天棚輻射采暖制冷—通風復合系統的應用實例

王虎彪

(北京首都工程技術有限公司，北京 100035)

0 引言

混凝土樓板低溫輻射采暖制冷系統(本文稱天棚輻射采暖制冷系統)是一項新的空調技術，其常和通風系統配合使用，可以達到室內較高的熱舒適程度。采用天棚輻射采暖制冷—通風復合式空調系統，創造了高舒適度、低能耗的人居環境，是對節能建筑和綠色建筑設計的有益嘗試。筆者所在的單位曾經在當代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。本文闡述了天棚輻射采暖制冷—通風復合式系統的原理、特性及設計要點，并用于酒店式公寓的設計實踐。

1 工程概況與設計參數

1.1 建筑概況

IMOMA酒店式公寓位于北京市海淀區，2層～12層為酒店式公寓;首層及地下1層為商業、娛樂、自行車庫和設備用房;地下2層和地下3層為汽車庫和設備用房。總建筑面積31 645 m2，建筑高度41.80 m。

1.2 室內空氣計算參數

室內空氣計算參數見表1。

表1 室內空氣計算參數

1.3 圍護結構傳熱系數

本工程建筑進行了優化設計，外圍護結構保溫性能遠高于節能設計標準的要求，詳見表2。

表2 建筑圍護結構特性參數 W/(m2·℃)

1.4 空調負荷指標

冷負荷指標:34.1 W/m2;熱負荷指標:48 W/m2。

2 冷熱源

1)空調冷源為設在地下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℃，一路直接供風機盤管及熱回收機組夏季使用，另一路經整體式換熱機組交換成18℃/21℃的二次水供頂板輻射系統夏季使用。

2)空調熱源為設在地下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℃，一路經整體式換熱機組交換成60℃/50℃的二次水供風機盤管及熱回收機組冬季使用，另一路經整體式換熱機組交換成31℃/28℃的二次水供頂板輻射系統冬季使用。

3 空調

1)客房部分采用天棚輻射采暖制冷—通風復合式系統。

2)首層和地下1層商業娛樂部分除咖啡廳外均采用風機盤管加新風系統。

3)咖啡廳采用全空氣系統，氣流組織為百葉上側送上回的方式。

4)空調水系統采用變流量系統。冷(熱)水系統在分、集水器之間設旁通管，并加設壓差控制裝置。

5)空調冷(熱)水系統采用氣壓罐定壓，補水采用軟化水，全自動軟水裝置設在冷凍機房內。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)風機盤管水系統采用上供上回異程式雙管系統。空調冷凝水匯集后就近排放到地漏、衛生間或直接排至室外。

7)冷卻塔設在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

4.1 天棚輻射采暖制冷系統概述

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設計

本工程客房部分采用的是埋管式天棚輻射采暖制冷系統，在樓板內敷設水管，管線敷設示意詳見圖1。通過樓板向下散熱和吸熱，實現冬季供暖和夏季供冷，保證房間的舒適溫度。系統使用D20 mm×2 mm(外徑×壁厚)的PE-RT防滲氧管，敷設于每層混凝土樓板內，PE-RT管使用條件4級，管系列s=5，工作壓力為0.6 MPa。分、集水器設置在專門的管井內。分集水器使用帶有調節閥的成品件，其做法與地板輻射采暖一致，可以通過手動調節控制閥的開度以達到調節室內溫度的目的。

4.3 設計與施工要點

1)輻射管的布置宜采用回折型(旋轉型)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，應在系統總回水管上設脫氣機或控制管內水流速大于 0.25 m/s。

3)輻射板板面溫度應高于空氣露點溫度1℃ ～2℃，處于干工況運行，因此，輻射供冷必須與送新風相結合。

4)輻射板空調系統為防止結露，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℃，而新風系統由于除濕要求，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)宜設置水溫不低于室內空氣露點的保護控制，如關閉水路或者調高水溫。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，輻射管不易現場彎曲，為了加快施工進度，天棚盤管采用在鋼筋網拍上綁扎預制的方式，然后按設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拍采用φ6的鋼筋焊接制作，網格間距為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)、交聯聚乙烯管(PE-X)、無規共聚聚丙烯管(PP-R)和鋁塑復合管。

8)由于國內并未出臺專門的行業標準、技術規程，天棚輻射采暖制冷系統的設計、材料、施工、檢驗、調試與驗收等方面技術要求暫參照JGJ 142-2004地面輻射供暖技術規程執行。

5 通風系統

天棚輻射采暖制冷系統和新風系統結合使用時，一般由輻射板承擔圍護結構負荷和室內設備、人員的顯熱負荷;新風系統不僅要承擔新風負荷，還要承擔室內濕負荷。室內新風量可按不低于衛生標準的最小新風量確定，居住建筑換氣次數一般按0.5次/h～0.8次/h確定，本工程客房部分按 30 m3/(h·人)確定。室外空氣通過設置在屋頂的熱回收新風換氣機組與室內回風進行熱量交換，再經冬季加熱、加濕、夏季降溫、除濕等處理，送至室內。

空調系統的室內通風氣流組織形式很多，與輻射供冷結合使用時，一般采用置換式通風。本工程在方案階段由于造價等多方面考慮，采用了傳統的混合式通風形式。氣流組織采用客房上側送、衛生間吊頂上回風。本工程混合式通風平面圖見圖3。

6 上述空調系統對建筑的要求和優化措施

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構、外窗、遮陽都較現行節能標準有更高的要求。優化措施主要表現在以下幾個方面。

6.1 外墻——超強保溫的圍護結構

高性能的圍護結構保溫系統是天棚輻射采暖制冷系統+混合式通風系統的前提。首先，優化建筑圍護結構是最有效的措施，使外墻平均傳熱系數達到0.4 W/(m2·K)左右。其次，外墻要采用外保溫，設計重點是要防止熱橋。保溫材料可以選用白聚苯板，導熱系數為0.04 W/(m·K);擠塑聚苯板，導熱系數小于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，外墻傳熱系數可以達到0.26 W/(m2·K)，屋面傳熱系數可以達到 0.25 W/(m2·K)。

6.2 外窗——高性能的窗戶系統

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

冬季和夏季室內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式外遮陽設施。可調節室外遮陽是非常有效的高舒適度節能技術措施，從總的優化上講，外遮陽是優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、地下室側壁圍護結構的優化措施。完善的各種措施是實現舒適、健康、節能建筑的前提條件。

7 結語

本工程設計周期比較長，從2006年年初就開始配合外方設計單位進行方案設計，期間業主進行過幾次大的功能調整，2009年完成施工圖設計，2011年5月交付使用，已經運行了一個采暖季和一個制冷季，從業主處反饋回來的信息，運行效果良好。天棚輻射采暖制冷—通風復合式空調系統，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.實用供熱空調設計手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社，2008.

[2] JGJ 142-2004，地面輻射供暖技術規程[S].

[3] GB 50019-2003，采暖通風與空氣調節設計規范[S].

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