天棚輻射采暖制冷—通風(fēng)復(fù)合系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

王虎彪

(北京首都工程技術(shù)有限公司，北京 100035)

0 引言

混凝土樓板低溫輻射采暖制冷系統(tǒng)(本文稱(chēng)天棚輻射采暖制冷系統(tǒng))是一項(xiàng)新的空調(diào)技術(shù)，其常和通風(fēng)系統(tǒng)配合使用，可以達(dá)到室內(nèi)較高的熱舒適程度。采用天棚輻射采暖制冷—通風(fēng)復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)，創(chuàng)造了高舒適度、低能耗的人居環(huán)境，是對(duì)節(jié)能建筑和綠色建筑設(shè)計(jì)的有益嘗試。筆者所在的單位曾經(jīng)在當(dāng)代MOMA(住宅，總建筑面積22萬(wàn)m2)，上第MOMA(住宅，總建筑面積約20萬(wàn)m2)，萬(wàn)萬(wàn)樹(shù)MOMA(別墅，總建筑面積4萬(wàn)余平方米)等工程中運(yùn)用過(guò)該項(xiàng)技術(shù)。本文闡述了天棚輻射采暖制冷—通風(fēng)復(fù)合式系統(tǒng)的原理、特性及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并用于酒店式公寓的設(shè)計(jì)實(shí)踐。

1 工程概況與設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 建筑概況

IMOMA酒店式公寓位于北京市海淀區(qū)，2層～12層為酒店式公寓;首層及地下1層為商業(yè)、娛樂(lè)、自行車(chē)庫(kù)和設(shè)備用房;地下2層和地下3層為汽車(chē)庫(kù)和設(shè)備用房?？偨ㄖ娣e31 645 m2，建筑高度41.80 m。

1.2 室內(nèi)空氣計(jì)算參數(shù)

室內(nèi)空氣計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 室內(nèi)空氣計(jì)算參數(shù)

1.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

本工程建筑進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能遠(yuǎn)高于節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，詳見(jiàn)表2。

表2 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)特性參數(shù) W/(m2·℃)

1.4 空調(diào)負(fù)荷指標(biāo)

冷負(fù)荷指標(biāo):34.1 W/m2;熱負(fù)荷指標(biāo):48 W/m2。

2 冷熱源

1)空調(diào)冷源為設(shè)在地下3層的兩臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組，每臺(tái)供冷量為900 kW，冷凍水供回水溫度為7℃/12℃，一路直接供風(fēng)機(jī)盤(pán)管及熱回收機(jī)組夏季使用，另一路經(jīng)整體式換熱機(jī)組交換成18℃/21℃的二次水供頂板輻射系統(tǒng)夏季使用。

2)空調(diào)熱源為設(shè)在地下1層的兩臺(tái)常壓燃?xì)鉄崴仩t，每臺(tái)額定輸出功率范圍為720 kW～780 kW，供回水溫度80℃/60℃，一路經(jīng)整體式換熱機(jī)組交換成60℃/50℃的二次水供風(fēng)機(jī)盤(pán)管及熱回收機(jī)組冬季使用，另一路經(jīng)整體式換熱機(jī)組交換成31℃/28℃的二次水供頂板輻射系統(tǒng)冬季使用。

3 空調(diào)

1)客房部分采用天棚輻射采暖制冷—通風(fēng)復(fù)合式系統(tǒng)。

2)首層和地下1層商業(yè)娛樂(lè)部分除咖啡廳外均采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)。

3)咖啡廳采用全空氣系統(tǒng)，氣流組織為百葉上側(cè)送上回的方式。

4)空調(diào)水系統(tǒng)采用變流量系統(tǒng)。冷(熱)水系統(tǒng)在分、集水器之間設(shè)旁通管，并加設(shè)壓差控制裝置。

5)空調(diào)冷(熱)水系統(tǒng)采用氣壓罐定壓，補(bǔ)水采用軟化水，全自動(dòng)軟水裝置設(shè)在冷凍機(jī)房?jī)?nèi)。補(bǔ)水泵啟動(dòng)壓力P1:0.52 MPa;補(bǔ)水泵停泵壓力P2:0.65 MPa;膨脹水量開(kāi)始流回補(bǔ)水箱時(shí)電磁閥的開(kāi)啟壓力P3:0.72 MPa;安全閥開(kāi)啟壓力P4:0.80 MPa。

