地板輻射供熱供冷系統(tǒng)在住宅類建筑中應用的比較多，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)復雜的大空間建筑中的應用并不常見。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，冷熱負荷較大，觀眾休息廳和比賽大廳又不具備設置散熱器的條件，所以在觀眾休息廳擬設地板輻射供熱系統(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)承擔一部分負荷，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計地熱系統(tǒng)，需要依據(jù)相關(guān)計算公式，對此，北京市建筑設計研究院在對國內(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謹，又符合工程設計的實際要求，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計中，為滿足設計計算的需要，該程序采用兩種形式的計算：一、在一定的室內(nèi)設計溫度下，給定所需要的地板有效散熱/冷量，求解相應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)的應用研究
由于五棵松體育館內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，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)、供熱設計計算參數(shù):夏季室內(nèi)設計溫度為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荷由地板輻射供熱系統(tǒng)承擔，計算得單位面積應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)風量無法滿足所導致的冷量不足。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)濕度過高而導致地板結(jié)露，夏季采用地板輻射供冷前，應先啟用常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)使室內(nèi)空氣相對濕度接近或達到設計值。而當空調(diào)系統(tǒng)停止運行后，要及時封閉地板輻射系統(tǒng)。
來源：暖通空調(diào)在線論壇
