小議建筑暖通空調系統的方案設計
2014-12-31 00:00:00吳麗媛
基層建設 2014年22期
摘要：21世紀，隨著人類對舒適性要求的不斷提高和空調技術的不斷發展，當今中央空調技術正朝著節能、舒適和環保的方向發展，輻射空調系統以其舒適性高、耗能低、噪聲小的突出優勢，在各種空調系統中脫穎而出。本文主要對輻射空調系統進行了簡單的介紹，以及輻射空調與傳統變風量空調系統進行了對比，從而突出輻射空調系統用在辦公樓的優勢。最后對望京影視后期辦公樓輻射空調系統的冷熱源、風系統及水系統進行相關設計計算。
關鍵詞：輻射空調；節能；設計；空調系統
引言：
眾所周知，隨著社會發展不斷提高，人們開始追求品質生活，對居住環境的舒適度和空氣品質也相應提出了更高的要求。另一方面，各國暖通空調界的研究人員、工程師以及制造商都在努力實現這個目標。而輻射空調系統從誕生就很好地實現了低能耗與高舒適度的完美結合。逐步從歐洲傳入我國，在我國已被廣泛認可，并得到了越來越廣泛的應用。
1、輻射空調系統介紹
一般而言，輻射供冷空調方式是利用輻射板以輻射為主、對流為輔的方式消除室內大部分的顯熱，由獨立新風系統消除室內濕負荷。
與常規的空調使用5℃~7℃或更低的冷水對空氣進行處理不同，輻射空調系統采用較高溫度（16℃~20℃）的冷水通入輻射吊頂來消除室內顯熱。同時將室外新風獨立除濕后送入室內，消除室內濕量，又可滿足室內人員對新鮮空氣的需求。這樣不僅能避免常規空調系統采用冷凍除濕時再進行加熱，而導致的冷、熱量抵消，還可用高溫冷水吸收顯熱，使冷凍機的運行效率得到提高，大幅降低空調系統的能耗，具有顯著的節能效果。
輻射板的構造見圖1。金屬管通過焊接、鑲嵌、粘結、緊固等方式與一定模數的金屬板相固定而預制成輻射板， 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，另一方面可達到吸聲（通過穿孔鋁板）的效果。
優點：金屬板吊頂，平整、美觀。
圖1" 輻射板構造圖
1.1 輻射空調系統的特點
美國能源部2001年4月出版的商業建筑能耗手冊將輻射冷吊頂和獨立新風系統列入美國當今和未來、在經濟上最有優勢的15項暖通空調節能技術之中。和常規空調系統相比，輻射空調系統的優點如下。
1）體感舒適。通常，人體散熱量的 40%左右通過輻射散發，45%左右通過對流換熱散發，15%左右的熱量通過呼吸、體表水分蒸發散失。輻射空調系統，通過輻射（60%）、對流（40%）帶走人體的散熱、散濕量，因而更符合人體換熱規律，滿足人們熱舒適的要求。而常規空調僅是通過對流換熱一種方式消除人體散熱。
2）室內人員無吹風感，安靜舒適。由于輻射空調系統送風量僅為人員所需新風量或除濕所需的新風量，省去了常規空調系統的 75%左右循環風量，室內風速輕微，人員無吹風感，室內噪聲小、安靜。
3）提高了室內空氣品質。輻射空調系統末端采用冷輻射板，避免了其他空調末端設備冷凝水盤滋生細菌的可能性。
4）裝修效果好。金屬板吊頂使得室內整潔明快，平整美觀，舒適健康。
5）能耗低。它主要采用高溫冷水為介質，冷凍機的功率消耗大幅度減少。常規空調系統送風狀態點處理至室內露點溫度以下，送風溫度低，為滿足人體熱舒適要求，需要再熱，造成能量的浪費。
6）節省了吊頂空間。房間送風量僅為人員所需新風量或除濕要求所需的新風量，風管尺寸很小。
7）日常維護工作量很少。輻射空調系統采用新風+輻射末端設備，室內無風機一類的運動機械，不需要機電專業的維修。末端輻射板無積塵，無需清洗。常規空調系統積塵量和積塵真菌數目超標，需定期清洗。
