1、工程概況：本項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備用房，包括空調機房、配電房、消防泵房，1~2層為展覽廳，三層為觀光層。

圖1項目效果圖

　　

　　美術館由國際建筑大師隈研吾親自設計，是中國第一個自然村美術館，是集文化交流、會展服務及民俗體驗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，運用幾何手法切割、聚合的獨立屋頂，并采用大面積的落地玻璃代替群墻，遠看就象層疊的山峰，像一座山的自然形體建筑融入周邊環境（如圖2），項目建成后，又將是一個網紅打卡新地標。

圖2 項目實體圖（施工中）

　　

　　2、室內主要房間設計參數表及冷熱負荷匯總表　　

　　室內空調設計參數如表1所示，冷熱負荷如表2所示。

　　

　　3、設計難點分析　　

　　該建筑方案運用幾何手法切割、聚合的獨立屋頂，并采用大面積的落地玻璃代替群墻。從藝術效果角度及業主要求考量，空調系統的設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，同時還需兼顧節能、環保理念，滿足綠色建筑二星以上標準。同時，建筑上提出立面不得開口或運用百葉的要求，加之還需滿足展廳面積最大化的硬性指標。為此，冷熱源的設置及空調機組等末端布置與常規設計存在較大差異，設計難度較大。

　　

　　4、設計思路　　

　　4.1、本著節能環保的設計理念，并充分利用場地面積較充裕，且貼鄰東錢湖湖面的自然優勢，因地制宜，項目采用豎直埋管+地表水相結合的地源熱泵空調系統。　　

　　4.2、為了營造展廳良好的參觀氛圍，最大化地擴大展區面積，決定所有空調機房均設于地下設備層，利用核心筒區域敷設垂直送、回風管道，完成展廳空調系統的布置。　　

　　4.3、為確保建筑立面效果，兼顧節能環保要求，決定采用地道風系統解決內外環境的換氣需求。該系統利用上層排風，下層進風的雙層地道，既滿足了整個建筑物杜絕百葉及開口的要求，又進一步利用了地道的節能性，可以有效降低冷熱源及空調機組的容量。　　

　　4.4、考慮到配電房、通訊網絡機房及消控室等功能性用房發熱量大，需降溫的周期較長，運行時間與大系統不同。因此，利用室外埋管的優勢，獨立設計了水（地）源熱泵機組。

　　

　　5、地源熱泵系統的應用　　

　　5.1、冷熱源的選擇　　

　　考慮建筑與環境協調，空調冷熱源選擇排除了風冷熱泵機組、變冷媒流量多聯機組、水冷冷水機組（需設置冷卻塔）等系統形式。考慮冬季湖水溫度較低（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。從考慮節能、環保理念，室外場地充裕，最終設計豎直埋管地源熱泵空調系統，避免了外置的空調外機和冷卻塔。

　　

　　根據計算冷熱負荷，設置四臺WFI渦旋式水/水熱泵機組，夏季提供7/12℃空調冷水，冬季提供45/40℃空調熱水，機組置于地下一層專用冷熱源機房內。另地下一層配電房、一層通信網絡機房、安防消防控制室獨立設置水/空氣熱泵機組代替通風降溫，便于獨立運行和避免在屋頂設置風機。

圖3 制冷機房流程圖

　　

　　5.2、室外埋管設計和地表水輔助散熱　

　　經熱響應實驗測得巖土綜合導熱系數（平均值）為2.23W/（m·k），巖土體初始溫度（平均值）為20.65℃。根據計算，設計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組環路，每個環路連接8個地耦孔，通過集分水器八通連接到機房內總分集水器，如圖所示。

圖4 地埋管平面布置圖　　

　　5.3、巖土冷熱平衡措施　　

　　經計算全年累計冷負荷320980kWh，累計熱負荷194461kWh，兩者比值為1.6：1，再考慮熱泵機組的能效后，夏季向土壤的排熱量達到冬季從吸熱量的2.69倍，存在極大不平衡性。

圖5 全年冷熱負荷　　

　　為解決巖土冷熱不平衡的問題，設計采用湖水輔助散熱，設置換熱量400kW板式換熱器隔離湖水，保證水質。

　　

　　6、地道新風系統的應用　　

　　為了減少對建筑外立面的破壞，新風由設置于場地內的地道風溝引入，接入置于地下室的空調箱，由空調箱送至各空調區域。地道風溝內氣溫較為恒定，室外新風與地道環境充分換熱，可有效減少空調機組容量，達到節能的目的。室外新風與地道環境的換熱情況見圖6、圖7。

　　

　　經模擬計算：夏季工況條件下，地道風系統承擔新風負荷為12.00kW，占新風負荷的比例為9.29%，冬季工況條件下，地道風系統承擔新風負荷為18.23kW，占新風負荷的比例為27.31%，節能效果明顯。

　　

表5 地道風系統節能效果分析表

　　

　　7、系統特點總結　　

　　7.1、采用地源熱泵系統，沒有外機布置在屋頂或室外，避免了對建筑立面、屋頂和周圍環境的影響，使建筑和自然融為一體，同時也符合節能環保理念。結合地表水輔助散熱的系統，解決了土壤冷熱不平衡問題。　　

　　7.2、水/水式熱泵和水/風式熱泵（配電房、網絡機房等區域）相結合，避免過渡季節采用大機組開啟運行的“大馬拉小車”現象，解決了空調系統集中和獨立使用問題。　

　　7.3、水/水熱泵機組使用側水泵和地源側水泵與機組一一對應設置，水/空氣熱泵機組地源側水泵獨立設置，可以按需啟動水泵，提高空調系統能效。　　

　　7.4、考慮到配電房、通訊網絡機房及消控室等功能性用房發熱量大，需降溫的周期較長，運行時間與大系統不同。因此，利用室外埋管的優勢，獨立設計了水（地）源熱泵機組。　

　　7.5、采用地道風系統，室外新風與地道環境（溝壁）充分換熱，有效降低空調機組容量，達到更大的節能目的。