楊德潤

華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

0 引言

輻射空調(diào)系統(tǒng)是以輻射換熱為主要傳熱方式的空調(diào)系統(tǒng)，其將室內(nèi)空氣品質(zhì)與熱環(huán)境分開考慮，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)，輻射空調(diào)系統(tǒng)保證室內(nèi)的熱環(huán)境。根據(jù)輻射板的構(gòu)造，所在位置，熱媒種類和溫度等的不同，輻射空調(diào)系統(tǒng)可以分為多種類型。按輻射板位置，可以分為吊頂式，墻面式和地面式。按輻射板構(gòu)造，可以分為埋管式，毛細(xì)管式，風(fēng)管式，組合式、整體式。

輻射空調(diào)具有占用建筑空間小、轉(zhuǎn)熱介質(zhì)輸送能耗低和系統(tǒng)安靜、噪聲低的優(yōu)勢(shì)。另一方面，輻射空調(diào)以輻射為主的換熱方式，無吹風(fēng)感，舒適性較好。此外，輻射末端空調(diào)方式為自然低品位冷熱源的利用提供可能，可與不同冷熱源相結(jié)合，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)COP，降低能耗。

1 項(xiàng)目概況

本文所述項(xiàng)目為天津某音樂學(xué)院，該項(xiàng)目是集音樂廳、劇場(chǎng)、教學(xué)為一體的現(xiàn)代化音樂學(xué)校，位于天津?yàn)I海新區(qū)。項(xiàng)目的總建筑面積4.5 萬m2，其中地上2.3萬m2，地下2.2 萬m2。建筑高度38 m，地上6 層，地下2 層。地上分為A、B、C、D 四個(gè)樓，包含700 座音樂廳、300 座演奏廳、250 座黑盒劇場(chǎng)，在 2F 和3F 采用五條連廊將四個(gè)樓連接起來，為音樂教室，工作室和練習(xí)室等音樂教學(xué)房間，4 個(gè)樓和連廊之外的空余部分為公共大廳。

圖1 項(xiàng)目效果圖

該學(xué)院定位為世界殿堂級(jí)音樂學(xué)院，主要音樂演出，表演及排練空間音樂廳、演奏廳等噪聲限值需滿足NC15 聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。位于2F、3F 連廊的音樂教學(xué)區(qū)總面積 4870 m2，主要為面積在 8 m2～ 51 m2左右的練習(xí)室，工作室和教室，房間為雙層玻璃幕墻+浮筑地板的房中房結(jié)構(gòu)，是該學(xué)院音樂教學(xué)，練習(xí)和工作活動(dòng)的主要承載空間，對(duì)室內(nèi)溫濕度、噪聲、空氣品質(zhì)等要求嚴(yán)格，表1 為音樂教學(xué)房間室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。基于音樂教學(xué)房間的上述特點(diǎn)，本項(xiàng)目音樂教學(xué)房間考慮采用輻射空調(diào)+獨(dú)立新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)形式。

表1 音樂教學(xué)房間室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

2 輻射空調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》要求，輻射供冷系統(tǒng)供水溫度應(yīng)保證供冷表面溫度高于室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度 1～2 ℃，供回水溫差不宜大于 5 ℃且不應(yīng)小于2 ℃，輻射供冷、供熱表面平均溫度宜符合表2、表 3 的規(guī)定[2]。本項(xiàng)目音樂教學(xué)房間夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為24 ℃/50%，供冷時(shí)輻射板面溫度取 17～20 ℃，冷凍水供回水溫度取16～19 ℃。在該條件下冷輻射吊頂可提供的冷量約為70～80 W/m2[3]，而一般情況下，室內(nèi)可鋪設(shè)的冷吊頂面積為總吊頂面積的 70%，甚至更少，折算后的單位面積供冷能力約為50 W/m2。