2、輻射空調與傳統空調的對比
2.1 傳統空調與輻射空調換熱方式的比較
輻射冷暖系統是根據一個基本的自然的原理運行的，此原理與太陽的熱效應一致.即使是在寒冷的冬季，直接熱輻射能給我們一種舒適感。太陽的熱效應是由電磁波產生的，在穿過大氣的時候不會有熱損失，只有接觸到人體的時候才會產生熱量。
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，夏季室內空氣溫度可以提高，冬季可以降低室內空氣溫度。對于夏季，室內設計溫度每提高1℃，能耗將降低8%~10%；對于冬季，室內設計溫度每降低1℃，能耗將減少 10%~15%。同時，相對濕度太大，室內環境潮濕，滋生霉菌；相對濕度太小，會出現皮膚干裂、眼睛紅痛、口干舌燥等癥狀。因此，室內的溫濕度均應控制在合理的范圍。
傳統空調系統的換熱方式主要是通過空氣的流動擾亂人體體表環境來進行換熱，很少的熱量通過輻射被吸收。輻射空調系統的溫度場分布均勻，熱量主要通過被輻射帶走，沒有被空氣擾動。全空氣系統和輻射空調系統的換熱方式的比較如圖2和圖3所示。
圖2" 傳統空調系統""""""""" 圖3" 輻射空調系統
2.2 傳統空調與輻射空調舒適度的比較
輻射冷暖系統是根據自然的原理運行的，與太陽的熱效應一致。輻射制熱時：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備，吸收人體和電子設備散熱。因此對于輻射空調系統而言，保持相同的熱舒適度，輻射供暖時的室內設計溫度可比常規空調調高2℃。傳統空調系統和輻射空調系統舒適度的比較如圖4和圖5所示。圖 4：室內空氣溫度為25℃，作用溫度為25/26℃，結果是能耗高，舒適性差。圖5：室內空氣溫度為27℃，作用溫度為25/26℃，結果是能耗低，舒適性好。
（a）輻射冷暖"""""""""" （b）普通空調
圖4 "制熱工況
（a）輻射冷暖"""""""""""""" （b）普通空調
圖5 "制冷工況
3、辦公樓空調方案設計
3.1 工程概況
本方案主要對辦公樓的2F~4F進行輻射空調系統設計。其中辦公樓2F~4F建筑面積為 1，662m2，空調面積約 1，200m2。
3.2 冷熱源設計
某市室外氣象參數和辦公區域室內設計參數，見表1~表3
表1" 某市室外氣象參數
氣象參數
冬季
夏季
空調設計溫度／℃
-9.9
33.2
通風室外計算溫度／℃
-3.6
30
室外平均風速／（m／s）
2.6
2.1
室外計算相對濕度／%
44
61
表2" 室內設計參數
設計參數
辦公室
錄音棚
音頻工作室
夏季干球溫度/℃
26
26
26
夏季相對濕度/%
50
50
50
冬季干球溫度/℃
20
20
20
冬季相對濕度/%
40
40
40
表3" 室內設計參數
設計參數
辦公類房間
錄用棚
音頻工作室
照明標準/（W/m2）
15
40
40
設備發熱量/（W/m2）
30
50
50
人員密度/（m2/P）
8
按人數
按人數
新風指標/（m3/（h.P）
30
40
40
噪聲標準/（dB（A）
≤45
≤25
≤25
3.3 新風量的確定
新風指標的確定：室內散濕源主要為人員散濕。
室內溫度26℃時的人員散濕為109g/（h﹒p），對應的室內含濕量為10.58g/kg，露點溫度為14.8℃。按人均新風量30m3/（h﹒p），則送風含濕量差為：
（1）
其中：
