小議建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

摘要：21世紀(jì)，隨著人類對(duì)舒適性要求的不斷提高和空調(diào)技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)今中央空調(diào)技術(shù)正朝著節(jié)能、舒適和環(huán)保的方向發(fā)展，輻射空調(diào)系統(tǒng)以其舒適性高、耗能低、噪聲小的突出優(yōu)勢(shì)，在各種空調(diào)系統(tǒng)中脫穎而出。本文主要對(duì)輻射空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，以及輻射空調(diào)與傳統(tǒng)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，從而突出輻射空調(diào)系統(tǒng)用在辦公樓的優(yōu)勢(shì)。最后對(duì)望京影視后期辦公樓輻射空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源、風(fēng)系統(tǒng)及水系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。

關(guān)鍵詞：輻射空調(diào)；節(jié)能；設(shè)計(jì)；空調(diào)系統(tǒng)

引言：

眾所周知，隨著社會(huì)發(fā)展不斷提高，人們開始追求品質(zhì)生活，對(duì)居住環(huán)境的舒適度和空氣品質(zhì)也相應(yīng)提出了更高的要求。另一方面，各國(guó)暖通空調(diào)界的研究人員、工程師以及制造商都在努力實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。而輻射空調(diào)系統(tǒng)從誕生就很好地實(shí)現(xiàn)了低能耗與高舒適度的完美結(jié)合。逐步從歐洲傳入我國(guó)，在我國(guó)已被廣泛認(rèn)可，并得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1、輻射空調(diào)系統(tǒng)介紹

一般而言，輻射供冷空調(diào)方式是利用輻射板以輻射為主、對(duì)流為輔的方式消除室內(nèi)大部分的顯熱，由獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)消除室內(nèi)濕負(fù)荷。

與常規(guī)的空調(diào)使用5℃~7℃或更低的冷水對(duì)空氣進(jìn)行處理不同，輻射空調(diào)系統(tǒng)采用較高溫度（16℃~20℃）的冷水通入輻射吊頂來消除室內(nèi)顯熱。同時(shí)將室外新風(fēng)獨(dú)立除濕后送入室內(nèi)，消除室內(nèi)濕量，又可滿足室內(nèi)人員對(duì)新鮮空氣的需求。這樣不僅能避免常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)采用冷凍除濕時(shí)再進(jìn)行加熱，而導(dǎo)致的冷、熱量抵消，還可用高溫冷水吸收顯熱，使冷凍機(jī)的運(yùn)行效率得到提高，大幅降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，具有顯著的節(jié)能效果。

輻射板的構(gòu)造見圖1。金屬管通過焊接、鑲嵌、粘結(jié)、緊固等方式與一定模數(shù)的金屬板相固定而預(yù)制成輻射板， 10mm 的銅管嵌在鋁制底座上，底座粘在金屬吊頂板上，如：600mm×1，200mm。鋁制平頂輻射板的背面，覆蓋一定厚度的絕熱材料，一方面減少向上傳熱，另一方面可達(dá)到吸聲（通過穿孔鋁板）的效果。

優(yōu)點(diǎn)：金屬板吊頂，平整、美觀。

圖1" 輻射板構(gòu)造圖

1.1 輻射空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

美國(guó)能源部2001年4月出版的商業(yè)建筑能耗手冊(cè)將輻射冷吊頂和獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)列入美國(guó)當(dāng)今和未來、在經(jīng)濟(jì)上最有優(yōu)勢(shì)的15項(xiàng)暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)之中。和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，輻射空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下。

1）體感舒適。通常，人體散熱量的 40%左右通過輻射散發(fā)，45%左右通過對(duì)流換熱散發(fā)，15%左右的熱量通過呼吸、體表水分蒸發(fā)散失。輻射空調(diào)系統(tǒng)，通過輻射（60%）、對(duì)流（40%）帶走人體的散熱、散濕量，因而更符合人體換熱規(guī)律，滿足人們熱舒適的要求。而常規(guī)空調(diào)僅是通過對(duì)流換熱一種方式消除人體散熱。