表2 輻射供冷表面平均溫度

表3 輻射供暖表面平均溫度

本項(xiàng)目音樂教室、工作室、練習(xí)室的室內(nèi)顯熱冷負(fù)荷指標(biāo)在 60～120 W/m2，采用純輻射吊頂空調(diào)形式不能滿足室內(nèi)顯熱冷負(fù)荷的處理需求，需輔助其他空調(diào)末端形式?；诒卷?xiàng)目聲學(xué)設(shè)計(jì)要求高，一方面要求空調(diào)末端的噪音盡量低，另一方面對(duì)末端空調(diào)安裝方式及安裝敷設(shè)面積有限制要求。故采用輻射吊頂 +冷梁+獨(dú)立新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)形式。新風(fēng)系統(tǒng)處理室內(nèi)潛熱負(fù)荷和濕負(fù)荷，輻射板和冷梁處理室內(nèi)顯熱負(fù)荷。

2.1 末端選型

2.1.1 輻射吊頂

根據(jù)建筑師及聲學(xué)顧問要求，輻射板面層采用石膏板形式，石膏輻射吊頂板結(jié)構(gòu)如圖2 所示，性能參數(shù)如表4 所示，輻射板單位面積制冷量為69.4 W/m2，制熱量為122.2 W/m2。

圖2 石膏輻射吊頂板示意圖

表4 輻射板性能表

2.1.2 冷梁

冷梁是一種誘導(dǎo)式末端裝置，冷梁具有優(yōu)異的節(jié)能效益，舒適性和靜音運(yùn)轉(zhuǎn)效果，也具有較高的冷卻和加熱能力并且安裝簡(jiǎn)易、維護(hù)簡(jiǎn)單，是一項(xiàng)很有潛力的空調(diào)技術(shù)，符合世界“ 節(jié)能減碳”的發(fā)展趨勢(shì)。依據(jù)是否有室外空氣供給，則可分為主動(dòng)式冷梁和被動(dòng)式冷梁。

考慮到被動(dòng)式冷梁供冷能力小，基本無法有效供熱，所以本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用主動(dòng)式冷梁。同時(shí)控制冷梁噪音滿足聲學(xué)要求。主動(dòng)式冷梁的一次風(fēng)動(dòng)力來自空調(diào)箱，位于冷梁靜壓箱兩側(cè)或上部的噴口將一次風(fēng)送入室內(nèi)，一次風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)后會(huì)附吊頂或天花流動(dòng)，并誘導(dǎo)室內(nèi)空氣經(jīng)過位于冷梁底面或兩側(cè)的盤管，進(jìn)行等濕冷卻或加熱，被冷卻或加熱的室內(nèi)回風(fēng)在冷梁腔室里與一次風(fēng)進(jìn)行混合，并重新進(jìn)入到室內(nèi)，具體如圖3 所示。

圖3 冷梁示意圖

2.1.3 末端選型與布置

輻射板根據(jù)吊頂可敷設(shè)區(qū)域進(jìn)行布置，由于受輻射板供冷能力，吊頂可敷設(shè)面積及輻射板數(shù)量的限制，輻射板提供的冷/熱量難以滿足室內(nèi)冷/熱負(fù)荷的要求，不足部分由冷梁補(bǔ)充。冷梁根據(jù)房間需求新風(fēng)量作為一次風(fēng)量進(jìn)行選型，制冷/制熱量滿足房間剩余冷/熱負(fù)荷需求。輻射板和冷梁的布置及安裝如圖4，圖5 所示。

圖4 教學(xué)工作室平面圖

圖5 教學(xué)工作室剖面圖

各房間的末端選型結(jié)果及吊頂覆蓋率統(tǒng)計(jì)如表 5所示，受室內(nèi)裝飾、燈具、吊頂模數(shù)等限制，輻射吊頂板的實(shí)際覆蓋率遠(yuǎn)低于理論上的覆蓋率，輻射板+冷梁的吊頂覆蓋率為 27%～48%，輻射板的吊頂覆蓋率為18%～35%，輻射板實(shí)際的單位房間面積供冷量為12.6～24.5 W/m2，供熱量為22.0～42.8 W/m2。

表5 各房間空調(diào)末端選型統(tǒng)計(jì)表

2.2 冷熱源與水系統(tǒng)