1.1 為富裕系數；
1.2 為空氣在26℃時的平均密度，kg/m3。
送風狀態點的含濕量 為：
=10.58-3.4=7.18（g/kg）（2）
假設新風以 90%的相對濕度離開表冷器，從焓濕圖上可得知對應的送風溫度為10.6℃。對于常規的7℃冷水溫度可滿足要求。
人員密度和新風指標參考表4，新風機組考慮1.1的富裕系數則新風空調箱風量約為5，600m3/h。錄音棚、音頻工作室的新風空箱與其他區域分開設置。錄音棚、音頻工作室的新風空調箱風量約2，500m3/h，其他區域新風空調箱風量約為3，100m3/h。
3.4 冷熱源配置
夏季冷負荷約為 161 kW，其中，新風空調箱冷量為96 kW，輻射吊頂負擔負荷為 65 kW。由于面積小，冷量不大，新風空調主機考慮采用風冷冷水機組，冷水供回水溫度 7/12℃；輻射吊頂主機采用高溫風冷冷水機組，冷水供回水溫度16/19℃。
冬季熱負荷約為181 kW，其中，新風空調箱熱負荷為 88 kW，輻射吊頂負擔熱負荷為 93 kW。冬季熱源采用集中供熱，輻射吊頂和新風系統分別接至附近熱交換機房。新風系統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℃。
中心機房空調采用雙冷源精密空調。放映室空調采用分體式空調。
3.5 空調水系統
空調水系統采用一次泵變流量系統。新風空調箱放在屋頂，考慮噪聲要求，新風空調箱不應放置在噪音要求高的錄音棚上方。
辦公樓2~4F 空調面積約 1，200m2，輻射吊頂鋪設率約為75%，故輻射吊頂板面積為 900m2，辦公樓2~4F輻射板鋪設區域如圖6~8 紅色區域所示。
3.6 防止結露的措施
提及輻射空調系統，很多人所關心的是該系統的結露現象。但，根據某銀行大廈最近兩年的運行經驗，運行中控制得當，不會發生結露現象。
針對本工程可采用以下的防結露措施：
1）建筑物有一定的氣密性，同時送入經過濾、除濕后的室外新鮮空氣，使室內維持微正壓，防止夏季室外潮濕的空氣進入。由于是錄音類建筑，本身對密封性要求極為嚴格，因此有一定先天優勢。
2）計算送風去濕量時，考慮一定的富裕系數。向室內送入足量的、干燥的、新鮮的空氣，將室內人員等的散濕量帶走，并且，送風量、去濕量都還考慮 1.1 的富裕系數。新風處理的干燥一些，多送一些，以防突發情況下的結露現象發生。
3）分區控制。在每個空調分區的進水管上安裝露點探測器和電動調節閥，當分區內由于突發狀況導致濕度過大時，露點探測器報警，切斷供水閥門，以便管理人員對突發狀況的排查。
結束語：
通過以上論述可知，當今通風空調系統正不斷地向節能、舒適、環保的方向發展。輻射空調系統以其能耗低、舒適性高、噪聲低的突出優勢，具有廣闊的發展前景，必能占據今后市場的重要一部分。另一方面，隨著建筑物布局變得更加緊湊，室內氣候系統也在不斷完善，建筑能耗在不斷增加。輻射空調系統這種新型的高舒適度空調系統，能有效地降低空調系統的運行能耗節省運行費用，節能效果顯著。依據本文的設計方法設計的辦公樓輻射空調系統的供熱量、制冷量、完全達到設計要求。供熱時的COP、制冷時的 COP 等性能參數遠高于傳統空調。
參考文獻：
[1]黎亮.對某辦公大樓室內裝修施工方案的探討[J].中華民居，2011，（3）.
[2]徐瑞青，于五星，王璐，張培彤，曹沫.司法部辦公樓地下工程防水施工技術[J].中國建筑防水，2011，（2）.
[3]魏慶，綠色建筑關鍵技術研究－降低建筑能耗關鍵技術，清華大學.