2）室內(nèi)人員無吹風(fēng)感，安靜舒適。由于輻射空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量?jī)H為人員所需新風(fēng)量或除濕所需的新風(fēng)量，省去了常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的 75%左右循環(huán)風(fēng)量，室內(nèi)風(fēng)速輕微，人員無吹風(fēng)感，室內(nèi)噪聲小、安靜。

3）提高了室內(nèi)空氣品質(zhì)。輻射空調(diào)系統(tǒng)末端采用冷輻射板，避免了其他空調(diào)末端設(shè)備冷凝水盤滋生細(xì)菌的可能性。

4）裝修效果好。金屬板吊頂使得室內(nèi)整潔明快，平整美觀，舒適健康。

5）能耗低。它主要采用高溫冷水為介質(zhì)，冷凍機(jī)的功率消耗大幅度減少。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)處理至室內(nèi)露點(diǎn)溫度以下，送風(fēng)溫度低，為滿足人體熱舒適要求，需要再熱，造成能量的浪費(fèi)。

6）節(jié)省了吊頂空間。房間送風(fēng)量?jī)H為人員所需新風(fēng)量或除濕要求所需的新風(fēng)量，風(fēng)管尺寸很小。

7）日常維護(hù)工作量很少。輻射空調(diào)系統(tǒng)采用新風(fēng)+輻射末端設(shè)備，室內(nèi)無風(fēng)機(jī)一類的運(yùn)動(dòng)機(jī)械，不需要機(jī)電專業(yè)的維修。末端輻射板無積塵，無需清洗。常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)積塵量和積塵真菌數(shù)目超標(biāo)，需定期清洗。

2、輻射空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)的對(duì)比

2.1 傳統(tǒng)空調(diào)與輻射空調(diào)換熱方式的比較

輻射冷暖系統(tǒng)是根據(jù)一個(gè)基本的自然的原理運(yùn)行的，此原理與太陽的熱效應(yīng)一致.即使是在寒冷的冬季，直接熱輻射能給我們一種舒適感。太陽的熱效應(yīng)是由電磁波產(chǎn)生的，在穿過大氣的時(shí)候不會(huì)有熱損失，只有接觸到人體的時(shí)候才會(huì)產(chǎn)生熱量。

由于輻射板滿足了人體熱舒適的絕大部分的冷量（夏季）或熱量（冬季），因而，夏季室內(nèi)空氣溫度可以提高，冬季可以降低室內(nèi)空氣溫度。對(duì)于夏季，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度每提高1℃，能耗將降低8%~10%；對(duì)于冬季，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度每降低1℃，能耗將減少 10%~15%。同時(shí)，相對(duì)濕度太大，室內(nèi)環(huán)境潮濕，滋生霉菌；相對(duì)濕度太小，會(huì)出現(xiàn)皮膚干裂、眼睛紅痛、口干舌燥等癥狀。因此，室內(nèi)的溫濕度均應(yīng)控制在合理的范圍。

傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的換熱方式主要是通過空氣的流動(dòng)擾亂人體體表環(huán)境來進(jìn)行換熱，很少的熱量通過輻射被吸收。輻射空調(diào)系統(tǒng)的溫度場(chǎng)分布均勻，熱量主要通過被輻射帶走，沒有被空氣擾動(dòng)。全空氣系統(tǒng)和輻射空調(diào)系統(tǒng)的換熱方式的比較如圖2和圖3所示。

圖2" 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)""""""""" 圖3" 輻射空調(diào)系統(tǒng)

