浅析顶棚辐射空调系统的设计思路及原则

摘要本文简要介绍了顶棚辐射空调系统的基本情况。通过实例应用，讨论了毛细管网系统设计中的优化建筑护结构子系统、建筑节能、舒适度及毛细管辐射系统的设计思路与注意事项。

关键词顶棚辐射 毛细管网 建筑节能设计思路

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

近年来经济发展迅速，各大城市中高档公寓、写字楼数量剧增，导致能源供给日趋紧张。其中空调能耗占整个建筑能耗的一半以上，而目前空调系统主要依靠电力驱动，从而造成了城市供电短缺。随着国家进入能源短缺时代，节省能源是我国目前一个重要的战略目标，节能技术和产品面临着巨大的市场需求。

随着我国经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，人们不再仅仅满足于实现夏季降温和冬季供暖，而对空调房间的温度、湿度和空调舒适度提出了更高的要求。

辐射空调系统主要通过辐射方式供冷供热，室内温度分布均匀，室内无吹风感，热舒适性高;夏季17－20°C高温冷水供冷，为直接利用可再生能源提供了便利条件。同时全新风系统的采用和一次回风系统的取消，将污染物和病菌扩散的可能性降到了最低[1]。目前辐射空调系统越来越受到地产开发商和用户的青睐。

本文以北京某工程为例，简单介绍毛细管网系统在设计及设计管理中的注意事项、从而有控制质量风险及成本风险。

毛细管网空调系统简介

毛细管辐射空调系统是一种全新的空调设计方法，它能够满足创造良好、舒适的室内环境，提高室内空气品质和系统节能发展的需求，是一种值得推广的舒适、节能的空调系统[2]。其基本原理是温湿度独立控制，就是将消除显热负荷、潜热负荷及有害负荷相分离。通过毛细管辐射和对流来消除显热负荷，而潜热负荷及有害物负荷则通过独立的新风系统来处理，新风量只需要达到消除室内潜热负荷和室内卫生要求即可，这就大大减少了室内送风量、减少了风机耗能、降低了室内噪声。在毛细管辐射空调系统模式下，人体与室内冷热源主要以辐射方式进行能量交换，形成了室内的静态辐射制冷供热模式，营造出了与自然环境相类似的生态效果。

任何一种产品都有对立面。该系统也有一些不足，比如为了防止室内的结露，需要特设定一系列的防结露措施；为了尽量布置在顶棚上，而不得不对建筑维护结构进行优化，提高维护结构的保温隔热性能；毛细管不能实行“人走灯灭”的控制模式，需要长期稳定运行，造成能源的大量浪费。

优化建筑的护结构子系统

优化的重要性

要想发挥平面辐射空调系统的优势，最重要的是对建筑护结构保温隔热系统进行优化。优化的依据主要有两点：第一，高性能的围护结构热工性能可减少室内冷凝水产生；第二，高性能围护结构热工性能可减少建筑负荷，以方便布置毛细管网。所以，如果要在建筑中采用平面辐射系统，在设计前应对建筑围护结构进行优化或校验。

优化思路简述

前面对围护结构优化的重要性进行了简要描述，下面对如何优化进行简述。优化的基本思路是：

⑴严格控制建筑的体型系数，避免采用里出外进的建筑外型；

⑵严格控制窗墙比，减少开窗面积，避免使用飘窗及开敞式阳台；

⑶采用高性能的保温及外窗材料，严格控制材料热工参数；

⑷尽量采用外遮阳，调节夏季室内热负荷峰值；

⑸利用全年动态负荷计算软件（建筑能耗评估软件）不断试算的同时，分析出各围护结构在整建筑中所占能耗大小，然后按照经济学原理，不断调整建筑围护结构的热工性能，在全寿命周期内进行经济性分析，得出较优的围护结构保温隔热系统方案。以北京某工程为例，按照上述的基本思路，最后确定的围护结构基本做法及热工参数见表1，

表1

空调系统设计原则及过程

1、毛细管网安装形式选择

目前，毛细管网的安装形式及优缺点比较见表2.

