天棚辐射采暖制冷—通风复合系统的应用实例

王虎彪

(北京首都工程技术有限公司，北京 100035)

0 引言

混凝土楼板低温辐射采暖制冷系统(本文称天棚辐射采暖制冷系统)是一项新的空调技术，其常和通风系统配合使用，可以达到室内较高的热舒适程度。采用天棚辐射采暖制冷—通风复合式空调系统，创造了高舒适度、低能耗的人居环境，是对节能建筑和绿色建筑设计的有益尝试。笔者所在的单位曾经在当代MOMA(住宅，总建筑面积22万m2)，上第MOMA(住宅，总建筑面积约20万m2)，万万树MOMA(别墅，总建筑面积4万余平方米)等工程中运用过该项技术。本文阐述了天棚辐射采暖制冷—通风复合式系统的原理、特性及设计要点，并用于酒店式公寓的设计实践。

1 工程概况与设计参数

1.1 建筑概况

IMOMA酒店式公寓位于北京市海淀区，2层～12层为酒店式公寓;首层及地下1层为商业、娱乐、自行车库和设备用房;地下2层和地下3层为汽车库和设备用房。总建筑面积31 645 m2，建筑高度41.80 m。

1.2 室内空气计算参数

室内空气计算参数见表1。

表1 室内空气计算参数

1.3 围护结构传热系数

本工程建筑进行了优化设计，外围护结构保温性能远高于节能设计标准的要求，详见表2。

表2 建筑围护结构特性参数 W/(m2·℃)

1.4 空调负荷指标

冷负荷指标:34.1 W/m2;热负荷指标:48 W/m2。

2 冷热源

1)空调冷源为设在地下3层的两台螺杆式冷水机组，每台供冷量为900 kW，冷冻水供回水温度为7℃/12℃，一路直接供风机盘管及热回收机组夏季使用，另一路经整体式换热机组交换成18℃/21℃的二次水供顶板辐射系统夏季使用。

2)空调热源为设在地下1层的两台常压燃气热水锅炉，每台额定输出功率范围为720 kW～780 kW，供回水温度80℃/60℃，一路经整体式换热机组交换成60℃/50℃的二次水供风机盘管及热回收机组冬季使用，另一路经整体式换热机组交换成31℃/28℃的二次水供顶板辐射系统冬季使用。

3 空调

1)客房部分采用天棚辐射采暖制冷—通风复合式系统。

2)首层和地下1层商业娱乐部分除咖啡厅外均采用风机盘管加新风系统。

3)咖啡厅采用全空气系统，气流组织为百叶上侧送上回的方式。

4)空调水系统采用变流量系统。冷(热)水系统在分、集水器之间设旁通管，并加设压差控制装置。

5)空调冷(热)水系统采用气压罐定压，补水采用软化水，全自动软水装置设在冷冻机房内。补水泵启动压力P1:0.52 MPa;补水泵停泵压力P2:0.65 MPa;膨胀水量开始流回补水箱时电磁阀的开启压力P3:0.72 MPa;安全阀开启压力P4:0.80 MPa。

6)风机盘管水系统采用上供上回异程式双管系统。空调冷凝水汇集后就近排放到地漏、卫生间或直接排至室外。

7)冷却塔设在12层屋顶，冷却水进出水温为32℃～37℃。

4 天棚辐射采暖制冷系统

4.1 天棚辐射采暖制冷系统概述

辐射采暖和制冷，是一种主要利用热辐射来传递热量的供暖和制冷方式，辐射板的换热量近似等于辐射和对流两部分热量之和，一般来说，辐射换热量占总热交换量的50%以上。主要有埋管式、毛细管式和金属辐射板几种形式。

4.2 天棚辐射制冷制热系统设计

本工程客房部分采用的是埋管式天棚辐射采暖制冷系统，在楼板内敷设水管，管线敷设示意详见图1。通过楼板向下散热和吸热，实现冬季供暖和夏季供冷，保证房间的舒适温度。系统使用D20 mm×2 mm(外径×壁厚)的PE-RT防渗氧管，敷设于每层混凝土楼板内，PE-RT管使用条件4级，管系列s=5，工作压力为0.6 MPa。分、集水器设置在专门的管井内。分集水器使用带有调节阀的成品件，其做法与地板辐射采暖一致，可以通过手动调节控制阀的开度以达到调节室内温度的目的。

4.3 设计与施工要点

1)辐射管的布置宜采用回折型(旋转型)或平行型(直列型)，本工程采用平行型。

2)集配装置宜高于吊顶辐射板，并配备排气阀，若低于吊顶辐射板安装时，应在系统总回水管上设脱气机或控制管内水流速大于 0.25 m/s。

3)辐射板板面温度应高于空气露点温度1℃ ～2℃，处于干工况运行，因此，辐射供冷必须与送新风相结合。

4)辐射板空调系统为防止结露，供水温度一般为14℃ ～16℃，建筑保温好时可为18℃ ～20℃，供回水温差为2℃ ～3℃，而新风系统由于除湿要求，供水温度为6℃ ～7℃，供回水温差为5℃。本工程天棚辐射盘管夏季供回水温度18℃/21℃，冬季供回水温度31℃/28℃。

