曹旭明
(北京城建安装集团有限公司北京100085)
摘要：本文结合国家博物馆工程的特殊性，分析了地板辐射空调系统在高大空间应用的要点，探讨了地板辐射空调系统在设计、施工等方面的特征，为今后类似工程提供工程实例借鉴经验。
关键词：国家博物馆地板辐射空调系统深化设计施工技术质量控制
中图分类号：TB494文章编号：1002-3607 (2016) 03-0033-05
1引言
国家博物馆位于天安门广场东侧，利用原有中国革命博物馆的原址，改扩建成为新的中国国家博物馆。总建筑面积为1 91900m2。其中保留老建筑物中西、北、南三段进行改造，老馆建筑面积约为35000m2；新馆建筑面积为1 570002。建筑总高44.75m。该建筑地下二层，地上五层，结构型式为钢筋混凝土框架简体结构。
新的国家博物馆，其建筑空间形式丰富，内部功能复杂多样，使得室内空气环境要求多样、严格、苛刻，因此空调系统的形式从设计上必须结合室内环境参数的控制、气流组织、温度场、节能、运营时内部功能的变换及博物馆特殊性等诸多因素考虑空调系统的系统形式。
中国国家博物馆入口大厅是展现博物馆特色的多功能大厅，其空调系统采用了超大面积的“地板辐射空调系统”，辅助“分层空调系统”解决了高大空间空调区域的冷、热负荷，温度梯度、人体舒适、降低噪音、特色装修等问题，同时在不增加空调系统冷负荷的条件下，消除顶部余热。结合下送风的系统，阻止热湿空气与夏季地板直接接触，降低夏季地板表面的露点温度。“地板辐射空调系统”深化设计时以冬、夏季水量一致，使用同一套循环水泵为原则，在此基础上计算确定水盘管的规格型号，供回水水温、水盘管间距和供冷供热能力，系统采用了地面表面温度和室内空气露点温度控制的双重防结露保护措施。通过施工，总结了“地板辐射空调系统”施工的工序安排、工艺技术措施，并重点阐述了施工中盘管敷设基础的测量验收、绝热层铺设、分集水器的设置安装、水盘管环路铺设安装、强度及严密性试验，施工中的成品保护及质量控制等。通过系统调试满足了设计功能参数的要求。
2 国家博物馆地板辐射空调系统特征分析
2.1入口大厅空调系统形式设计分析
国家博物馆入口大厅空间大、高度高、大厅建筑室内净空高度近30m，易形成温度梯度，居留区人均占有空间体积大。若采用全空间、全空气空调系统，暖通空调热冷负荷很
大，且大厅防噪声要求高，不宜使用射流风口。设计单位通过CFD对大厅进行的温度模拟得知，竖向温度梯度达到12℃。为了减小空调运行能耗，大厅区域采取了分层空调与地板盘管辐射空调相结合的方式，所有空调装置和送回风的气流组织都在距离地面6m高的范围内。为避免夏季地板出现结露，将地板水盘管空调系统与下送风相结合，经过冷却除湿的空气下送风，阻止热湿空气与夏季地板直接接触，降低夏季地板表面的露点温度。保证足够低的供水温度，提高地板水盘管供冷能力。夏季当顶部区域的空气温度高于室外通风温度时，利用屋顶的自动窗实现自然通风或利用与消防合用的风机实现机械通风，从而在不增加空调系统冷负荷的条件下，消除顶部余热。由于靠近地面能够设置风口的位置非常有限，且无法与大厅装修装饰协调，所以部分负荷由地板盘管系统承担。
2.2 地板辐射空调系统分布概况及特征
国家博物馆地板辐射空调系统主要分布在北馆入口大厅、新馆西入口、东入口大厅及馆内部分主通道，施工总面积10100m2。地板辐射空调系统为两管制冷热水冷暖型系统，热源由市政高温热水集中提供。在-12.8m标高层设置集中热交换站经换热器制备冬季地板空调供暖所需的热水。冷源由冷水机组和蓄冰冷源提供，在制冷机房设置一套热交换系统，为夏季入口大厅地板空调提供空调冷水。在分集水器前主管上采用冬夏转换阀在换季时进行切换。
2.3地板辐射空调系统施工深化设计
地板冷热盘管的设计首先以保证夏季地板表面不结露为原则，同时兼顾冬、夏季水量一致以便于利用同一套循环水泵，在此基础上计算确定水温、水盘管间距和供冷供热能力。作为室内外过渡的入口大厅，夏季的室内设计参数为干球温度28℃，相对湿度不大于65%。为安全起见，要求地板表面温度高于露点温度(20.8℃)2℃以上，即地板表面温度不低于22.8℃。选择不同的供回水温度及管道间距进行试算。
