类（HCFC）及氢氟烃类（HFC）制冷剂都可满足要求。常用制冷剂的GWPr及ODPr值如下表：

表1 常用制冷剂的GWPr及ODPr值

虽然氢氯氟烃类制冷剂可满足此项要求，而由于对臭氧层具有破坏作用，已被列入淘汰之列。我国作为其最大的生产和消费国，已承诺于2030年实现除维修和特殊用途外的完全淘汰。

6 卫生

EQ C5规定服务于人员经常停留区域的空调机组、新风机组的过滤器效率应达到ANSI/ASHRAE 52.2-1999规定的MERV13。对于散发有害气体或化学物质的房间，例如车库、影音间、吸烟室等，应该：1）建筑布局上与其它房间分开，并设置能自动关闭的门；2）设置排风系统，排风率应不小于9.1m3/h/m2。满足此项可得1分。

MERV13即为过滤器达到终阻力350Pa时，整个容尘过程对0.3-1.0μm、1.0-3.0μm、3.0-10.0μm三个粒径档粒子的平均效率值为＜75%，≥90%，≥90%。虽然分级规则有所不同，但其大致相当于欧标规定的F7等级（达到终阻力450Pa时，整个容尘过程对0.4μm粒子的平均效率在80%-90%间）[7]。

9.1m3/h/m2的排风率相当于3-4次的换气次数，由此可见，此项要求是较易满足的。