万科总部铂金奖认证的空调设计

来源：网络

作者：沈锡骞、梁雪梅、沈士圣

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摘要

通过对万科总部铂金奖认证的空调设计，分析了铂金奖的得分策略及为实现这个目标暖通空调专业所作的工作。万科总部空调设计采用了：外遮阳的节能设计、自然通风的利用、冰蓄冷技术的应用、地板送风的空调末端使用等一系列空调节能措施及设计理念，在“能源与大气”及“室内环境质量”方面为认证铂金奖作出了贡献，为实现能效优化达到28%的目标奠定了基础。

项目概况

大梅沙·万科中心位于广东省深圳市盐田区大梅沙海滨旅游度假区，西北临内环路，东南接人工湖，用地面积61729.7m2，工程由万科总部办公楼、产权酒店、经营酒店等三大部分组成。总建筑面积121301.9m2，地下1层和地上6层，总高度为35m，为集会议展览、酒店、办公、休闲娱乐、商业为一体的地标性建筑。

建筑的体量较为轻盈，整个建筑单体漂浮于地块之上，在整个三维空间内提供最大限度的景观角度，构成了基地周围景观、基地本身景观和建筑景观的三重景观。

漂浮空中的建筑，不仅仅提供一个新形态的公共空间，而且通过景观绿地的最大化，以及多种植被结构的组合，营造出一个微气候可调节空间，最大限度的降低现代化交通工具的噪音影响，再通过新型的外墙面材料，以达到整个地块区域内的自然通风和一种理想的生态循环。

万科中心项目的万科总部办公楼部分建筑面积约18000m2，2010年获得美国绿色建筑最高级别认证：LEED铂金奖。

LEED认证对暖通专业的要求

对于新建筑所执行的LEED-NC V2.2标准，共有6个部分，总分69分，必要项目7项。认证LEED铂金奖的条件是：在保障必要项目的前提下，得分应超过52分。本工程根据项目的条件制定了表1的得分策略：根据表1的得分策略，在能源与环境分项中，其中能效优化达到42%可以得到满分10分；根据本项目的现有条件及成本等综合因素，经过论证分析确定需要暖通专业与其他专业协作，能效优化达到28%以上（可以达到6分）。在室内空气质量分项中，在满足ASHRAE标准的基础上再提高新风量30%，满足ASHRAE舒适度的设计及最低能效性能，使用非CFC基冷媒等。

空调能源优化设计：

1.外遮阳的节能设计：

通过对建筑各时间段遮阳系统的研究和对自然采光的分析（图3为万科中心大楼在6月21日全天各个时间段的日影分析图），本建筑在朝东，南和西的立面将获得直接的太阳照射，北立面也会得到照射，但是仅仅是在6月和7月。所以设计遮阳系统时，不同的立面要有不同的考虑。根据分析结果，在万科总部办公楼建筑的不同朝向设置了不同类型的百叶：固定百叶（开）固定百叶（关）及能够自动调节遮阳角度的活动百叶，如图4所示，各种百叶构造及立面效果见图5所示。

利用清华大学开发的“建筑日照分析软件”模拟了建筑各立面百叶的遮阳系数SD，结果如表2所示，根据建筑各朝向立面外窗遮阳系数限值表（表3），玻璃本身的遮阳系数采用0.40，则可以得到建筑立面外窗的遮阳系数值表（表4）。从表4可以看到，建筑各立面遮阳系数实际值同时满足“广东地标”及ASHRAE标准。

2.自然通风的利用

万科总部办公楼位于万科中心的东南端，面朝海滩，且建筑层整体架空（参见图1）架空高度达15.2m，为自然通风创造了非常好的地理环境条件。

从深圳地区全年室外温度分布图（见图6）来看，1、2、12月室外气温在10-20℃，在这个时段其主导风向为正东风，图7是在正东风情况下，建筑物二、三层高度的风压等值分布图。

通过对建筑物的CFD模拟分析，在建筑迎风面和背风面，风压差都达到了1.5Pa，一般都超过了2Pa。万科总部办公楼在1月，2月，12月建筑各层良好的自通风条件，在这些时段可以利用自然通风降低室温。

3.冰蓄冷技术的应用

采用清华大学开发的DeST（Design by simulation Tookit）软件，对建筑进行全年逐时负荷计算，得到万科总部办公楼设计日空调全天累计冷负417RT(1466KWW)。

空调供冷采用部分负荷冰蓄冷系统（见图8及表5、表6），设计蓄冷量1920RTH，约占空调设计全日制冷总负荷的44%。制冰系统采用内溶冰系统；双工况主机与蓄冰装置串联布置，主机采用上游布置，制冷机处于高温端，制冷效率高。

