辐射加新风系统和全空气系统对室内层高影响的对比研究

作者:顾婷婷 卜根
单位:南京慧和建筑技术有限公司
摘要:以某高端办公楼的标准层办公室为例,对比研究辐射加新风系统和全空气系统对室内层高的影响,发现当辐射末端仅为辐射板或者毛细管时,辐射加新风系统大大减少了对室内层高的占用,节约了大量建筑资源和成本,符合绿色发展趋势。
关键词:室内层高 辐射加新风系统 全空气系统
作者简介: 顾婷婷,设计师,E-mail:gtt0753@163.com;

 

1 概述

在土地资源紧张、高楼大厦鳞次栉比的今天,建筑层高与降低整栋房屋的高度、减轻结构自重、改善受力情况和节省投资及充分利用土地资源有着密切的关系,因此,适当降低层高是至关重要的。一般来说,房间完成面高度=层高-楼板高-梁高-水电暖管线占高-吊顶自身厚度-地面铺装高度;根据设计施工经验来看,暖通管线排布是楼层占高的重要因素。传统的全空气系统、水系统、风机盘管加新风系统、多联机系统等通常带有大风管或室内机设备,一般会占据较大层高。

2 辐射加新风系统

2.1 辐射末端设备及其应用

辐射系统一般以水作为冷/热介质通过特殊结构的系统末端设备———辐射板,将能量传递到其表面,并通过对流和辐射的方式直接与室内环境进行热交换。

金属辐射板实际是一种管内走水、管外为空气的表面式空气换热器,主要适用于商业、办公建筑。辐射板的面板通常为铝板(也可为铁板),水路串联或者并联。金属辐射板一般安装在吊顶或者墙壁上,板面直接起到供冷和装饰的双重作用。安装于吊顶时,金属辐射板铺设在特质龙骨上,其本身不占用额外的高度(见图1)。

图1 金属辐射板吊装示意

图1 金属辐射板吊装示意

 

毛细管是直径小(外径一般为3.5~5.0mm)、间距小(一般为10~40mm)的密布细管,两端与分、集水联箱相连,形成“冷网格”结构。这一结构一般安装在房间吊顶或者墙壁内,在栅格表面喷涂液体石膏。毛细管顶装时可以直接固定在结构楼板上,但是此种方式因为存在户间传热和结露的隐患,所以一般选择固定在石膏板上的方式(见图2)。毛细管网对于屋顶造型没有特殊要求,但自身供冷能力有限,所以一般适用于住宅、办公室或者人员密度相对不大的场所。

图2 毛细管顶铺示意

图2 毛细管顶铺示意

 

1-垫木;2-龙骨;3-灯;4-毛细管;5-毛细管网集管;6-供(回)水管;7-石膏板或木工板;8-石膏线条

冷梁是与干工况风机盘管机组相类似的一种诱导式末端装置,依据是否有室外空气供给,可以分为主动式、被动式两种形式。主动式冷梁是指空气循环动力由外部强制送风供给,在冷梁内部形成空气诱导过程,利用强制对流造成空气与盘管间传热的设备(见图3)。被动式冷梁主要靠自然对流来使气流通过盘管,需要一个单独的系统进行通风和除湿。被动式冷梁只适用于供冷的建筑,主动式冷梁对一般建筑均适用且体积小、结构紧凑,可显著节省建筑空间,尤其在竖向上。

图3 冷梁工作原理示意

图3 冷梁工作原理示意

 

2.2 置换通风系统

置换通风是指室外新鲜空气经过处理,通过室内底部的送风口低速送入室内,空气沿着地面蔓延,形成“新风湖”,依靠自身浮力缓慢上移,又受室内顶部热源的影响,形成紊流,再通过上部的排风口排出室外。这种下送上排的方式形成了良好的气流组织,通风效率接近100%。为节约层高,新风分配器与各新风口采用扁风管(厚度一般为50mm,加保温)连接,且均埋于地板下或瓷砖下。以瓷砖铺装面为例,最终地面完成面一般为结构楼板以上70~80mm。

3 不同空调系统对室内层高影响的案例分析

辐射加新风系统因其高舒适性被陆续应用于高端商业办公建筑、政府办公楼、医疗建筑和别墅中。由于高端商用办公楼对空调出风速度及气流组织的要求较高,同时为追求与装修效果的匹配,通常会采用全空气空调系统。下文以某高端办公楼为例,分析全空气系统及辐射加新风系统两种设计方案在商务办公楼中的应用及其对层高的影响。

