地板輻射采暖與供熱空調(diào)技術(shù)結(jié)合利用

　　制冷網(wǎng)快訊：地板輻射供熱供冷系統(tǒng)在住宅類建筑中應(yīng)用的比較多，相關(guān)技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)也大多是針對此類建筑而給出的，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大空間建筑中的應(yīng)用并不常見。而該系統(tǒng)在五棵松體育館觀眾休息廳的成功應(yīng)用表明：地板輻射供冷系統(tǒng)可作為大空間建筑中供熱空調(diào)系統(tǒng)有益的補充方式。

　　工程背景

　　五棵松體育館是2008年奧運會籃球比賽場地，建筑平面為正方形，中間為比賽大廳，環(huán)繞四周的是觀眾休息廳，休息廳與比賽大廳貫通。兩層觀眾休息廳總面積為12000平方米，可敷設(shè)盤管的有效面積為7600平方米。該體育館的比賽大廳和休息廳采用的都是全空氣空調(diào)系統(tǒng)，而由于冬季空調(diào)系統(tǒng)停止運行后室內(nèi)溫度會比較低，需要設(shè)置值班供熱系統(tǒng)。另外由于建筑外圍護結(jié)構(gòu)為玻璃幕墻，冷熱負(fù)荷較大，觀眾休息廳和比賽大廳又不具備設(shè)置散熱器的條件，所以在觀眾休息廳擬設(shè)地板輻射供熱系統(tǒng)來解決比賽大廳和休息廳的值班供熱題目。由于受場地限制，夏季供冷空調(diào)送風(fēng)管道所需要的空間難以獲得，因此擬采用地板輻射供冷系統(tǒng)承擔(dān)一部分負(fù)荷，以彌補休息廳供冷的不足。

　　地板傳熱理論與計算公式的選擇

　　在五棵松體育館的比賽大廳和休息廳設(shè)計地?zé)嵯到y(tǒng)，需要依據(jù)相關(guān)計算公式，對此，北京市建筑設(shè)計研究院在對國內(nèi)外現(xiàn)有的幾種算法進行比較后發(fā)現(xiàn)，2000年出版的《ASHRAEHandbookSystemsandEquipment》一書中給出的地板輻射供熱供冷系統(tǒng)的傳熱計算方法與計算公式理論上比較嚴(yán)謹(jǐn)，又符合工程設(shè)計的實際要求，因此決定采用此方法計算。經(jīng)分析，利用該書中的相關(guān)傳熱公式可對地板輻射供熱供冷系統(tǒng)進行編程計算。在五棵松體育館籃球館工程的設(shè)計中，為滿足設(shè)計計算的需要，該程序采用兩種形式的計算：一、在一定的室內(nèi)設(shè)計溫度下，給定所需要的地板有效散熱/冷量，求解相應(yīng)的均勻水溫及熱損失等;二、給定系統(tǒng)均勻水溫，求解地板向房間的有效散熱/冷量、熱損失等。

　　休息廳地板輻射供熱供冷系統(tǒng)的應(yīng)用研究

　　由于五棵松體育館內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，完全按照公式計算均勻輻射溫度的話，相關(guān)數(shù)據(jù)難以精確獲取，為了簡化計算，采用室內(nèi)空氣溫度代替均勻輻射溫度。由于外圍護結(jié)構(gòu)為傳熱系數(shù)相對較大的玻璃幕墻，夏季內(nèi)表面溫度較高會導(dǎo)致室內(nèi)均勻輻射溫度高于室內(nèi)空氣溫度，而冬季內(nèi)表面溫度較低會導(dǎo)致室內(nèi)均勻輻射溫度低于室內(nèi)空氣溫度，使得計算結(jié)果與實際換熱條件存在一定偏差。經(jīng)過研究分析，發(fā)現(xiàn)此種偏差對于冬季和夏季，都只會使實際輻射換熱量增大，因此采用這種簡化方式計算是安全的。

　　一、工程室內(nèi)設(shè)計參數(shù)與地板構(gòu)造

　　五棵松體育館觀眾休息廳空調(diào)、供熱設(shè)計計算參數(shù):夏季室內(nèi)設(shè)計溫度為28攝氏度，相對濕度小于即是55%%，冬季正常供熱時室內(nèi)設(shè)計溫度為19攝氏度，值班供熱溫度為10攝氏度。地板由20毫米的花崗巖面層、20毫米水泥砂漿、50毫米豆石混凝土填充層、聚苯板保溫層和120毫米的樓板組成。