2.2 傳統(tǒng)空調(diào)與輻射空調(diào)舒適度的比較

輻射冷暖系統(tǒng)是根據(jù)自然的原理運(yùn)行的，與太陽的熱效應(yīng)一致。輻射制熱時(shí)：直接熱輻射能給我們一種舒適感；制冷工況下：冷表面溫度低于人體和電子設(shè)備，吸收人體和電子設(shè)備散熱。因此對(duì)于輻射空調(diào)系統(tǒng)而言，保持相同的熱舒適度，輻射供暖時(shí)的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度可比常規(guī)空調(diào)調(diào)高2℃。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)和輻射空調(diào)系統(tǒng)舒適度的比較如圖4和圖5所示。圖 4：室內(nèi)空氣溫度為25℃，作用溫度為25/26℃，結(jié)果是能耗高，舒適性差。圖5：室內(nèi)空氣溫度為27℃，作用溫度為25/26℃，結(jié)果是能耗低，舒適性好。

（a）輻射冷暖"""""""""" （b）普通空調(diào)

圖4 "制熱工況

（a）輻射冷暖"""""""""""""" （b）普通空調(diào)

圖5 "制冷工況

3、辦公樓空調(diào)方案設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

本方案主要對(duì)辦公樓的2F~4F進(jìn)行輻射空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中辦公樓2F~4F建筑面積為 1，662m²，空調(diào)面積約 1，200m²。

3.2 冷熱源設(shè)計(jì)

某市室外氣象參數(shù)和辦公區(qū)域室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)，見表1~表3

表1" 某市室外氣象參數(shù)

氣象參數(shù)

冬季

夏季

空調(diào)設(shè)計(jì)溫度／℃

-9.9

33.2

通風(fēng)室外計(jì)算溫度／℃

-3.6

30

室外平均風(fēng)速／（m／s）

2.6

2.1

室外計(jì)算相對(duì)濕度／%

44

61

表2" 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)

辦公室

錄音棚

音頻工作室

夏季干球溫度/℃

26

26

26

夏季相對(duì)濕度/%

50

50

50

冬季干球溫度/℃

20

20

20

冬季相對(duì)濕度/%

40

40

40

表3" 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)

辦公類房間

錄用棚

音頻工作室

照明標(biāo)準(zhǔn)/（W/m²）

15

40

40

設(shè)備發(fā)熱量/（W/m²）

30

50

50

人員密度/（m²/P）

8

按人數(shù)

按人數(shù)

新風(fēng)指標(biāo)/（m³/（h.P）

30

40

40

噪聲標(biāo)準(zhǔn)/（dB（A）

≤45

≤25

≤25

3.3 新風(fēng)量的確定

新風(fēng)指標(biāo)的確定：室內(nèi)散濕源主要為人員散濕。

室內(nèi)溫度26℃時(shí)的人員散濕為109g/（h﹒p），對(duì)應(yīng)的室內(nèi)含濕量為10.58g/kg，露點(diǎn)溫度為14.8℃。按人均新風(fēng)量30m³/（h﹒p），則送風(fēng)含濕量差為：

（1）

其中：

1.1 為富裕系數(shù)；

1.2 為空氣在26℃時(shí)的平均密度，kg/m³。

送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的含濕量 為：

=10.58-3.4=7.18（g/kg）（2）

假設(shè)新風(fēng)以 90%的相對(duì)濕度離開表冷器，從焓濕圖上可得知對(duì)應(yīng)的送風(fēng)溫度為10.6℃。對(duì)于常規(guī)的7℃冷水溫度可滿足要求。

人員密度和新風(fēng)指標(biāo)參考表4，新風(fēng)機(jī)組考慮1.1的富裕系數(shù)則新風(fēng)空調(diào)箱風(fēng)量約為5，600m³/h。錄音棚、音頻工作室的新風(fēng)空箱與其他區(qū)域分開設(shè)置。錄音棚、音頻工作室的新風(fēng)空調(diào)箱風(fēng)量約2，500m³/h，其他區(qū)域新風(fēng)空調(diào)箱風(fēng)量約為3，100m³/h。

