1、工程概況：本項(xiàng)目位于寧波東錢湖畔，總用地面積11370平方米，總建筑面積4175平方米，建筑共四層，其中地下一層，地上三層，建筑總高度17.7米。地下室一層主要為設(shè)備用房，包括空調(diào)機(jī)房、配電房、消防泵房，1~2層為展覽廳，三層為觀光層。
圖1項(xiàng)目效果圖
美術(shù)館由國際建筑大師隈研吾親自設(shè)計(jì)，是中國第一個自然村美術(shù)館，是集文化交流、會展服務(wù)及民俗體驗(yàn)等功能于一體的公共文化活動中心。建筑方案為避免城市化的方盒子，運(yùn)用幾何手法切割、聚合的獨(dú)立屋頂，并采用大面積的落地玻璃代替群墻，遠(yuǎn)看就象層疊的山峰，像一座山的自然形體建筑融入周邊環(huán)境（如圖2），項(xiàng)目建成后，又將是一個網(wǎng)紅打卡新地標(biāo)。
圖2 項(xiàng)目實(shí)體圖（施工中）
2、室內(nèi)主要房間設(shè)計(jì)參數(shù)表及冷熱負(fù)荷匯總表
室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，冷熱負(fù)荷如表2所示。
3、設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析
該建筑方案運(yùn)用幾何手法切割、聚合的獨(dú)立屋頂，并采用大面積的落地玻璃代替群墻。從藝術(shù)效果角度及業(yè)主要求考量，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)置即不能影響建筑外立面和屋頂，又必須盡可能貼近自然，融入自然，同時還需兼顧節(jié)能、環(huán)保理念，滿足綠色建筑二星以上標(biāo)準(zhǔn)。同時，建筑上提出立面不得開口或運(yùn)用百葉的要求，加之還需滿足展廳面積最大化的硬性指標(biāo)。為此，冷熱源的設(shè)置及空調(diào)機(jī)組等末端布置與常規(guī)設(shè)計(jì)存在較大差異，設(shè)計(jì)難度較大。
4、設(shè)計(jì)思路
4.1、本著節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，并充分利用場地面積較充裕，且貼鄰東錢湖湖面的自然優(yōu)勢，因地制宜，項(xiàng)目采用豎直埋管+地表水相結(jié)合的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)?！ ?/div>
4.2、為了營造展廳良好的參觀氛圍，最大化地?cái)U(kuò)大展區(qū)面積，決定所有空調(diào)機(jī)房均設(shè)于地下設(shè)備層，利用核心筒區(qū)域敷設(shè)垂直送、回風(fēng)管道，完成展廳空調(diào)系統(tǒng)的布置。
4.3、為確保建筑立面效果，兼顧節(jié)能環(huán)保要求，決定采用地道風(fēng)系統(tǒng)解決內(nèi)外環(huán)境的換氣需求。該系統(tǒng)利用上層排風(fēng)，下層進(jìn)風(fēng)的雙層地道，既滿足了整個建筑物杜絕百葉及開口的要求，又進(jìn)一步利用了地道的節(jié)能性，可以有效降低冷熱源及空調(diào)機(jī)組的容量。
4.4、考慮到配電房、通訊網(wǎng)絡(luò)機(jī)房及消控室等功能性用房發(fā)熱量大，需降溫的周期較長，運(yùn)行時間與大系統(tǒng)不同。因此，利用室外埋管的優(yōu)勢，獨(dú)立設(shè)計(jì)了水（地）源熱泵機(jī)組。
5、地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用
5.1、冷熱源的選擇
考慮建筑與環(huán)境協(xié)調(diào)，空調(diào)冷熱源選擇排除了風(fēng)冷熱泵機(jī)組、變冷媒流量多聯(lián)機(jī)組、水冷冷水機(jī)組（需設(shè)置冷卻塔）等系統(tǒng)形式?？紤]冬季湖水溫度較低（低于４℃）和湖底清淤等要求，排除了閉式地表水地源熱泵系統(tǒng)。從考慮節(jié)能、環(huán)保理念，室外場地充裕，最終設(shè)計(jì)豎直埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，避免了外置的空調(diào)外機(jī)和冷卻塔。