夏季地板辐射供冷计算参数见表1计算结果见表2。
由此可以看出，当盘管间距为20cm时，地板表面温度满足比露点温度高2℃的要求，此时的供冷能力32.5W/m2作为地盘管系统设计采用数据，其余冷负荷则仍然需要由空气系统承担。
冬季地板辐射供暖计算参数见表3计算结果见表4。
以夏季计算的管径、间距、流量为前提，保证地表面温度不超过28℃，以各种供回水温度试算冬季供热情况，当供回水温度48℃/38℃时，供热能力为99.9W/m2，同时地板表面温度为272℃。由此确定地板辐射系统设计参数见表5。
2.4 地板辐射空调系统地面防结露控制分析
为了防止夏季地板结露，采用下送风用经过冷却除湿的空气，阻止热湿空气与地板直接接触，降低夏季地板表面的露点温度。同时设计采用了地板表面温度控制和室内空气露点控制的双重保护措施。即地板表面温度低于设定值时或空气相对湿度高于设定值时，意味着有结露风险，自动调整进水温度或停止地板盘管的冷水循环。
其控制原理是：中央控制器依据房间温度和湿度探头所测量的房间温度和相对湿度（可安装多个探头），依据最高的温度数值和最高的相对湿度数值，自动计算出露点温度。依据计算出的露点温度数值，发出信号至电动三通混水阀，调节三通混水阀的开度以使进水温度与露点温度相适应。保证地表面温度高于露点温度2℃至3℃，从而避免了结露现象的发生。
同时由于安装了地面温度探头，如果地面温度等于或低于露点温度，中央控制器将关闭所有回路上的热电阀停止冷水循环，从而保证地面温度高于露点温度。
3 国家博物馆地板辐射空调系统施工技术
3.1地板辐射盘管材料的选择
地板辐射空调系统盘管管道应根据系统工作温度、压力、建筑载荷、使用寿命、防水、防火及施工性能等要求，经综合比较后选定。经对比以往工程成功案例，设计选择了德国瑞
好公司生产的交联聚乙烯（PE-X a）阻氧管。该管在管道外壁增加了氧气阻隔层，避免氧气渗透致使系统中金属组件的氧腐蚀，同时交联聚乙烯管的抗蠕变性能好，寿命长、其施工环境可以低至零下20℃，便于冬季施工不受环境温度影响。
3.2地板辐射空调系统施工工艺
3.2.1 地板辐射空调系统施工工艺流程
施工准备→材料进场验收→地面基础验收→坐标测定及放线→安装分、集水器→固定边界保温带→铺设保温板→铺设铝箔反射层→铺设水盘管环路→套装保护管→盘管与分集水器连接→冲洗→次试压→绑扎钢筋→安设膨胀缝→配合回填细石混凝土-二次试压-系统调试→竣工验收
3.2.2 地板辐射空调系统主要施工方法及技术措施
(1)施工技术准备
熟悉施工图及技术要求，依据图纸、技术说明、施工验收规范和其他相关技术文件等做施工图深化设计。结合现场实际情况，注意施工图的设计深度和完整性，满足施工要求。
(2)材料进场验收
进场的各种设备、管材，管件及其它材料必须具备产品检验合格证及相应的产品性能检测报告。检查管材的管壁是否光滑平整，应无气泡、无裂口、无明显的划痕和凹陷；各类阀门进现场后应按验收规范要求进行抽查试压检验。并且及时做好状态标识和产品标识，其它材料应按有关的检查规定进行检查。
(3)基础验收及施工放线
地面基层应符合施工尺寸要求，放线前先将地面有明显凸凹不平的部位铲除并用水泥沙浆找平，清除地面的沙石碎块、钢筋等杂物，保证地面平整及标高要求。地面水平度为t 5mm，墙脚、柱脚与地面呈900直角。根据二次深化图纸的管线定位进行放线，确定管道穿越基础、沉降缝、墙板、楼板的预埋套管或预留孔洞的坐标位置，确定各个环路铺设的坐标。
(4)分、集水器安装
按照施工图核对分、集水器位置。本工程分、集水器全部水平安装，且高于地板水盘管并配置排气阀。分水器安装在上，集水器安装在下，中心距为200mm，集水器中心距地面不小于300mm。水盘管出地面至分、集水器连接处，弯管部分不露出地面装饰层。水盘管出地面至分、集水器下部球阀间的明装管段，外部加装塑料套管，套管高出装饰面150~ 200mm。分水器的总进水管上安装球阀、过滤器、压力表、温度计，在集水器总出水管上除安装压力表、温度计、球阀外还要安装平衡阀。阀门安装时应按图纸要求核对阀门的规格、型号及压力等级、安装位置、介质流向和安装高度。阀门应开启方便灵活，便于操作维修。压力表、温度计等仪表的型号、规格及安装位置应符合设计与验收规范的要求，并应便于观察检修。分、集水器安装（见图1）。
