楊德潤

華東建筑設計研究院有限公司

0 引言

輻射空調系統(tǒng)是以輻射換熱為主要傳熱方式的空調系統(tǒng)，其將室內空氣品質與熱環(huán)境分開考慮，空調通風系統(tǒng)保證室內的空氣品質，輻射空調系統(tǒng)保證室內的熱環(huán)境。根據(jù)輻射板的構造，所在位置，熱媒種類和溫度等的不同，輻射空調系統(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。按輻射板構造，可以分為埋管式，毛細管式，風管式，組合式、整體式。

輻射空調具有占用建筑空間小、轉熱介質輸送能耗低和系統(tǒng)安靜、噪聲低的優(yōu)勢。另一方面，輻射空調以輻射為主的換熱方式，無吹風感，舒適性較好。此外，輻射末端空調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合，可進一步提高系統(tǒng)COP，降低能耗。

1 項目概況

本文所述項目為天津某音樂學院，該項目是集音樂廳、劇場、教學為一體的現(xiàn)代化音樂學校，位于天津濱海新區(qū)。項目的總建筑面積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 四個樓，包含700 座音樂廳、300 座演奏廳、250 座黑盒劇場，在 2F 和3F 采用五條連廊將四個樓連接起來，為音樂教室，工作室和練習室等音樂教學房間，4 個樓和連廊之外的空余部分為公共大廳。

圖1 項目效果圖

該學院定位為世界殿堂級音樂學院，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 聲學標準。位于2F、3F 連廊的音樂教學區(qū)總面積 4870 m2，主要為面積在 8 m2～ 51 m2左右的練習室，工作室和教室，房間為雙層玻璃幕墻+浮筑地板的房中房結構，是該學院音樂教學，練習和工作活動的主要承載空間，對室內溫濕度、噪聲、空氣品質等要求嚴格，表1 為音樂教學房間室內設計標準?；谝魳方虒W房間的上述特點，本項目音樂教學房間考慮采用輻射空調+獨立新風的空調系統(tǒng)形式。

表1 音樂教學房間室內設計標準

2 輻射空調系統(tǒng)

根據(jù)《輻射供暖供冷技術規(guī)程》要求，輻射供冷系統(tǒng)供水溫度應保證供冷表面溫度高于室內空氣露點溫度 1～2 ℃，供回水溫差不宜大于 5 ℃且不應小于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]。本項目音樂教學房間夏季室內設計參數(shù)為24 ℃/50%，供冷時輻射板面溫度取 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，室內可鋪設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

本項目音樂教室、工作室、練習室的室內顯熱冷負荷指標在 60～120 W/m2，采用純輻射吊頂空調形式不能滿足室內顯熱冷負荷的處理需求，需輔助其他空調末端形式。基于本項目聲學設計要求高，一方面要求空調末端的噪音盡量低，另一方面對末端空調安裝方式及安裝敷設面積有限制要求。故采用輻射吊頂 +冷梁+獨立新風的空調系統(tǒng)形式。新風系統(tǒng)處理室內潛熱負荷和濕負荷，輻射板和冷梁處理室內顯熱負荷。

2.1 末端選型

2.1.1 輻射吊頂

根據(jù)建筑師及聲學顧問要求，輻射板面層采用石膏板形式，石膏輻射吊頂板結構如圖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，舒適性和靜音運轉效果，也具有較高的冷卻和加熱能力并且安裝簡易、維護簡單，是一項很有潛力的空調技術，符合世界“ 節(jié)能減碳”的發(fā)展趨勢。依據(jù)是否有室外空氣供給，則可分為主動式冷梁和被動式冷梁。

考慮到被動式冷梁供冷能力小，基本無法有效供熱，所以本項目設計采用主動式冷梁。同時控制冷梁噪音滿足聲學要求。主動式冷梁的一次風動力來自空調箱，位于冷梁靜壓箱兩側或上部的噴口將一次風送入室內，一次風進入室內后會附吊頂或天花流動，并誘導室內空氣經過位于冷梁底面或兩側的盤管，進行等濕冷卻或加熱，被冷卻或加熱的室內回風在冷梁腔室里與一次風進行混合，并重新進入到室內，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)吊頂可敷設區(qū)域進行布置，由于受輻射板供冷能力，吊頂可敷設面積及輻射板數(shù)量的限制，輻射板提供的冷/熱量難以滿足室內冷/熱負荷的要求，不足部分由冷梁補充。冷梁根據(jù)房間需求新風量作為一次風量進行選型，制冷/制熱量滿足房間剩余冷/熱負荷需求。輻射板和冷梁的布置及安裝如圖4，圖5 所示。

圖4 教學工作室平面圖

圖5 教學工作室剖面圖

各房間的末端選型結果及吊頂覆蓋率統(tǒng)計如表 5所示，受室內裝飾、燈具、吊頂模數(shù)等限制，輻射吊頂板的實際覆蓋率遠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 各房間空調末端選型統(tǒng)計表

2.2 冷熱源與水系統(tǒng)