本項(xiàng)目連廊輻射空調(diào)區(qū)域占項(xiàng)目空調(diào)區(qū)域總量比例不大，輻射空調(diào)冷負(fù)荷占項(xiàng)目總冷負(fù)荷8 左右。如為連廊空調(diào)單獨(dú)分別配置常溫、高溫機(jī)組，系統(tǒng)復(fù)雜，初投資增加，主機(jī)房面積增加。另一方面機(jī)組容量小，高溫型螺桿式冷水機(jī)組較難選型，選用小容量機(jī)組一般主機(jī)效率較低。所以設(shè)計(jì)連廊輻射空調(diào)與項(xiàng)目空調(diào)主系統(tǒng)共用同一冷源，利用三通混水方式，同時(shí)滿足兩者各自不同的水溫要求。即將常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)回水與輻射空調(diào)系統(tǒng)回水混合作為輻射系統(tǒng)供水，供冷時(shí)輻射空調(diào)供/回水溫度為16 ℃/19 ℃，供熱時(shí)輻射空調(diào)供/回水溫度為40 ℃/35 ℃，如圖6 所示。

圖6 輻射供冷系統(tǒng)冷源示意圖

混水系統(tǒng)采用二級(jí)泵變流量系統(tǒng)，二級(jí)泵流量與空調(diào)末端設(shè)備的負(fù)荷相匹配，并隨著各空調(diào)房間負(fù)荷變化作相應(yīng)的變流量調(diào)節(jié)，二次混水泵的流量通過三通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)混水比得到平衡。

末端空調(diào)水管采用分區(qū)兩管制，各層水平干管分支管設(shè)電動(dòng)兩通閥切換供冷/供熱工況。冷梁、輻射板供冷均干工況運(yùn)行，冷水供水溫度高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度1～2 ℃。末端空調(diào)通過調(diào)節(jié)冷梁、輻射板回水支管電動(dòng)二通閥調(diào)節(jié)室內(nèi)供冷供熱。

2.3 新風(fēng)除濕

新風(fēng)除濕，是保證采用輻射吊頂和冷梁空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要方面，送入經(jīng)過深度除濕的新風(fēng)，室內(nèi)維持足夠的正壓，采取可靠的措施阻止室外潮濕空氣侵入，配合有效的自動(dòng)控制系統(tǒng)，就可以保證室內(nèi)空氣濕度滿足使用要求，可靠地防止輻射冷吊頂、冷梁、內(nèi)表面等結(jié)露。

根據(jù)建筑平面布局及空間布置要求，同時(shí)結(jié)合各區(qū)域使用功能和性質(zhì)共劃分為四個(gè)新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)量根據(jù)末端房間舒適性及衛(wèi)生條件設(shè)計(jì)。各連廊輻射空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)制冷時(shí)新風(fēng)除濕要求如表6 所示。

表6 連廊輻射空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)表 6 計(jì)算，設(shè)定新風(fēng)空調(diào)箱處理后新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的絕對(duì)含濕量控制在約6.5 g/kg 干空氣。

對(duì)于本項(xiàng)目，采用供水溫度 6～13 ℃的常溫冷水機(jī)組供新風(fēng)機(jī)組除濕降溫，出口新風(fēng)空氣的含濕量可以達(dá)到8.0～9.0 g/kg 左右，難以滿足要求。設(shè)計(jì)采用熱管輔助除濕方式，可使本項(xiàng)目空調(diào)機(jī)組冷卻除濕后空氣含濕量可達(dá)7.5 g/kg 左右，還需在表冷器后設(shè)置高效除濕器。在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，采用轉(zhuǎn)輪除濕的方式，使送風(fēng)含濕量達(dá)到不超過6.5 g/kg 左右，降低室內(nèi)結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。