表2 各安装方式分类及优缺点比较

综上所述，从人性化管理及业主使用方面考虑，一般应优先考虑平顶安装。如果室内负荷较大，在设计过程中家具位置考虑较为全面的话，可以考虑采用墙面安装形式，尤其是卫生间一般采用吊顶和墙面结合敷设的方法。

2、新风系统形式

单纯的毛细管网辐射供冷供暖，只能消除室内的显热负荷，无法消除潜热负荷。一般工程设计中，如果采用毛细管网辐射形式，则必须设置单独的新风系统，以调节室内湿度，从而提高室内舒适度。新风系统的供应不是简单的把空气送入房间，而是需要对空气进行冷却、除湿、加热、加湿等处理。达到室内所需要的温湿度。目前，新风系统的除湿方法有冷冻除湿，溶液除湿及转轮除湿，加湿方式有湿膜加湿，蒸汽加湿及高压微雾加湿等，其中住宅小区新风空调中最常用的是湿膜加湿和高压微雾加湿处理方式。关于几种常见的除湿方法及加湿方法的比较可见文献。在具体选择时，应综合初投资、运行成本等因素选择适合的除湿及加湿模式。

空调系统设计效果控制

空调夏季结露控制

夏季由于毛细管网内水温比较低，造成了墙面及吊顶壁面温度较低，当壁面温度低于室内空气的露点温度时，就会在墙面或平顶面上产生结露现象。结露会造成墙面或吊顶面发霉，变形，面层脱落。甚至有水滴产生而遭到业主的投诉或退房，严重影响销售业绩及地产商的形象。所以，在进行毛细管网设计中，应对各墙面及吊顶面是否会发生结露现象进行控制。控制的方法有下列几种：

⑴较核室内潜热负荷，以新风为媒介，冷凝除湿技术配合自动控制技术，使新风机组有足够冷量来消除室内的湿负荷，但新风量又不宜多大，否则又会增加运行成本。一般夏季新风量不宜大于0.7次/小时，冬季不宜大于0.4次/小时，为考虑节能运行，风机采用变频控制，并进行排风热回收，排风回收风量的选择按照送风量的80%计取，再减去卫生间的排风量。为保障最不利日的湿度控制，可增加直膨除湿及再热段，夏季最不利日运行时可降低新风量，以湿度控制为主，过渡季则可采用全新风运行模式。

⑵对室内的壁面温度进行校核，使壁面温度低于室内露点温度。如果校核结果不满足要求，应调整室内设计参数或增加抹灰厚度解决。关于室内壁面温度的计算可采用CFD模拟或者参考相关传热学计算公式进行手工计算，配套设置室温、供水温度、露点温度等自动监测与控制系统。夏季毛细管供水温度为17-20度，到达临界结露点时，切断冷水源。

空调系统室内舒适度分析

毛细管网系统由于以辐射传热方式提供热量，且不需要任何带噪音的风机等设备。故一般认为毛细管网系统具有较高的舒适水平。如何权衡该系统与其它空调系统的舒适度？目前，主要有两种方式：第一种模拟分析，通过CFD分析模拟软件，对室内的温度、湿度及PMV进行模拟分析对比，比较其舒适度，适合于设计阶段；第二，实地测量，测量室内的温度、湿度、风速及人体满意度测量，适合于运营阶段。就本文要讨论的是设计思路，所以比较认可第一种模拟分析思路。

建筑节能判断基准及分析思路

任何一种空调系统，节能量分析是重要的考核指标之一。本文只初略分析一下该系统的节能情况。毛细管网与一般风机盘管相比，节能地方与耗能地方的比较见表3

表3 毛细管网与风机盘管的节能量分析

所以，毛细管网在项目中是否节能，还需综合分析。

五、结论

本文主要简单讨论了顶棚辐射空调系统在建筑中的设计思路，可以得到如下几点结论及设计原则：

1、任何一套空调系统，我们在设计或者设计管理中应考虑到系统的稳定性、可靠性、节能性；

2、由于受到安装位置及毛细管网所能承载的负荷的影响，在设计毛细管网时，应对建筑围护结构进行优化；

3、毛细管网的设计，宜对建筑进行全年动态负荷分析，以负荷峰值的显热负荷作为室内设计的负荷；

4、毛细管网由于仅承担室内的显热负荷，在设计中一定需要考虑新风系统的设计，新风系统的设计应以湿度控制为主要目的合理选择新风量及加、除湿方式；

5、由于毛细管网布置在墙面或者平顶面，在设计完成之后，一定需要进行夏季的结露控制验算，以防墙面/平顶面发霉及脱落；

6、毛细管网是否节能，还需要对整栋建筑进行能耗分析，一味认为毛细管网系统是节能产品的思路是错误的；

7、毛细管网具有一定的高舒适度，比较符合地产公司的人性化宣传及可持续发展理念；

【参考文献】

[1] 何婧, 沈晋明, 寿表云, 等. 独立新风与辐射供冷系统防结露问题探计[J]. 暖通空调，2008, 38(6): 159-162

[2]薛红香.毛细管空调系统舒适性及气流的组织[D].济南：山东建筑大学，2009.