本項目連廊輻射空調區(qū)域占項目空調區(qū)域總量比例不大，輻射空調冷負荷占項目總冷負荷8 左右。如為連廊空調單獨分別配置常溫、高溫機組，系統(tǒng)復雜，初投資增加，主機房面積增加。另一方面機組容量小，高溫型螺桿式冷水機組較難選型，選用小容量機組一般主機效率較低。所以設計連廊輻射空調與項目空調主系統(tǒng)共用同一冷源，利用三通混水方式，同時滿足兩者各自不同的水溫要求。即將常規(guī)空調系統(tǒng)回水與輻射空調系統(tǒng)回水混合作為輻射系統(tǒng)供水，供冷時輻射空調供/回水溫度為16 ℃/19 ℃，供熱時輻射空調供/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)采用二級泵變流量系統(tǒng)，二級泵流量與空調末端設備的負荷相匹配，并隨著各空調房間負荷變化作相應的變流量調節(jié)，二次混水泵的流量通過三通調節(jié)閥調節(jié)混水比得到平衡。

末端空調水管采用分區(qū)兩管制，各層水平干管分支管設電動兩通閥切換供冷/供熱工況。冷梁、輻射板供冷均干工況運行，冷水供水溫度高于室內露點溫度1～2 ℃。末端空調通過調節(jié)冷梁、輻射板回水支管電動二通閥調節(jié)室內供冷供熱。

2.3 新風除濕

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

根據(jù)建筑平面布局及空間布置要求，同時結合各區(qū)域使用功能和性質共劃分為四個新風空調系統(tǒng)，新風量根據(jù)末端房間舒適性及衛(wèi)生條件設計。各連廊輻射空調新風系統(tǒng)制冷時新風除濕要求如表6 所示。

表6 連廊輻射空調新風系統(tǒng)

根據(jù)表 6 計算，設定新風空調箱處理后新風送風狀態(tài)點的絕對含濕量控制在約6.5 g/kg 干空氣。

對于本項目，采用供水溫度 6～13 ℃的常溫冷水機組供新風機組除濕降溫，出口新風空氣的含濕量可以達到8.0～9.0 g/kg 左右，難以滿足要求。設計采用熱管輔助除濕方式，可使本項目空調機組冷卻除濕后空氣含濕量可達7.5 g/kg 左右，還需在表冷器后設置高效除濕器。在本項目的設計中，采用轉輪除濕的方式，使送風含濕量達到不超過6.5 g/kg 左右，降低室內結露風險。

3 防結露措施

1）冷源采用中溫混水系統(tǒng)，供回水溫度 16/19 ℃，供水溫度高于露點溫度 3.2 ℃（夏季室內干球溫度24 ℃，相對濕度50%，對應露點溫度12.8 ℃）。即使相對濕度短時間波動到 60%時，露點溫度 15.6 ℃，也低于供水溫度。

2）制冷季新風承擔室內濕負荷，送風溫度不低于16 ℃，正常運行工況下，送風絕對濕度控制在6.0 g/kg干空氣，經冷梁誘導混合，以 20～22 ℃送入室內，送風溫度高于室內露點溫度。獨立新風空調系統(tǒng)剛開始運行或中斷后一段時間重新啟動時，通過增大新風機組除濕能力的方式，加快排除室內濕負荷，新風送風絕對濕度可低至4.8 g/kg 干空氣。房間有結露風險時，相應降低送風絕對濕度，增加新風除濕能力。當室內降溫除濕到室內露點溫度不高于 20 ℃時，啟動冷梁制冷，當室內降溫除濕到室內露點溫度不高于16 ℃時再開啟輻射板制冷，以避免輻射表面結露。夜間低負荷時，通過調節(jié)新風、回風調節(jié)閥，減少新風濕負荷進入室內。

3）針對夏季高濕環(huán)境，新風空調箱選型時加大除濕轉輪除濕量，除濕轉輪按最不利再生溫度（干球溫度32.5 ℃、相對濕度 95%）時選型除濕能力，相依配套輔助再生空氣除濕設施。

4）設置自動控制系統(tǒng)，各房間設置露點溫度探測器，當溫度接近露點溫度時（一般控制溫差1～2 ℃），自動關斷各房間水閥。過渡季節(jié)空調負荷不大時，還可調整混水系統(tǒng)，提高供水溫度，降低結露風險。制冷空調關斷時先關斷輻射板，再關斷冷梁。

4 消聲降噪措施

4.1 風速控制

按照連廊音樂教學房間噪聲控制標準，風管/風口風速控制如表7 所示。

表7 風管/風口風速控制表（m/s）

4.2 消聲措施

風管設置如下消聲措施：房間內外風管至少兩個彎頭連接（或消聲靜壓箱）。室內風管設置必要的消音措施，如消聲風管、消聲器。支吊架設置減震支吊架。

5 結語

輻射空調系統(tǒng)具有舒適、節(jié)能、噪音小等優(yōu)點，但在實際的項目設計應用中，受其本身，裝飾及可敷設面積等條件限制，其供冷能力往往有限，需根據(jù)項目特點，靈活選用其他輔助空調方案，以便更好的發(fā)揮輻射空調系統(tǒng)的有點，滿足項目需求。輻射吊頂+冷梁+獨立新風的空調系統(tǒng)形式能夠較好的滿足本文所述音樂學院教學房間室內熱濕環(huán)境和聲環(huán)境的高要求，但該空調系統(tǒng)整體較復雜，適用條件較嚴苛，要求設計計算準確，做好防結露和消聲降噪措施。