　　二、輻射地板各項參數(shù)的分析選擇休息廳設(shè)置地板輻射系統(tǒng)的主要目的是為了解決冬季值班供熱題目，因此地板輻射系統(tǒng)各項參數(shù)的選擇主要考慮冬季工況，夏季只作為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的補充，不單獨使用。

　　1.保溫層厚度的選擇根據(jù)對體息廳冬夏兩季不同設(shè)計工況條件下相關(guān)數(shù)據(jù)的分析得知，地板有效散熱量、供冷量隨保溫層厚度增大而增加，地板下部熱/冷損失則隨保溫層厚度增大而明顯降低，但增大趨勢均隨保溫層厚度增大逐漸趨于平緩，當(dāng)保溫層厚度增加到3厘米以后，增大厚度對地板散熱、供冷的影響作用已不明顯。因此，本工程保溫層厚度定為3厘米。

　　2.管徑的選擇實際工程中經(jīng)常使用的輻射地板供熱供冷管道直徑為15毫米和20厘米，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：規(guī)格為De20×1.9的PEX管在相同工況下的有效散熱量及供冷量略高于規(guī)格為Del6×1.8的PEX管，但差距不是很大。由于本工程采用地板輻射的面積較大，管路較長，為減小環(huán)路阻力，設(shè)計方選擇了規(guī)格為De20×1.9的PEX管。

　　3.冷熱水供回水溫度及布管間距的選擇建筑整體的值班供熱負(fù)荷由地板輻射供熱系統(tǒng)承擔(dān)，計算得單位面積應(yīng)提供的有效散熱量為120瓦/平方米。在滿足120瓦/平方米有效散熱量條件下(地板表面均勻溫度為22.5攝氏度)，計算出不同布管間距下的供水溫度。再據(jù)此計算結(jié)果，結(jié)合系統(tǒng)的熱源條件，將地板輻射供熱系統(tǒng)的熱水供、回水溫度定為40攝氏度/3攝氏度。在此水溫下，計算出地板輻射供熱系統(tǒng)正常供熱與值班供熱時不同間距。綜合考慮地板有效散熱量、工程熱負(fù)荷要求以及地板表面溫度的均勻性，終極將輻射地板布管間距定為300毫米。

　　休息廳夏季空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)為溫度28攝氏度，相對濕度小于即是55%，此時露點溫度為18.1攝氏度，由于計算中采用室溫替換均勻輻射溫度會造成一定誤差，為安全起見，冷水供回水溫度設(shè)定為18攝氏度/21攝氏度。計算可得，在300毫米間距下，地板有效供冷量為34瓦/平方米，地板表面均勻溫度為22.87攝氏度。

　　三、綜合分析

　　三種工況下的供熱供冷量及地板表面均勻溫度計算結(jié)果可知：冬季在室溫10攝氏度情況下，輻射地板可提供124瓦/平方米的有效散熱量，可滿足值班供熱的要求，正常供熱條件下(室溫19攝氏度)也可提供78瓦/平方米的熱量，配合常規(guī)空調(diào)使用，可減少空調(diào)熱風(fēng)的供給，既能夠減少能耗，又可以提供更為舒適的室內(nèi)環(huán)境。夏季輻射地板可提供34瓦/平方米的冷量，可彌補常規(guī)空調(diào)風(fēng)量無法滿足所導(dǎo)致的冷量不足。供冷時地板表面均勻溫度為22.87攝氏度，室內(nèi)空氣的露點溫度為18.1攝氏度℃，地板表面均勻溫度遠(yuǎn)高于露點溫度，即使由于采用室內(nèi)溫度代替均勻輻射溫度造成了一定的偏差，也可以保證地板表面不結(jié)露。

　　實踐證實，對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間，可采用室內(nèi)空氣溫度代替均勻輻射溫度的辦法進行簡化計算，固然會造成一定偏差，但比實際工況偏于安全。另外，由于供冷地板只能減熔、不能除濕，為防止室內(nèi)濕度過高而導(dǎo)致地板結(jié)露，夏季采用地板輻射供冷前，應(yīng)先啟用常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)使室內(nèi)空氣相對濕度接近或達(dá)到設(shè)計值。而當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)停止運行后，要及時封閉地板輻射系統(tǒng)。暖通百科

　　當(dāng)然，上述計算方法及設(shè)計結(jié)果需要在工程建成后進行實測驗證。