根據(jù)計(jì)算冷熱負(fù)荷，設(shè)置四臺WFI渦旋式水/水熱泵機(jī)組，夏季提供7/12℃空調(diào)冷水，冬季提供45/40℃空調(diào)熱水，機(jī)組置于地下一層專用冷熱源機(jī)房內(nèi)。另地下一層配電房、一層通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、安防消防控制室獨(dú)立設(shè)置水/空氣熱泵機(jī)組代替通風(fēng)降溫，便于獨(dú)立運(yùn)行和避免在屋頂設(shè)置風(fēng)機(jī)。
圖3 制冷機(jī)房流程圖
5.2、室外埋管設(shè)計(jì)和地表水輔助散熱
經(jīng)熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測得巖土綜合導(dǎo)熱系數(shù)（平均值）為2.23W/（m·k），巖土體初始溫度（平均值）為20.65℃。根據(jù)計(jì)算，設(shè)計(jì)80個地耦孔，有效埋管深度120m。地埋孔間距為4.5×4.5m。豎直地埋管換熱器型式為雙U型 ，管徑為De32，公稱壓力1.60MPa。室外共分為10組環(huán)路，每個環(huán)路連接8個地耦孔，通過集分水器八通連接到機(jī)房內(nèi)總分集水器，如圖所示。
圖4 地埋管平面布置圖
5.3、巖土冷熱平衡措施
經(jīng)計(jì)算全年累計(jì)冷負(fù)荷320980kWh，累計(jì)熱負(fù)荷194461kWh，兩者比值為1.6：1，再考慮熱泵機(jī)組的能效后，夏季向土壤的排熱量達(dá)到冬季從吸熱量的2.69倍，存在極大不平衡性。
圖5 全年冷熱負(fù)荷
為解決巖土冷熱不平衡的問題，設(shè)計(jì)采用湖水輔助散熱，設(shè)置換熱量400kW板式換熱器隔離湖水，保證水質(zhì)。
6、地道新風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用
為了減少對建筑外立面的破壞，新風(fēng)由設(shè)置于場地內(nèi)的地道風(fēng)溝引入，接入置于地下室的空調(diào)箱，由空調(diào)箱送至各空調(diào)區(qū)域。地道風(fēng)溝內(nèi)氣溫較為恒定，室外新風(fēng)與地道環(huán)境充分換熱，可有效減少空調(diào)機(jī)組容量，達(dá)到節(jié)能的目的。室外新風(fēng)與地道環(huán)境的換熱情況見圖6、圖7。
經(jīng)模擬計(jì)算：夏季工況條件下，地道風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷為12.00kW，占新風(fēng)負(fù)荷的比例為9.29%，冬季工況條件下，地道風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷為18.23kW，占新風(fēng)負(fù)荷的比例為27.31%，節(jié)能效果明顯。
表5 地道風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能效果分析表
7、系統(tǒng)特點(diǎn)總結(jié)
7.1、采用地源熱泵系統(tǒng)，沒有外機(jī)布置在屋頂或室外，避免了對建筑立面、屋頂和周圍環(huán)境的影響，使建筑和自然融為一體，同時也符合節(jié)能環(huán)保理念。結(jié)合地表水輔助散熱的系統(tǒng)，解決了土壤冷熱不平衡問題?！ ?/div>
7.2、水/水式熱泵和水/風(fēng)式熱泵（配電房、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房等區(qū)域）相結(jié)合，避免過渡季節(jié)采用大機(jī)組開啟運(yùn)行的“大馬拉小車”現(xiàn)象，解決了空調(diào)系統(tǒng)集中和獨(dú)立使用問題?！?/div>
7.3、水/水熱泵機(jī)組使用側(cè)水泵和地源側(cè)水泵與機(jī)組一一對應(yīng)設(shè)置，水/空氣熱泵機(jī)組地源側(cè)水泵獨(dú)立設(shè)置，可以按需啟動水泵，提高空調(diào)系統(tǒng)能效。
7.4、考慮到配電房、通訊網(wǎng)絡(luò)機(jī)房及消控室等功能性用房發(fā)熱量大，需降溫的周期較長，運(yùn)行時間與大系統(tǒng)不同。因此，利用室外埋管的優(yōu)勢，獨(dú)立設(shè)計(jì)了水（地）源熱泵機(jī)組?！?/div>
7.5、采用地道風(fēng)系統(tǒng)，室外新風(fēng)與地道環(huán)境（溝壁）充分換熱，有效降低空調(diào)機(jī)組容量，達(dá)到更大的節(jié)能目的。
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