3.1 全空气系统

该办公楼标准层有左右2个设备机房,当使用全空气系统时,根据负荷计算,按要求在2个机房各放了1台18 000m3风量的空气处理机组,分别负担办公室1、2和办公室3、4的冷负荷。

由于走道空间限制,2个机组的主风管直接通入办公室内,主风管尺寸为1 250mm×250mm。因此,从楼板结构梁到地面结构层,影响层高的主要设备设施有风管、风管下法兰(风管上法兰设置在结构梁内)、轻钢龙骨石膏板吊顶、吊顶抹灰层、普通地面铺装等,整体占据402~435mm的高度,具体尺寸如表1所示。

表1 全空气系统主要占高设备设施   

表1 全空气系统主要占高设备设施

3.2 辐射加新风系统

3.2.1 使用冷梁辅助供冷

该办公楼为全玻璃幕墙设计,室内靠外墙一侧的冷负荷相对较大,因此设计辐射加新风系统时,除了铺设金属辐射板或毛细管,考虑到室内舒适度的问题,靠外墙一侧采用主动式冷梁辅助供冷,且其一次送风与二次回风的工况和地送新风共同组成室内的置换通风系统。选用的冷梁厚度为210mm,可安装在结构梁窝内。

选用的2台三恒新风一体机风量均为6 500m3,分别负担办公室1、3和办公室2、4的负荷。由于空调系统不同且设计的空调分区不同,辐射加新风系统中的设计风速远小于全空气系统,因此主风管尺寸(1 000mm×320mm)与全空气系统相差不大。走廊有足够空间铺设主管,进入办公室内的支管尺寸最大为630mm×200mm,成为影响室内高度的最不利因素。

将金属辐射板铺设在特质龙骨上,不额外占用高度;特质龙骨的承重能力和吊装高度有限,因此特质龙骨可以吊装在轻钢龙骨下,图3为冷梁加金属辐射板吊装的示意。地送扁风管(50mm厚,含保温)埋在混凝土层内,几乎不占高度。所以从楼板结构梁到地面结构层,影响室内层高的主要设施为风管、风管下法兰、轻钢龙骨、特质龙骨及配件、地埋风管及铺装面等,整体占据510~520mm的高度。

在辐射加新风系统中,当配合使用冷梁时,顶层需要铺设风盘、风管及其配件,成为占用层高的主要不利因素。当冷梁配合金属辐射板使用时,系统占用的层高比全空气系统多,而当冷梁配合毛细管时,由于毛细管贴附石膏板安装,没有额外的配件,占高较少,系统占用的层高比全空气系统少8~28mm,没有明显优势。

3.2.2 不使用冷梁辅助供冷

当铺设的金属辐射板或者毛细管足够承担室内冷负荷,不需要冷梁辅助制冷的情况下(例如墙面增铺辐射末端),室内顶部就没有风盘、风管及其配件,辐射加新风系统占用的层高明显比全空气系统少。金属辐射板系统仅占用270~290mm的层高,比全空气系统节省层高132~145mm;毛细管系统仅占用154~177mm的层高,比全空气系统节省层高248~258mm。

4 结语

在科技高速发展的现代社会,辐射加新风系统不断更新和优化。结合建筑结构的设计,一些特殊材料的辐射模块可预埋在隔墙内,解决了普通辐射末端供冷不足、需要冷梁辅助供冷的问题。总体而言,在满足室内环境比较优良、人体舒适度要求较高的前提下,全空气系统的大风管及其相关部件占用40~44cm的高度。辐射加新风系统的特殊辐射末端加地送风模式,仅占用15~29cm的高度,相比而言,一层楼节省15~25cm的高度,对于1幢20层高的大楼来说,则节省了3~5m的高度,相当于一层楼的高度,大大节约了空间、资源和成本,符合绿色发展趋势。

 

 

参考文献[1]范朋丹.空调风系统群智能控制方法研究与应用[D].大连:大连理工大学,2019.

[2]向璐.毛细管顶板辐射与置换通风复合空调系统作用下室内热环境的数值研究[D].兰州:兰州理工大学,2017.

[3]宁柏松.辐射供冷系统换热性能及冷负荷计算方法研究[D].长沙:湖南大学,2017.
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