3 防結(jié)露措施

1）冷源采用中溫混水系統(tǒng)，供回水溫度 16/19 ℃，供水溫度高于露點(diǎn)溫度 3.2 ℃（夏季室內(nèi)干球溫度24 ℃，相對(duì)濕度50%，對(duì)應(yīng)露點(diǎn)溫度12.8 ℃）。即使相對(duì)濕度短時(shí)間波動(dòng)到 60%時(shí)，露點(diǎn)溫度 15.6 ℃，也低于供水溫度。

2）制冷季新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)濕負(fù)荷，送風(fēng)溫度不低于16 ℃，正常運(yùn)行工況下，送風(fēng)絕對(duì)濕度控制在6.0 g/kg干空氣，經(jīng)冷梁誘導(dǎo)混合，以 20～22 ℃送入室內(nèi)，送風(fēng)溫度高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度。獨(dú)立新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)剛開始運(yùn)行或中斷后一段時(shí)間重新啟動(dòng)時(shí)，通過增大新風(fēng)機(jī)組除濕能力的方式，加快排除室內(nèi)濕負(fù)荷，新風(fēng)送風(fēng)絕對(duì)濕度可低至4.8 g/kg 干空氣。房間有結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，相應(yīng)降低送風(fēng)絕對(duì)濕度，增加新風(fēng)除濕能力。當(dāng)室內(nèi)降溫除濕到室內(nèi)露點(diǎn)溫度不高于 20 ℃時(shí)，啟動(dòng)冷梁制冷，當(dāng)室內(nèi)降溫除濕到室內(nèi)露點(diǎn)溫度不高于16 ℃時(shí)再開啟輻射板制冷，以避免輻射表面結(jié)露。夜間低負(fù)荷時(shí)，通過調(diào)節(jié)新風(fēng)、回風(fēng)調(diào)節(jié)閥，減少新風(fēng)濕負(fù)荷進(jìn)入室內(nèi)。

3）針對(duì)夏季高濕環(huán)境，新風(fēng)空調(diào)箱選型時(shí)加大除濕轉(zhuǎn)輪除濕量，除濕轉(zhuǎn)輪按最不利再生溫度（干球溫度32.5 ℃、相對(duì)濕度 95%）時(shí)選型除濕能力，相依配套輔助再生空氣除濕設(shè)施。

4）設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，各房間設(shè)置露點(diǎn)溫度探測(cè)器，當(dāng)溫度接近露點(diǎn)溫度時(shí)（一般控制溫差1～2 ℃），自動(dòng)關(guān)斷各房間水閥。過渡季節(jié)空調(diào)負(fù)荷不大時(shí)，還可調(diào)整混水系統(tǒng)，提高供水溫度，降低結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)。制冷空調(diào)關(guān)斷時(shí)先關(guān)斷輻射板，再關(guān)斷冷梁。

4 消聲降噪措施

4.1 風(fēng)速控制

按照連廊音樂教學(xué)房間噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)管/風(fēng)口風(fēng)速控制如表7 所示。

表7 風(fēng)管/風(fēng)口風(fēng)速控制表（m/s）

4.2 消聲措施

風(fēng)管設(shè)置如下消聲措施：房間內(nèi)外風(fēng)管至少兩個(gè)彎頭連接（或消聲靜壓箱）。室內(nèi)風(fēng)管設(shè)置必要的消音措施，如消聲風(fēng)管、消聲器。支吊架設(shè)置減震支吊架。

5 結(jié)語

輻射空調(diào)系統(tǒng)具有舒適、節(jié)能、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際的項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用中，受其本身，裝飾及可敷設(shè)面積等條件限制，其供冷能力往往有限，需根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，靈活選用其他輔助空調(diào)方案，以便更好的發(fā)揮輻射空調(diào)系統(tǒng)的有點(diǎn)，滿足項(xiàng)目需求。輻射吊頂+冷梁+獨(dú)立新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)形式能夠較好的滿足本文所述音樂學(xué)院教學(xué)房間室內(nèi)熱濕環(huán)境和聲環(huán)境的高要求，但該空調(diào)系統(tǒng)整體較復(fù)雜，適用條件較嚴(yán)苛，要求設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確，做好防結(jié)露和消聲降噪措施。