低碳乡村建筑空调系统设计探讨

王 昊，周薇南，岳 敏（上海中建东孚投资发展有限公司， 上海 200125）

上海市青浦区重固镇章堰村振兴项目，是重固镇重点打造的低碳乡村。章堰村是上海市历史悠久的千年古村落，并于 2020 年列入乡村振兴示范村建设名单，目前项目正在整体开发中。在本项目中，在传统村落的核心区，临水修建了一个非常具有特色的小型单体建筑“堰集”，寓意河流之旁休憩集会的场所。

“堰集”建筑坐落在传统水系边，立面通体为玻璃幕墙到底，将外部的水景直接向建筑打开，室内获得非常好的景观效果。堰集的屋面构造为纯木结构梁裸顶形式，整体建筑效果十分简洁。但相应的问题是对空调设计提出了较高的挑战，传统的吊挂式空调内机、风管或落地式侧吹室内机均无法布置。

1 空调负荷计算

本次设计采用某暖通空调负荷计算软件计算空调夏季及冬季负荷，按计算温度夏季 26 ℃，冬季 18 ℃，即按餐厅标准计算，得到夏季峰值冷负荷 75 kW，冬季峰值热负荷 42 kW。后续设计将基于此计算结果进行相应的配置。

2 空调室内机选型

本项目今后的将作为章堰村项目配套餐饮设施使用，人员流动性较高，对空调效果要求较高。同时，考虑到项目木结构裸顶设计，室内设计专业明确表达不建议另外设置吊顶布置空调，也不建议采用高低吊顶内藏室内机的形式。而项目面积不大，3 面为敞开玻璃，一面为备餐间，也没有空间单独设置空调机房，同时立面为玻璃幕墙到底，没有空间设置落地式侧吹型室内机。

在这样不利的情况下，经多次研讨，准备采用新型埋地式地送风空调室内机的形式来解决空调送风问题。

采用此类埋地式系统，将空调管线布置对建筑的影响降到最小，且不需要设置机房，也不需要对餐饮中间区域采用任何抬高或架空措施，避免人员踩踏地面产生不实的感觉。如采用传统风机盘管或多联机室内机，接风管地送风的形式，对地面架空要求较高，管线排布复杂，不宜检修，实际送风效果也较为一般。

同时埋地式室内机为目前较新型的空调内机形式，设备尺寸小于传统的风机盘管内机，即使考虑供回水管尺寸也可以将建筑预留管廊的尺寸控制在最小。建筑不需要单独设置尺寸较大的风道或不需要较大空间预留空调室内机安装空间，非常适合此类只能设置地送风的空调内机形式。设备选型时，需注意风口角度可在一定范围内适当可调，扩大送风范围，也避免产生气流短路现象，确保实际使用效果。

新风设计方面，因为地面以上无空间单独布置新风机及相应新风管道，本次设计采用可接新风管的埋地式室内机形式，通过单独的取自室外的新风管道，与空调室内机、空调水管等共同布置在设备管沟中，新风管接支管进入室内机，新风经室内机回风共同处理后再次送入室内。设备选型时，特别注意应选用冷暖新风型，接入的新风量在设备允许处理的区间内。

在室内机选型时，也注意到此类室内机往往只有水系统才有相关的设备，主流的氟系统（多联机）厂家缺乏相关的产品，这也是冷热源选型时的重要参考。

3 空调冷热源选择

本项目充分注重低碳技术应用，拟将项目打造成国内具备影响力的低碳乡村。在方案设计阶段，“堰集”拟充分利用可再生能源，计划采用地源热泵的形式。但因为项目夏季空调冷负荷大于冬季热负荷，且项目热水需求也不多，不足以平衡地源侧取热量与散热量之间的关系，容易形成热堆积效应。因此，方案阶段拟采用地源热泵结合空气源热泵的形式作为主要的冷热源，冬季全部负荷及夏季的部分负荷由地源热泵承担，夏季不足部分由空气源热泵作为补充。具体形式如图1 所示。

图1 方案阶段空调系统原理图

由图1 可知，方案阶段本系统冷热源为 2 套主机系统联合供应。具体设备选型上拟以冬季热负荷作为地源热泵主要的选型依据，辅之以热平衡计算，确保埋管区域不产生明显的热堆积。故综合考虑后，地源热泵拟按 40 kW 冷、热负荷选型，地下换热系统采用垂直埋管形式，单 U，管径DE32，垂直埋管有效深度为 100 m，间距为 4 m×4 m，钻孔直径为 130 mm。每米换热量按区域附近类似项目实测报告推荐值 48 W 计算，考虑 20% 的余量，设计共计 10 口地源井(需考虑水泵排热)。由于建筑一侧临河，三侧为已建或拟建建筑，埋管区域只可设置于建筑自身底板以下。

经济性上，地源热泵的能效比空气源热泵高，尤其是冬季不需要除霜，也没有低温热衰减现象，使用的经济性上显著提高，且系统也已日趋成熟，增加的成本可通过日常运营费用的降低加以收回。

但在实际实施过程中，因项目开发进度受限，地埋管施工的工期现场无法给出，且地源热泵的小机房被临近建筑占用，因此方案完成后，后续实际实施时均改为空气源热泵作为主要的冷热源，前期的地源热泵系统选型研究转为技术储备，后续地块在有条件的情况下加以采用。

4 结 语

本项目目前正在现场施工阶段，项目虽小但对空调系统的设计及设备选型也提出了较高的要求，尤其是对地源热泵与空气源热泵结合空调系统的研究及埋地式空调室内机的应用探索，取得了较好的设计经验，并且经过多方面管线排布模拟，已不存在技术难点与问题。通过本项目的设计积累了一定的村镇特色建筑空调设计经验，以期为类似乡村建筑提供参考。