主动式冷梁技术在绿色建筑中的应用

赵晓东

摘 要：随着房地产市场的飞速发展，舒适、节能环保及可持续发展已成为建筑业发展的趋势，绿色建筑是将可持续发展的理念引入建筑领域，最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康舒适的空间。笔者通过自己设计的项目中的一些理念，分析了地源热泵结合主动式冷梁技术在绿色建筑中的应用的优越性。

关键词：地源热泵；主动式冷梁；绿色建筑；节能环保

1 工程概况

本建筑位于上海市张江，地下二层、地上五层。建筑高度19.4m，建筑面积12879m2。地下二层为汽车库及设备房；地下一层为餐厅、会议室等；地上层为办公、展厅、会议厅等，建筑为办公建筑。

2 空调系统设计

室内主要设计参数如下：

夏季：温度26℃，相对湿度60%。冬季：温度20℃，相对湿度60%，新风量30m3/h.p。

经负荷计算得空调总冷负荷516kW，冷负荷指标为68W/m2，总热负荷302kW，热负荷指标为39.8W/m2，考虑上海气候特点，结合绿色建筑对于空调系统节能环保的要求，冷热源采用冷暖型地源热泵系统，主机置于负二层制冷机房，负一层采用风机盘管加新风，其他房间末端采用主动式冷梁加独立新风，选用二台地源热泵主机，单机额定制冷/制热量为263.2/267.2kW。送/回水温度夏季为7/12℃，冬季为40/45℃，冬夏热不平衡，冬夏季负荷相差214kW，地源埋管按冬季设计，地源热泵机组采用热回收型，夏季多余热量用来制取生活热水。末端设置主动式冷梁，房间冷负荷指标为40W/m2，新风采用独立新风系统，新风机组采用热回收型，新风承担室内湿负荷，处理到设计送风点。夏季水经板换成16/19℃，冬季经板换后进出/水温度为32/29℃。空调系统示意图及空气处理状态过程见图1和图2。

3 地源热泵系统

地源热泵系统是可再生能源。它利用地下浅层地热资源，通过输入少量的高品位能源，实现低温位热能向高温位转移。根据项目的岩土热响应试验以及动态模拟计算全年8760小时的逐时冷热负荷，该项目适合采用地源热泵系统。土壤热平衡一直是地源热泵系统需要解决的难题，夏季热泵机组对土壤的热释放量大于冬季的取热量，故本工程地源热泵机组采用热回收型机组，夏季利用机组的冷凝废热提供免费的生活热水，又使冬夏季的热平衡得以实现，一举两得。本项目采用100m双U地源井（夏季放热量约60W/延米，冬季取热量约50W/延米）100口，地源井平均间距大于5m，管径De25。根据总平面图，项目区域满足地源井打井要求并保证全年地源部分热平衡，地源热泵系统最好与供暖供水温度低，制冷供水温度高的末端配套使用，故末端考虑采用冷梁系统。

4 主动式冷梁系统

冷梁系统是依靠盘管内的水与的空气通过对流辐射而形成气流循环达到空气调节的目的，冷梁系统分为主动式冷梁和被动式冷梁，主动式冷梁主要利用强制对流来造成空气与盘管间的传热，可以制冷、供热和通风。夏季被处理的气流进入冷梁，然后通过喷嘴进入到冷梁下端，当气流通过阻挡物时，阻挡物的背风面上端附近气压相对较低，从而产生吸附作用，冷梁下端的空气向上流动，在通过换热器时被冷却。冷却后的空气和主气流混合，温度低于房间温度，然后冷却房间空气。经过多次循环，房间的热量被冷却盘管带走，从而达到了制冷的效果。被动式冷梁是通过自然对流制冷，其仅能制冷且制冷能力主要取决于盘管的换热能力，性能比主动式冷梁低。本工程因有冬季采暖的需求，故末端考虑采用主动式冷梁系统。冷梁系统加独立新风系统是对室内温度湿度区分处理，在舒适度、空气质量以及能耗方面都远优于于传统风机盘管系统。

5 冷梁系统的优缺点

冷梁布置简单，舒适度高，可以有不同的尺寸，无风机及其它运动部件，噪音小，适用于所有的吊顶。而且冷梁冬季制热只需28～32℃，夏季16～18℃，和传统盘管冬季45～50℃，夏季7～12℃相比，极大提高了地源热泵的能效比而达到二次节能的目的；同时，全新风机组还带有热回收的功能，将室内回风和排风全部回收利用加热或者冷却新风，再次节能，主动式冷梁+独立新风+地源热泵系统配合使用，能够将系统的节能率提高50%以上，为业主带来良好的经济效益。冷梁系统也存在着一定的不足：冷梁系统的初投资较高易结露，本项目室内相对湿度控制50%以下防结露，取得了良好的效果。

6 项目运行状况

项目自2012年建成投入运行以来，连续运行了四年，实践证明该项目达到了预期目标，满足设计要求，根据近四年来的运行数据（冬季主要为12～3月，夏季主要为6～8月），运行状况良好，地源热泵系统省去了锅炉房和冷却塔等辅助设备，同时夏季运行时免费提供部分生活热水所需热量，既省投资又使土壤热平衡得以实现，由于冷梁盘管中使用较高温度的循环冷水，有效提高热泵机组的EER，创造出更加舒适与节能的空调系统，得到业主的认可。

7 绿色建筑评定

绿色建筑总共分为3个星级，当绿色建筑分别达到50、60、80分时，等级分别为一到三星级，本项目地源热泵制冷性能系统COP值比现行国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189限定值提高6%以上，空调系统能耗降低幅度比常规空调达到15%以上，且地源热泵系统属于可再生能源，为绿建评定贡献了不少加分项，最终，项目评分获得69分，评定为两星，顺利完成绿建申报。

8 结语

通过本工程分析，地源热泵系统与主动式冷梁系统组合使用能够提高地源热泵的能效比，完全符合可持续发展理念，在绿色建筑中有着良好的发展前景。

参考文献

[1] 黄翔.空调工程[M].机械工业出版社，2006.

[2] 张勇，何舢，陈殿坤.干盘管系统和主动式冷梁的应用探讨[J].制冷空调，2009，30（02）：74-76

[3] 陆耀庆主编.实用供热空调设计手册[M].中国建筑工业出版社， 2008.