3.4 冷熱源配置

夏季冷負(fù)荷約為 161 kW，其中，新風(fēng)空調(diào)箱冷量為96 kW，輻射吊頂負(fù)擔(dān)負(fù)荷為 65 kW。由于面積小，冷量不大，新風(fēng)空調(diào)主機(jī)考慮采用風(fēng)冷冷水機(jī)組，冷水供回水溫度 7/12℃；輻射吊頂主機(jī)采用高溫風(fēng)冷冷水機(jī)組，冷水供回水溫度16/19℃。

冬季熱負(fù)荷約為181 kW，其中，新風(fēng)空調(diào)箱熱負(fù)荷為 88 kW，輻射吊頂負(fù)擔(dān)熱負(fù)荷為 93 kW。冬季熱源采用集中供熱，輻射吊頂和新風(fēng)系統(tǒng)分別接至附近熱交換機(jī)房。新風(fēng)系統(tǒng)冬季熱水供回水溫度為 60/50℃；輻射吊頂冬季熱水供回水溫度為35/32℃。

中心機(jī)房空調(diào)采用雙冷源精密空調(diào)。放映室空調(diào)采用分體式空調(diào)。

3.5 空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)采用一次泵變流量系統(tǒng)。新風(fēng)空調(diào)箱放在屋頂，考慮噪聲要求，新風(fēng)空調(diào)箱不應(yīng)放置在噪音要求高的錄音棚上方。

辦公樓2~4F 空調(diào)面積約 1，200m²，輻射吊頂鋪設(shè)率約為75%，故輻射吊頂板面積為 900m²，辦公樓2~4F輻射板鋪設(shè)區(qū)域如圖6~8 紅色區(qū)域所示。

3.6 防止結(jié)露的措施

提及輻射空調(diào)系統(tǒng)，很多人所關(guān)心的是該系統(tǒng)的結(jié)露現(xiàn)象。但，根據(jù)某銀行大廈最近兩年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行中控制得當(dāng)，不會(huì)發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象。

針對(duì)本工程可采用以下的防結(jié)露措施：

1）建筑物有一定的氣密性，同時(shí)送入經(jīng)過濾、除濕后的室外新鮮空氣，使室內(nèi)維持微正壓，防止夏季室外潮濕的空氣進(jìn)入。由于是錄音類建筑，本身對(duì)密封性要求極為嚴(yán)格，因此有一定先天優(yōu)勢(shì)。

2）計(jì)算送風(fēng)去濕量時(shí)，考慮一定的富裕系數(shù)。向室內(nèi)送入足量的、干燥的、新鮮的空氣，將室內(nèi)人員等的散濕量帶走，并且，送風(fēng)量、去濕量都還考慮 1.1 的富裕系數(shù)。新風(fēng)處理的干燥一些，多送一些，以防突發(fā)情況下的結(jié)露現(xiàn)象發(fā)生。

3）分區(qū)控制。在每個(gè)空調(diào)分區(qū)的進(jìn)水管上安裝露點(diǎn)探測(cè)器和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，當(dāng)分區(qū)內(nèi)由于突發(fā)狀況導(dǎo)致濕度過大時(shí)，露點(diǎn)探測(cè)器報(bào)警，切斷供水閥門，以便管理人員對(duì)突發(fā)狀況的排查。

結(jié)束語：

通過以上論述可知，當(dāng)今通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)正不斷地向節(jié)能、舒適、環(huán)保的方向發(fā)展。輻射空調(diào)系統(tǒng)以其能耗低、舒適性高、噪聲低的突出優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景，必能占據(jù)今后市場(chǎng)的重要一部分。另一方面，隨著建筑物布局變得更加緊湊，室內(nèi)氣候系統(tǒng)也在不斷完善，建筑能耗在不斷增加。輻射空調(diào)系統(tǒng)這種新型的高舒適度空調(diào)系統(tǒng)，能有效地降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)能效果顯著。依據(jù)本文的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的辦公樓輻射空調(diào)系統(tǒng)的供熱量、制冷量、完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。供熱時(shí)的COP、制冷時(shí)的 COP 等性能參數(shù)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)空調(diào)。

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