(5)固定边界保温带
在水盘管区域所有墙、柱与地板相交的位置敷设边界保温带（侧面绝热层），用高发泡聚乙烯泡沫塑料带采用搭接方式连接，搭接宽度不小于10mm。保温带厚度大于10mm，从辐射面绝热层上边缘做到填充层的上边缘，且与辐射面绝热层连接严密、固定可靠。
(6)铺设绝热层保温板
绝热保温板采用厚度为30mm的聚苯挤塑板。保温板容重大干等于30kg/m3，压缩强度大干200kPa。铺设绝热层对口接缝要平整、接缝处胶带粘接要严密。本工程地板下为车库，无潮气侵入，故不设防潮层。
(7)铺设铝箔反射层
铝箔反射层采用无纺布/PE真空镀铝聚脂薄膜，铺设时应整张平整粘贴在保温板上，不能有起泡、皱褶、破损现象，特别注意墙角处、伸缩缝和套管处的质量。铝箔表面应表明铝箔反射膜的坐标，铺设时除管道固定在反射层上的塑料卡钉穿越外，不得有其他破坏。
(8)地板水盘管辐射空调系统的布管方式
根据现场实际尺寸，大空间门厅对温度分布的要求，按管间距200mm合理布排管道，本工程采用回字形排管方式，局部尺寸受限制时采用蛇形排管方式（见图2）。
(9)水盘管的配管和敷设
按照二次深化设计图纸进行放线配管（见图3），地辐盘管安装时应禁止管道发生“拧劲”及“打折”现象，弯曲管道时圆弧的顶部应加以限制，防止出现“死折”；盘管弯曲半径不能小于管子外径的8倍且不大于管子外径的1 1倍，方法是将弯管弹簧塞入管道，送至弯曲处，如弹簧长度不够，可接驳钢丝加长，在该处用手加力缓慢弯曲，成型后抽出弹簧。采用专用工具断管，断口应平整，断面应垂直于管轴线。用卡钉将水盘管固定在绝热反射层表面，盘管铺设间距误差应小于10mm，卡钉固定的间距直管段不应大于700mm，弯曲管段不应大于300mm。所有沿外墙窗处敷设的管段均按照图纸标注尺寸加密敷设。安装过程中，应防止油漆、沥青或其他化学溶剂污染管道；应及时封堵管道系统安装间断或完毕的敞口处。按设计环路连接分、集水器的上、下管口。
( 10)安装套装保护管
管道密集较大处容易形成局部地面温度过高或过冷，当管间距小于100mm时设置柔性套管，同时在水盘管始末端的适当距离内加保护套管。水盘管的环路布置不宜穿越填充层的伸缩缝，必须穿越时，伸缩缝处应设长度不小于200mm的柔性套管（见图4）。
( 11)冲洗
系统循环水冲洗应在分、集水器以外主供、回水管道冲洗合格后，再进行室内地板辐射系统的冲洗。首先，关闭分、集水器上的阀门，并开启总进出水管上的旁通阀，对分、集水器以外主供回水管路系统进行冲洗。第二步，对设置在各区域的分集水器的每一通路逐一进行冲洗，至出水清净为止。系统循环冲洗时，应及时做好管道巡回检查、清通工作，排放水应排至室外安全处或室内地沟和集水井。当系统循环清洗合格后，及时将系统进满水，放尽各管路系统及设备内的空气。
( 12)水压试验
试压时应按施工进程分区、段进行。试压前被试压管道应施工完毕、管道、阀门等附件安装经系统完整性检查符合规范验收要求。试压施工方案已审批，试压准备及管道冲洗
已完成。压力试验应以每组分、集水器为单位，逐回路进行。经分水器缓慢注水，同时将管道内空气排出。充满水后进行水密性检查，手动泵缓慢升压。升压过程中要随时检查有无渗
漏。压力试验应该分两次进行，分别为浇筑混凝土填充层之前和填充层养护期满后，特别是后一次不允许草率省略。一次水压试验的试验压力为0.9MPa即工作压力的1.5倍；在试验压力下，稳压1h，观察其压力降，若压降不大于0.05MPa，且不渗不漏则为合格。冬季进行水压试验时，应采取可靠的防冻措施，试压完成后应及时将管内的水吹净防止冻结。
( 13)伸缩缝设置
当地面面积超过30m2或边长超过6m时设置伸缩缝，伸缩缝在填充层浇筑时预设宽度为10mm的木板条，养护7d且抗压强度达到5MPa后取出木条，伸缩缝应从绝热层上边缘做到填充层上缘。在伸缩缝槽内满填弹性膨胀膏。与墙、柱的交接处应填充厚度≥10mm的软质闭孔泡沫塑料。
(14)混凝土填充层的浇筑和养护
