天棚辐射采暖制冷工程的设计

关键字：天棚,辐射,采暖,制冷,工程,设计

内容摘要：天棚辐射采暖制冷工程的设计采暖和降温设备的功率较低，从而降低了建筑采暖制冷设备的一次性投入

以低温热水为热媒，通过埋设于地板内的塑料管材把地板加热，均匀地向室内辐射热量的低温热水地板辐射采暖系统，由于其极高的采暖舒适度和极佳温度曲线、20%~30%的节能效果、节约房间有效使用面积以及方便分户计量和控制等显著特点，自八十年代末到九十年代初，分别由德国和韩国引进了此项技术后，此技术在国内逐渐得到广泛的应用，特别是在近几年，其施工技术在北方房地产市场得到较大的推广，北京等几个城市分别颁布了此技术的设计施工规程，以规范市场的有序进行。国家的《采暖通风与空气调节设计规程》对低温热水地板辐射采暖也有较详尽的说明。

　　虽然低温地板采暖供热技术可以使室内采暖的舒适度达到极高的程度，但其仅仅解决了冬季采暖的需要，却无法在夏季实现降温的要求，因此在一定程度上也阻碍了地板辐射采暖技术的发展和应用。目前国内的一部分单位和企业对如何充分利用地板辐射盘管，实现夏季降温也进行了一定的研究。最基本的解决办法向地板辐射盘管中通入冷水，以期达到室内温度的降低，但由于夏季室内空气温度高于降温地面，阻碍到热量的传递，热量传递效率比较低，存在接近地面部分温度梯度较大的问题。解决热量传递问题的另一个方案是天花辐射，从而加强夏季冷量的传递。天花上辐射的方案在暖通上一直就有，从高温辐射板到冷辐射顶技术及电热膜，但其均为单向效果，无法达到冬夏两用，需要另外增加一套设备，从而增加了投资。

　　 2001年我公司承接了锦绣大地公寓低能耗高舒适度工程，此工程由国外专家引入欧洲低能耗高舒适度的住宅优化设计，取消了原设计的燃气炉及户式空调系统，增加天棚辐射采暖、空调系统及新风系统。天棚辐射采暖降温及新风空调系统是将聚丁烯盘管敷设在顶部混凝土板内，通过载体的不断循环，加热或对顶部混凝土板进行降温，传热以辐射传热为主，并辅助补充适量新鲜空气的新方法。在夏季将冷水通入埋在混凝土中的聚丁烯盘管中，冷水在夏季供水温度为20℃，回水温度为22℃，通过2℃温差来吸收室内热量，有效的解决的夏季降温的问题；而在冬季，聚丁烯盘管内的供水温度为28℃，回水温度为26℃，同样是通过2℃温差来向室内辐射热量。此低温差辐射方式的特点是采暖和制冷的效率高于空气对流，其辐射传热形式无其它传热形式引起的空气对流所造成的不适感。其均匀的温度创造一最佳的热环境。系统的自身工作原理可以使系统具有很好的温度自动调节性能。

　　当然，此种低能耗高舒适度的天棚辐射采暖系统的实现需以建筑节能优化设计为前题。其设计理念在于通过建筑设计以及保温措施等，使室内自由温度最大限度地接近室内舒适温度范围，即在一定的气候条件下，没有其它特殊设备的采暖和制冷的情况下，室内温度不致于过多偏离人体舒适温度，从而达到降低室内热冷负荷的目的，从而形成低能耗建筑，最大限度的接近自然通风和采暖情况。设计时通过对低能耗建筑围护结构等的热负荷计算，并考虑供回水2oC温差来计算所需水量，从而得出管路系统设计的必备条件。在系统方面，作为一种采暖方式，同样面临水力平衡及分户计量的问题。作为一种共用立管形式，此天棚辐射采暖系统通过分集水器来对室内环路进行控制，故在解决分户计量方面不存在太大问题，但由于与地板辐射采暖系统相反，其管路是安装在天花中，故若要将分集水器安放在人体可以触及的地方，将有一排塑料管从天花垂到分集器上，有可能影响到室内的美观，故在设计最好选择将分集水器放在不太显眼的房间或放置在墙内。同样，在考虑系统系统平衡问题时，可从系统管路设计中进行校平衡，也可以通过加装一些副属设备来达到各环路的平衡。本工程为解决水力失调问题，在每一分集水器前均安置了自力式流量平衡阀，以保证每个分集水器的使用压力。在分室控制制方面，可在分集水器上加装远传温控阀，在各个房间内可通过调节旋钮来对室温进行随意控制或关断。在费用方面，通过低能耗建筑达到用户冬夏两季采暖和降温使用费用的降低。同时在另一方面，由于节约了能源，能耗大大降低，带来了采暖和降温设备的功率较低，从而降低了建筑采暖制冷设备的一次性投入，相对降低成本，大大延长了设备的使用寿命。由于低能耗，其所提供采暖降温的水温也接近于室内温度。如夏季20℃~22℃制冷，冬季26℃C~28℃采暖，不必达到暖气片供水温度95℃,也不同目前一般地板采暖热水供水温度40oC~60oC，其温度变化量较小，故其受室外气候条件的影响较小，自动控制在舒适范围内，有着较好的保持作用。同时，由于其供水温度接近于室内自由温度，故其上下楼之间的户间热传递相应的会减小。

　　作为一种传热方式，辐射的传热效率较高，相同室内温度条件下，其实感温度比对流传热高2℃ ~4℃，它比对流和导热的传热方式快的多。传统采暖的设备形式多为窗下布置的暖气片，且工作温度高，供水过程中热量损失大，而室内供暖不均匀。运用低温柔和辐射采暖或制冷的工作原理和益处却是大有不同。其采暖或制冷设备布置在混凝土楼板中，不占空间也不占层高，彻底节约用户费用。