6)風(fēng)機(jī)盤(pán)管水系統(tǒng)采用上供上回異程式雙管系統(tǒng)?？照{(diào)冷凝水匯集后就近排放到地漏、衛(wèi)生間或直接排至室外。

7)冷卻塔設(shè)在12層屋頂，冷卻水進(jìn)出水溫為32℃～37℃。

4 天棚輻射采暖制冷系統(tǒng)

4.1 天棚輻射采暖制冷系統(tǒng)概述

輻射采暖和制冷，是一種主要利用熱輻射來(lái)傳遞熱量的供暖和制冷方式，輻射板的換熱量近似等于輻射和對(duì)流兩部分熱量之和，一般來(lái)說(shuō)，輻射換熱量占總熱交換量的50%以上。主要有埋管式、毛細(xì)管式和金屬輻射板幾種形式。

4.2 天棚輻射制冷制熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程客房部分采用的是埋管式天棚輻射采暖制冷系統(tǒng)，在樓板內(nèi)敷設(shè)水管，管線(xiàn)敷設(shè)示意詳見(jiàn)圖1。通過(guò)樓板向下散熱和吸熱，實(shí)現(xiàn)冬季供暖和夏季供冷，保證房間的舒適溫度。系統(tǒng)使用D20 mm×2 mm(外徑×壁厚)的PE-RT防滲氧管，敷設(shè)于每層混凝土樓板內(nèi)，PE-RT管使用條件4級(jí)，管系列s=5，工作壓力為0.6 MPa。分、集水器設(shè)置在專(zhuān)門(mén)的管井內(nèi)。分集水器使用帶有調(diào)節(jié)閥的成品件，其做法與地板輻射采暖一致，可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥的開(kāi)度以達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的。

4.3 設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)

1)輻射管的布置宜采用回折型(旋轉(zhuǎn)型)或平行型(直列型)，本工程采用平行型。

2)集配裝置宜高于吊頂輻射板，并配備排氣閥，若低于吊頂輻射板安裝時(shí)，應(yīng)在系統(tǒng)總回水管上設(shè)脫氣機(jī)或控制管內(nèi)水流速大于 0.25 m/s。

3)輻射板板面溫度應(yīng)高于空氣露點(diǎn)溫度1℃ ～2℃，處于干工況運(yùn)行，因此，輻射供冷必須與送新風(fēng)相結(jié)合。

4)輻射板空調(diào)系統(tǒng)為防止結(jié)露，供水溫度一般為14℃ ～16℃，建筑保溫好時(shí)可為18℃ ～20℃，供回水溫差為2℃ ～3℃，而新風(fēng)系統(tǒng)由于除濕要求，供水溫度為6℃ ～7℃，供回水溫差為5℃。本工程天棚輻射盤(pán)管夏季供回水溫度18℃/21℃，冬季供回水溫度31℃/28℃。

5)宜設(shè)置水溫不低于室內(nèi)空氣露點(diǎn)的保護(hù)控制，如關(guān)閉水路或者調(diào)高水溫。本工程甲方出于造價(jià)方面的考慮，未考慮露點(diǎn)保護(hù)。

6)冬季施工時(shí)，由于天氣寒冷，輻射管不易現(xiàn)場(chǎng)彎曲，為了加快施工進(jìn)度，天棚盤(pán)管采用在鋼筋網(wǎng)拍上綁扎預(yù)制的方式，然后按設(shè)計(jì)圖紙的盤(pán)管布置位置在頂板上組裝。固定輻射盤(pán)管的鋼筋網(wǎng)拍采用φ6的鋼筋焊接制作，網(wǎng)格間距為200 mm×500 mm或150 mm×500 mm，具體做法詳見(jiàn)圖2。

7)埋入混凝土中的水管不允許有接頭，管材可選用耐熱聚乙烯管(PE-RT)、聚丁烯管(PB)、交聯(lián)聚乙烯管(PE-X)、無(wú)規(guī)共聚聚丙烯管(PP-R)和鋁塑復(fù)合管。

8)由于國(guó)內(nèi)并未出臺(tái)專(zhuān)門(mén)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)程，天棚輻射采暖制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、材料、施工、檢驗(yàn)、調(diào)試與驗(yàn)收等方面技術(shù)要求暫參照J(rèn)GJ 142-2004地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程執(zhí)行。

5 通風(fēng)系統(tǒng)