在试压合格且隐蔽工程验收后绑扎钢筋，进行卵石砼填充层浇筑。标号应不小于C15，卵石粒径不大于12mm，并掺入适量的防止龟裂的添加剂。填充混凝土时，避免砂浆进入绝热层及边界保温带的接缝处。铺平、压实混凝土同时保证管道系统扣紧不移动，浇筑过程中管道内水压不低于0.6MPa。填充层内的水盘管不应有接头，填充层的养护周期不小于21d。养护过程中系统应保持不小于0.4MPa的压力。
( 15)二次试压
待混凝土填充层养护期满之后，应对水盘管环路进行二次试压，试验压力0.9MPa，稳压1小时，压降不大于0.05MPa，且不渗不漏则为合格。
3.3地板辐射空调系统调试
调试在养护期满后，且具备正常供暖供冷和供电条件下进行。调试时，检查相关水源、电源及阀门正常开启或关闭，检查水压是否正常。
本工程系统调试应分为冬季供暖期调试，及夏季供冷期调试两步进行。
(1)供暖调试时，初次供暖应缓慢升温，先将水温控制在高于室内空气温度10℃左右，且不高于32℃，运行48h，以后每隔24h升高3℃，直至达到设计供水温度。调试过程应持续在设计水温条件下连续供暖24h．并调节每一通路水温达到设计要求。
(2)初始供冷调试应在新风系统调试合格后进行，调试供冷应缓慢降温，先供应25℃ - 30℃冷水，24h后逐步降温，每12h降温1℃，直至达到设计水温（控制在高于室内空气露点温度2℃以上）。达到设计供水温度后应再运行24h．并调节每一通路水温达到设计温度。
(3)性能参数的检测
辐射供暖供冷系统调试完成后，要对系统主要性能参数进行检测。
辐射体表面平均温度要满足设计和规范要求，检测时温度计与辐射地表面紧密粘贴，测点不少于5对，其中一半测点沿着热媒流程均匀设置在辐射管地面上方，另一半沿热媒流程均匀布置在辐射管之间地面上方，取各点算术平均值；室内空气温度要满足设计要求，辐射供暖检测时以房间中央距地0.75m处作为空气温度评价依据，辐射供冷检测时以房间中央距地1.1m处作为空气温度评价依据；在各组分、集水器进出口管道上布置水温测点，测量辐射供暖供冷系统进出口水温及温差，要满足设计要求。4 地板辐射空调系统施工中注意的问题
4.1施工深化设计中注意的问题
(1)地板辐射空调系统供暖时供水温度不应大于60℃，供回水温差不大于1 0℃且不小于5℃；供冷时保证供冷面高于室内空气露点温度1 ℃- 2℃，供回水温差不大于5℃且不小于2℃。
(2)每组分水器、集水器的分支环路不宜多于8路，各环路管道长度宜接近以保证水力平衡，且各环路长度不超过120m。
(3)靠近窗门处、外墙处水盘管排管适当加密集。
(4)地板水盘管采用回字形排管方式均匀排布，局部受限制时采用蛇形排管方式，满足排管计算间距( 200mm)要求。
4.2施工中注意的问题
(1)交联聚乙烯（PE-×a）盘管进场验收后要专门场地保管，应防止油漆、沥青或其他化学溶剂污染管道，贮存在干燥、避免阳光暴晒及高温物体旁。
(2)地板水盘管环路中不应有接头，铺设时管材出现损坏、泄露等现象时应整根更换，不得拼接使用。
(3)地板水盘管敷设不得与其它水、电管线等敷设在同一构造层内，且必须在室内结构装修及所有水电管线安装完毕后施工，确保地板水盘管安装后在地面上不再凿洞等施工。
(4)混凝土填充层施工时，水盘管内的水压保持不低于0.6MPa。填充层养护过程中，系统水压不低于0.4MPa。过程中及时观察压力表读数，发现异常及时解决。
(5)在混凝土填充层养护期满之后，敷设水盘管的地面，应设置明显标志，加以妥善保护，严禁在地面上运行重荷载（2t/m2以上）或放置高温物体。
(6)在调试时，严禁把供热、冷温度直接升、降到设计温度。以免地板面层产生龟裂和结露的危险。
(7)辐射体地表面平均温度测量时，在水盘管排管时提前设计测点，从填充层、面层，逐层按坐标引测并标注。
5结论
国家博物馆入口大厅采用地板辐射空调系统结合分层空调，成功实现了大空间、特殊功能的建筑物空调系统功能的要求，满足建筑大厅空调系统的节能、舒适、安全等空气调节的各项功能，在合理设计的同时，施工中采取严谨的施工工序、科学的技术保证措施，关键的质量控制点，并在调试中实现设计功能，经过调试及两个冬夏空调季节的运行验证，系统运行的各项功能满足设计要求。