　　为了满足用户对新鲜空气的需求，并解决室内空气在制冷情况下，有可能在天花上及地板上出现的结露情况，彻底控制室内空气的温湿度，此系统增加的新风空调处理系统，对室内空气进行除湿处理，以达到使用要求。在冬季，天棚辐射采暖降温系统对空气无特别要求，主要考虑到用户对空气的需求，故自然通风及置换通风均可使用。但在夏季，特别是北京有些天的空气相对湿度特点大，其露点温度甚至达到24~25℃，大大高于天棚辐射采暖降温系统的工作温度，虽然这种天气出现机会不多，天数不长，但其缺点是显而易见的，极有可能出现如很多冷辐射顶系统出现过的天花板上滴水的现象，而且此系统更可能出现上层用户的地板上出现结露的情况，故此不能完全使用室外空气来对室内换新风，必须对空气进行干燥处理，以使其露点温度低于天花板的温度。在北京安装天棚辐射采暖降温系统在一般情况下需安装新风处理系统，但可以设想，在较北京干燥的地区如西北地区或更北的地区，如新疆等地区，在经过对当地气候条件的详细调查后，若其空气夏季露点温度低于系统在天花板表面的工作温度，此系统将可以基本上免去一套空气处理系统的价格，将有更大的市场推广价值和前景。

　　由于不同于一般地板辐射采暖系统，此系统采暖制冷的塑料管全部埋在现浇混凝土楼板中，故要绝对保证塑料管材的可靠性，因为若塑料材出现性能或质量问题，系统将是不可挽救的，因为现浇混凝土楼板无法凿开或换掉的。通过对塑料管材的详细市场调研以及咨询了大量材料专家的意见，最终此系统采用了有塑料黄金之称的聚丁烯管材。因为相对于其它塑料管材而言，聚丁烯管材可以说是最保险的埋地管材，因为无论是从耐温耐压方面还是从施工性能方面而言，它均有其它管材无法比拟的优点。从以下标准中几种管材计算值的最大值Scalc.max值的比较中我们可以看出来：

　　由于此工程有两栋楼的高度为18层，加上地下层为19层，故地下层顶板中塑料管材所承受的压力将达到7~8kg。在此工作压力下，要保证使用管材达到与建筑物同寿命，对其它管材来说是难以达到的，要不然就需要以牺牲管材的水力性能为代价，这也是系统所不允许的。从以下的管材设计环应力比较表及蠕变曲线图就可以知道，选用聚丁烯管材用于天棚采暖降温系统将比其它管材有更高的保险系数，它能保证在几十年后系统所使用塑料管材仍能承受较大的压力而不出现破坏。

I．塑料管材设计环应力比较表

　　II．塑料管材蠕变曲线图

　　由于此系统的采暖降温管材全部预埋在现浇混凝土楼板中，故决定了此系统的施工方法与目前运用较多的地板辐射采暖排管有所不同。所面临的问题也较多。

　　由于塑料管材容易受到锐器以及火源的伤害，所以在以往低温热水地板辐射采暖施工中严禁与其它工序交叉作业。但天棚辐射采暖降温系统却需要与土建承建方合理配合，进行有序的交叉作业。

　　首先，两单位在工序上需密切配合。由于系统要求在土建每层楼板绑扎钢筋过程中加入一个工序，将必然会对土建的施工进度产生一定影响,而且土建每层楼板的施工可能会按流水段施工作业，而塑料管也要求排管后能尽量提早打混凝土，因此，塑料排管的工作必需要与土建紧密结合起来，双方面共同商讨合理的施工工序和流水段，尽量减少土建间隔时间。

　　其次，需加强对塑料管材的保护工作。由于塑料管材的施工过程中交叉作业不可避免，从塑料管材排管完工到浇筑混凝土这段时间，仍有相当多的土建工序需要完成。钢筋的绑扎及焊接，钢筋的毛刺以及大量建筑工人在楼面上工作，这些都是塑料管材保护所要面临的重要问题。

　　再次是施工的准备问题。由于天棚辐射采暖降温系统的施工环境比地板采暖要恶劣得多，没有具体的墙体可以参考管材摆放的具体位置，只能通过钢筋来具体判断，对可能需要预留的孔洞，需要土建方能预先作好记号。由于暖通图上无各个钢筋梁的位置，所以排管之前一定要先熟悉图纸及楼板施工情况。

　　另一个问题是安全问题。由于排管是随着建筑结构一起施工，所以在上面施工一定要提高施工人员的安全意识，注意脚下。

　　冬季施工问题也可能需要解决的问题之一。若天棚辐射采暖需要冬季进行施工，塑料管材的硬化以及施工人员施工等情况将严重影响到施工质量，所以在冬季或较冷的气候条件下，需要对管材进行加温或暂时停止施工。

　　压力检测也是一个不容忽视的问题。由于塑料管材埋在混凝土楼板中，所以管材的无破损将至关重要，要保证在交叉施工过程中，管材没有破坏。而且由于管材施工完至浇筑混凝土中间有许多工序需要进行，若问题发现得晚，这些工序可能需全部返工，所以需要密切注意管材中压力的情况，一有情况立即处理。

　　作为一种新的暖通空调系统，天棚辐射采暖降温系统有着其它系统无可比拟的优点，其舒适性是无庸质疑的，但这一切需要以建筑的优化为前提，将建筑的热冷负荷降到足够低的情况，不然此系统也无能为力了。同时作为一种新的系统，其所带来的材料以及施工工艺也是需要着重考虑的问题。我们希望能由此系统看到国内建筑节能美好的前景，建筑节能无论从经济利益还是从国家长期战略来看均是一个良好的发展方面。

除湿机