制冷系统采用智能控制系统，根据深圳地区采用蓄冰空调系统的峰谷分时电价表（表7）及每天逐时冷负荷，制定双工况主机和蓄冰设备的逐时冷负荷分配（运行控制）负荷平衡表，控制双工况主机启停，最大限度地发挥蓄冰设备融冰供冷量，以达到节约电费之目的（设计日负荷平衡表见图9）。

4 地板送风的空调末端

为满足ASHRAE空调送风舒适度的设计要求，万科总部办公楼采用架空地板送风全空气空调系统，架空地板高度300mm。空调机组采用地板送风专用机组（CAM），均布在各层房间明设。CAM的送、回风口为底送底回，CAM的出风区和回风区是由地板下用作间隔的防火布来分开的(见图10)。

安装在CAM出风区的地板终端机(FTU)是一个具有二次回风功能及可变风量的空调末端风口（见图10）。它将架空地板下的冷空气（约17℃）与部分室内空气混合后送到室内，在每个FTU上设有室温控制面板，可以根据个人的要求设定室内温度，一次风风量根据室内温度自动调节。安装在CAM回风区的回风口采用普通的地板回风专用风口。

由于地板送风可以产生热分层，我们只需要保证工作区（1.8m内）的温度而不考虑房间上部的温度，可以降低空调负荷减少送风量，地板送风系统可输送大风量，但克服总体压降较小，25Pa或更小的压降便能很好的满足送风口的要求，从而降低地板送风系统的风机功率，地板上的风口可以根据工位的变化而移动，有利于办公室的灵活改造布置。由于地板送风气流自下而上，新鲜空气直接送到工作区，而热的污浊空气上升至吊顶被排掉，提高通风效率，改善空气质量，提高了室内空气品质。对于电力线、数据线及通讯电缆等可以方便的布置在架空地板内。由于每个地板送风口的风量都可以根据个人喜好进行调节，可以满足人们对温度的不同要求。

空调新风采用全热回收式新风换气机组，送风机与排风机根据需求做变频调节。新风风量根据室内CO2浓度进行控制：最大浓度要满足卫生标准的要求（1000PPM）最小浓度可以取最大浓度的一半（500PPM）。 热回收机组的变频控制，分别由所负担区域内的新风机组的实际风量控制，地板送风专用空调机组（CAM）的变频控制，是根据区域内所有地板终端机（FTU）的风量进行控制。

运行费用分析：

使用DeST软件对设计建筑及ASHRAE参考建筑进行全年逐时负荷分析计算（负荷汇总结果见表9），根据表8表9两个建筑模型空调设备用电量、表7不同时间段的电价及相应的全年逐时负荷，利用软件进行全年能耗模拟及运行费用分析。能源分析供冷系统控制原则：蓄冷时间在夜间电价低谷段。融冰供冷尽量安排在电价高峰段时间，冷机供冷尽量安排在电价平价段时间。

末端设备考虑0.8的同时使用系数，设计建筑末端设备按175KW计算，ASHRAE参考建筑按162KW计算。

通过对设计建筑及ASHRAE参考建筑进行全年空调制冷系统逐时能耗的模拟，得出如下结果（由于利用风压的自然通风是不稳定的，所以在全年能耗模拟及运行费用分析时没有包括自然通风的节能）：从图11、12运行费用分析结果可以看出，由于采用冰蓄冷，制冷机容量减小了，但是运行时间增加了，其全年能耗较参考建筑略高，由于冰蓄冷系统增加了乙二醇泵，尽管采用大温差（8℃）等措施，其水泵的耗电量（包括冷却塔）还是高于参考建筑34.5%；由于设计建筑与参考建筑都是变风量系统，且设计建筑空调负荷较ASHRAE参考建筑还要高，所以其末端空调能耗也相应较高,整体上设计建筑全年能耗比ASHRAE参考建筑要高出14.7%。

万科总部办公楼全年设计空调系统累计电费87.5万元，按照LEED标准规定的ASHRAE参考建筑中对应的围护结构及VAV系统的电费为115.1万元，即设计建筑每年空调系统运行能源费用比ASHRAE参考建筑节约27.6万元，节约比例27%。但是，空调末端运行费用并没有节省，只是提高了舒适性。空调系统运行费用的节省主要来自于采用冰蓄冷的制冷机房的贡献。

结束语

根据前面的分析，并计入照明节能及屋顶太阳能绿色可再生能源替代的节省，得到万科总部办公楼办公楼总运行费用（见表10）：设计建筑比参考建筑运行费节省30.3%。

万科总部办公楼通过在LEED认证设计中采取的一系列空调节能措施及设计理念，在“能源与大气“及“室内环境质量”方面为认证LEED铂金奖作出了贡献，为实现能效优化达到28%的目标奠定了基础。

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