天棚輻射采暖制冷系統(tǒng)和新風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合使用時(shí)，一般由輻射板承擔(dān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷和室內(nèi)設(shè)備、人員的顯熱負(fù)荷;新風(fēng)系統(tǒng)不僅要承擔(dān)新風(fēng)負(fù)荷，還要承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷。室內(nèi)新風(fēng)量可按不低于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的最小新風(fēng)量確定，居住建筑換氣次數(shù)一般按0.5次/h～0.8次/h確定，本工程客房部分按 30 m3/(h·人)確定。室外空氣通過(guò)設(shè)置在屋頂?shù)臒峄厥招嘛L(fēng)換氣機(jī)組與室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)行熱量交換，再經(jīng)冬季加熱、加濕、夏季降溫、除濕等處理，送至室內(nèi)。

空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)通風(fēng)氣流組織形式很多，與輻射供冷結(jié)合使用時(shí)，一般采用置換式通風(fēng)。本工程在方案階段由于造價(jià)等多方面考慮，采用了傳統(tǒng)的混合式通風(fēng)形式。氣流組織采用客房上側(cè)送、衛(wèi)生間吊頂上回風(fēng)。本工程混合式通風(fēng)平面圖見(jiàn)圖3。

6 上述空調(diào)系統(tǒng)對(duì)建筑的要求和優(yōu)化措施

天棚輻射盤(pán)管夏季供回水溫度18℃/21℃，冬季供回水溫度31℃/28℃，制冷量和制熱量均為30 W/m2左右。因此對(duì)建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、外窗、遮陽(yáng)都較現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)有更高的要求。優(yōu)化措施主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

6.1 外墻——超強(qiáng)保溫的圍護(hù)結(jié)構(gòu)

高性能的圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫系統(tǒng)是天棚輻射采暖制冷系統(tǒng)+混合式通風(fēng)系統(tǒng)的前提。首先，優(yōu)化建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是最有效的措施，使外墻平均傳熱系數(shù)達(dá)到0.4 W/(m2·K)左右。其次，外墻要采用外保溫，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是要防止熱橋。保溫材料可以選用白聚苯板，導(dǎo)熱系數(shù)為0.04 W/(m·K);擠塑聚苯板，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.028 W/(m·K)。本工程外墻和屋面均采用120 mm厚擠塑聚苯板保溫，外墻傳熱系數(shù)可以達(dá)到0.26 W/(m2·K)，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可以達(dá)到 0.25 W/(m2·K)。

6.2 外窗——高性能的窗戶(hù)系統(tǒng)

本工程的外門(mén)窗采用斷橋鋁合金框，Low-E中空凈白玻璃(6+12+6)mm，外窗保溫性能等級(jí)不低于7級(jí)，其傳熱系數(shù)限值不大于1.8 W/(m2·K)。玻璃的可見(jiàn)光透射比不小于0.40，框料壁厚大于1.4 mm。

6.3 外遮陽(yáng)——高度靈活的外遮陽(yáng)系統(tǒng)

冬季和夏季室內(nèi)對(duì)通過(guò)窗口透射太陽(yáng)能需求是不同的。冬天，希望盡可能多的吸收太陽(yáng)能，而夏季則是希望盡可能多的阻擋太陽(yáng)能。要解決冬季和夏季室內(nèi)窗口對(duì)透射太陽(yáng)能不同需求的矛盾，唯一有效方法就是可調(diào)式外遮陽(yáng)設(shè)施。可調(diào)節(jié)室外遮陽(yáng)是非常有效的高舒適度節(jié)能技術(shù)措施，從總的優(yōu)化上講，外遮陽(yáng)是優(yōu)化中性能最突出的一個(gè)重要因素。

除此之外，還有屋面、首層樓板、地下室側(cè)壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化措施。完善的各種措施是實(shí)現(xiàn)舒適、健康、節(jié)能建筑的前提條件。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程設(shè)計(jì)周期比較長(zhǎng)，從2006年年初就開(kāi)始配合外方設(shè)計(jì)單位進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，期間業(yè)主進(jìn)行過(guò)幾次大的功能調(diào)整，2009年完成施工圖設(shè)計(jì)，2011年5月交付使用，已經(jīng)運(yùn)行了一個(gè)采暖季和一個(gè)制冷季，從業(yè)主處反饋回來(lái)的信息，運(yùn)行效果良好。天棚輻射采暖制冷—通風(fēng)復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)，不僅適用在別墅、住宅等民用建筑中，在酒店式公寓中也值得借鑒和推廣。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2] JGJ 142-2004，地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB 50019-2003，采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 王子介.低溫輻射供暖與輻射供冷[M].北京:機(jī)械工業(yè)出 版社，2004.