5)宜设置水温不低于室内空气露点的保护控制，如关闭水路或者调高水温。本工程甲方出于造价方面的考虑，未考虑露点保护。

6)冬季施工时，由于天气寒冷，辐射管不易现场弯曲，为了加快施工进度，天棚盘管采用在钢筋网拍上绑扎预制的方式，然后按设计图纸的盘管布置位置在顶板上组装。固定辐射盘管的钢筋网拍采用φ6的钢筋焊接制作，网格间距为200 mm×500 mm或150 mm×500 mm，具体做法详见图2。

7)埋入混凝土中的水管不允许有接头，管材可选用耐热聚乙烯管(PE-RT)、聚丁烯管(PB)、交联聚乙烯管(PE-X)、无规共聚聚丙烯管(PP-R)和铝塑复合管。

8)由于国内并未出台专门的行业标准、技术规程，天棚辐射采暖制冷系统的设计、材料、施工、检验、调试与验收等方面技术要求暂参照JGJ 142-2004地面辐射供暖技术规程执行。

5 通风系统

天棚辐射采暖制冷系统和新风系统结合使用时，一般由辐射板承担围护结构负荷和室内设备、人员的显热负荷;新风系统不仅要承担新风负荷，还要承担室内湿负荷。室内新风量可按不低于卫生标准的最小新风量确定，居住建筑换气次数一般按0.5次/h～0.8次/h确定，本工程客房部分按 30 m3/(h·人)确定。室外空气通过设置在屋顶的热回收新风换气机组与室内回风进行热量交换，再经冬季加热、加湿、夏季降温、除湿等处理，送至室内。

空调系统的室内通风气流组织形式很多，与辐射供冷结合使用时，一般采用置换式通风。本工程在方案阶段由于造价等多方面考虑，采用了传统的混合式通风形式。气流组织采用客房上侧送、卫生间吊顶上回风。本工程混合式通风平面图见图3。

6 上述空调系统对建筑的要求和优化措施

天棚辐射盘管夏季供回水温度18℃/21℃，冬季供回水温度31℃/28℃，制冷量和制热量均为30 W/m2左右。因此对建筑的外围护结构、外窗、遮阳都较现行节能标准有更高的要求。优化措施主要表现在以下几个方面。

6.1 外墙——超强保温的围护结构

高性能的围护结构保温系统是天棚辐射采暖制冷系统+混合式通风系统的前提。首先，优化建筑围护结构是最有效的措施，使外墙平均传热系数达到0.4 W/(m2·K)左右。其次，外墙要采用外保温，设计重点是要防止热桥。保温材料可以选用白聚苯板，导热系数为0.04 W/(m·K);挤塑聚苯板，导热系数小于0.028 W/(m·K)。本工程外墙和屋面均采用120 mm厚挤塑聚苯板保温，外墙传热系数可以达到0.26 W/(m2·K)，屋面传热系数可以达到 0.25 W/(m2·K)。

6.2 外窗——高性能的窗户系统

本工程的外门窗采用断桥铝合金框，Low-E中空净白玻璃(6+12+6)mm，外窗保温性能等级不低于7级，其传热系数限值不大于1.8 W/(m2·K)。玻璃的可见光透射比不小于0.40，框料壁厚大于1.4 mm。

6.3 外遮阳——高度灵活的外遮阳系统

冬季和夏季室内对通过窗口透射太阳能需求是不同的。冬天，希望尽可能多的吸收太阳能，而夏季则是希望尽可能多的阻挡太阳能。要解决冬季和夏季室内窗口对透射太阳能不同需求的矛盾，唯一有效方法就是可调式外遮阳设施。可调节室外遮阳是非常有效的高舒适度节能技术措施，从总的优化上讲，外遮阳是优化中性能最突出的一个重要因素。

除此之外，还有屋面、首层楼板、地下室侧壁围护结构的优化措施。完善的各种措施是实现舒适、健康、节能建筑的前提条件。

7 结语

本工程设计周期比较长，从2006年年初就开始配合外方设计单位进行方案设计，期间业主进行过几次大的功能调整，2009年完成施工图设计，2011年5月交付使用，已经运行了一个采暖季和一个制冷季，从业主处反馈回来的信息，运行效果良好。天棚辐射采暖制冷—通风复合式空调系统，不仅适用在别墅、住宅等民用建筑中，在酒店式公寓中也值得借鉴和推广。

[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社，2008.

[2] JGJ 142-2004，地面辐射供暖技术规程[S].

[3] GB 50019-2003，采暖通风与空气调节设计规范[S].

[4] 王子介.低温辐射供暖与辐射供冷[M].北京:机械工业出 版社，2004.