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)(本文稱天棚輻射采暖制冷系統(tǒng))是一項新的空調(diào)技術(shù)，其常和通風(fēng)系統(tǒng)配合使用，可以達到室內(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，是對節(jié)能建筑和綠色建筑設(shè)計的有益嘗試。筆者所在的單位曾經(jīng)在當(dāng)代MOMA(住宅，總建筑面積22萬m2)，上第MOMA(住宅，總建筑面積約20萬m2)，萬萬樹MOMA(別墅，總建筑面積4萬余平方米)等工程中運用過該項技術(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)計要點，并用于酒店式公寓的設(shè)計實踐。

1 工程概況與設(shè)計參數(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、自行車庫和設(shè)備用房;地下2層和地下3層為汽車庫和設(shè)備用房?？偨ㄖ娣e31 645 m2，建筑高度41.80 m。

1.2 室內(nèi)空氣計算參數(shù)

室內(nèi)空氣計算參數(shù)見表1。

表1 室內(nèi)空氣計算參數(shù)

1.3 圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

本工程建筑進行了優(yōu)化設(shè)計，外圍護結(jié)構(gòu)保溫性能遠高于節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，詳見表2。

表2 建筑圍護結(jié)構(gòu)特性參數(shù) W/(m2·℃)

1.4 空調(diào)負荷指標(biāo)

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

2 冷熱源

1)空調(diào)冷源為設(shè)在地下3層的兩臺螺桿式冷水機組，每臺供冷量為900 kW，冷凍水供回水溫度為7℃/12℃，一路直接供風(fēng)機盤管及熱回收機組夏季使用，另一路經(jīng)整體式換熱機組交換成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層的兩臺常壓燃氣熱水鍋爐，每臺額定輸出功率范圍為720 kW～780 kW，供回水溫度80℃/60℃，一路經(jīng)整體式換熱機組交換成60℃/50℃的二次水供風(fēng)機盤管及熱回收機組冬季使用，另一路經(jīng)整體式換熱機組交換成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)娛樂部分除咖啡廳外均采用風(fēng)機盤管加新風(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，補水采用軟化水，全自動軟水裝置設(shè)在冷凍機房內(nèi)。補水泵啟動壓力P1:0.52 MPa;補水泵停泵壓力P2:0.65 MPa;膨脹水量開始流回補水箱時電磁閥的開啟壓力P3:0.72 MPa;安全閥開啟壓力P4:0.80 MPa。

6)風(fēng)機盤管水系統(tǒng)采用上供上回異程式雙管系統(tǒng)。空調(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流兩部分熱量之和，一般來說，輻射換熱量占總熱交換量的50%以上。主要有埋管式、毛細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

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，管線敷設(shè)示意詳見圖1。通過樓板向下散熱和吸熱，實現(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，管系列s=5，工作壓力為0.6 MPa。分、集水器設(shè)置在專門的管井內(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，可以通過手動調(diào)節(jié)控制閥的開度以達到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的。

4.3 設(shè)計與施工要點

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，應(yīng)在系統(tǒng)總回水管上設(shè)脫氣機或控制管內(nèi)水流速大于 0.25 m/s。

3)輻射板板面溫度應(yīng)高于空氣露點溫度1℃ ～2℃，處于干工況運行，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)空氣露點的保護控制，如關(guān)閉水路或者調(diào)高水溫。本工程甲方出于造價方面的考慮，未考慮露點保護。

6)冬季施工時，由于天氣寒冷，輻射管不易現(xiàn)場彎曲，為了加快施工進度，天棚盤管采用在鋼筋網(wǎng)拍上綁扎預(yù)制的方式，然后按設(shè)計圖紙的盤管布置位置在頂板上組裝。固定輻射盤管的鋼筋網(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)、無規(guī)共聚聚丙烯管(PP-R)和鋁塑復(fù)合管。

8)由于國內(nèi)并未出臺專門的行業(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、材料、施工、檢驗、調(diào)試與驗收等方面技術(shù)要求暫參照JGJ 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，一般由輻射板承擔(dān)圍護結(jié)構(gòu)負荷和室內(nèi)設(shè)備、人員的顯熱負荷;新風(fēng)系統(tǒng)不僅要承擔(dān)新風(fēng)負荷，還要承擔(dān)室內(nèi)濕負荷。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。室外空氣通過設(shè)置在屋頂?shù)臒峄厥招嘛L(fēng)換氣機組與室內(nèi)回風(fēng)進行熱量交換，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，一般采用置換式通風(fēng)。本工程在方案階段由于造價等多方面考慮，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)平面圖見圖3。

6 上述空調(diào)系統(tǒng)對建筑的要求和優(yōu)化措施

天棚輻射盤管夏季供回水溫度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。因此對建筑的外圍護結(jié)構(gòu)、外窗、遮陽都較現(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)在以下幾個方面。

6.1 外墻——超強保溫的圍護結(jié)構(gòu)

高性能的圍護結(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)化建筑圍護結(jié)構(gòu)是最有效的措施，使外墻平均傳熱系數(shù)達到0.4 W/(m2·K)左右。其次，外墻要采用外保溫，設(shè)計重點是要防止熱橋。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)可以達到0.26 W/(m2·K)，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可以達到 0.25 W/(m2·K)。

6.2 外窗——高性能的窗戶系統(tǒng)

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

6.3 外遮陽——高度靈活的外遮陽系統(tǒng)

冬季和夏季室內(nèi)對通過窗口透射太陽能需求是不同的。冬天，希望盡可能多的吸收太陽能，而夏季則是希望盡可能多的阻擋太陽能。要解決冬季和夏季室內(nèi)窗口對透射太陽能不同需求的矛盾，唯一有效方法就是可調(diào)式外遮陽設(shè)施?？烧{(diào)節(jié)室外遮陽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，外遮陽是優(yōu)化中性能最突出的一個重要因素。

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

7 結(jié)語

本工程設(shè)計周期比較長，從2006年年初就開始配合外方設(shè)計單位進行方案設(shè)計，期間業(yè)主進行過幾次大的功能調(diào)整，2009年完成施工圖設(shè)計，2011年5月交付使用，已經(jīng)運行了一個采暖季和一個制冷季，從業(yè)主處反饋回來的信息，運行效果良好。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.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業(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)計規(guī)范[S].

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