毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性分析

摘要本文介紹了毛細(xì)管平面輻射空調(diào)技術(shù)節(jié)能性能，運(yùn)用“火用”分析方法對(duì)其和風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)供冷進(jìn)行節(jié)能比較，希望能對(duì)該技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用和研究提供一點(diǎn)幫助。該系統(tǒng)一般由毛細(xì)管輻射供冷(熱)末端、獨(dú)立新風(fēng)和冷熱源三部分組成，其中末端系統(tǒng)由溫控調(diào)節(jié)裝置及毛細(xì)管網(wǎng)組成，以水作為介質(zhì)輸送冷(熱)量， 以輻射方式為主輔以對(duì)流換熱實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)室溫，由于毛細(xì)管席換熱面積大，傳熱速度快，因此傳熱效率更高。

關(guān)鍵詞毛細(xì)管平面輻射空調(diào);節(jié)能性;火 用

中圖分類號(hào)TU831.39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2009)121-0042-01

毛細(xì)管平面輻射空調(diào)技術(shù)20世紀(jì)70年代起源于歐洲，德國(guó)科學(xué)家根據(jù)仿生學(xué)原理提出的一種新型空調(diào)末端形式，它是通過(guò)模擬植物葉脈和人體毛細(xì)血管機(jī)制，其原理是通過(guò)毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)的液體來(lái)調(diào)節(jié)自身溫度，也就是通過(guò)毛細(xì)管內(nèi)的液體來(lái)達(dá)到與周圍環(huán)境的熱平衡。是輻射供冷的第三代(第一代是混凝土樓板埋管式。第二代是金屬吊頂輻射式)。它用塑料制成直徑小(外徑2-5mm)、間距小(8-10mm)的密布細(xì)管，頂端連接分水或集水聯(lián)箱(外徑20mm，壁厚2mm 或2.3mm的供、回水主干管)構(gòu)成管網(wǎng)。

該系統(tǒng)一般由毛細(xì)管輻射供冷(熱)末端、獨(dú)立新風(fēng)和冷熱源三部分組成，其中末端系統(tǒng)由溫控調(diào)節(jié)裝置及毛細(xì)管網(wǎng)組成，以水作為介質(zhì)輸送冷(熱)量， 以輻射方式為主輔以對(duì)流換熱實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)室溫，由于毛細(xì)管席換熱面積大，傳熱速度快，因此傳熱效率更高。夏季毛細(xì)管供給18℃-21℃冷水，冬季毛細(xì)管供給28℃-32℃熱水，進(jìn)出口溫差為2-3℃。該系統(tǒng)具有極佳的熱舒適性，并可利用可再生能源做熱源，能耗和運(yùn)行費(fèi)用低，實(shí)現(xiàn)了夏季供冷與冬季供熱共同采用一套末端， 是目前最高端的供冷(暖)技術(shù)，代表著未來(lái)空調(diào)技術(shù)的主流方向。

1毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性表現(xiàn)

1.1室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度低

風(fēng)機(jī)盤管利用對(duì)流的熱傳遞形式達(dá)到采暖和供冷的目的，毛細(xì)管網(wǎng)主要利用熱輻射的形式進(jìn)行采暖和供冷，二者有著本質(zhì)的區(qū)別。在輻射換熱作用下，人體的實(shí)感溫度會(huì)比室內(nèi)空氣溫度約低1.6℃(供冷)或高1.6℃(采暖)，因此在相同的熱感覺(jué)下與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，采用毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度在夏季約高1.6℃，冬季約低1.6℃，從而減少了計(jì)算負(fù)荷，節(jié)約能耗，達(dá)到同樣的熱舒適性，即以輻射方式供冷熱為主的毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)更節(jié)能。

1.2熱泵機(jī)組效率提升

風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)是溫度和濕度混合處理系統(tǒng)，對(duì)于“溫度”的的處理方法是:夏季采用7℃冷水降溫，冬季利用55℃或更高溫度熱水加溫，毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)是溫度和濕度分開(kāi)處理，對(duì)于溫度的處理方式:夏季18℃高溫冷水降溫，冬季35℃冷水采暖，毛細(xì)管網(wǎng)末端對(duì)于溫度的要求使得熱泵機(jī)組的效率(COP)大大提升(可提升至6)，系統(tǒng)節(jié)能性顯著提高。

1.3低品位能源利用率高

毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于溫度的處理(夏季18℃高溫冷水供冷，冬季35℃冷水供暖)的特性，可有效利用低品位能源， 相比傳統(tǒng)空氣系統(tǒng)節(jié)省輸配能耗，更為直接利用可再生能源提供了便利條件，一般地下80米深處的溫度16-20℃左右，而自然界中更有很多可直接利用的可再生能源如各種工業(yè)余熱、太陽(yáng)能、天然溫泉水或其它低溫能源可以開(kāi)發(fā)、利用。

1.4熱效率得到提高

毛細(xì)管網(wǎng)有極大的散熱表面積，毛細(xì)管平面承擔(dān)大部分的冷負(fù)荷，只需要處理少量新風(fēng)，相對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)有較高夏季供水溫度和相對(duì)較低的冬季供水溫度，送風(fēng)量減小帶來(lái)動(dòng)力消耗的降低，可節(jié)省大量能源，與地源/ 水源熱泵結(jié)合使用可以達(dá)到最高熱效率，全年運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)中央空調(diào)節(jié)能70% 以上。

1.5蓄冷/蓄熱能力強(qiáng)

由于輻射制冷冷效應(yīng)快、受熱緩慢的特點(diǎn)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地面和環(huán)境中的設(shè)備表面吸收輻射冷量，形成天然冷體，在系統(tǒng)關(guān)閉或停電等狀態(tài)下的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)溫度都不會(huì)升高(夏季)或降低(冬季)，可以平緩和轉(zhuǎn)移冷負(fù)荷的波峰值出現(xiàn)的時(shí)間。

1.6綠色環(huán)保

系統(tǒng)封閉運(yùn)行， 不產(chǎn)生廢水廢氣污染，原料衛(wèi)生無(wú)毒，可以回收再循環(huán)使用，空氣不對(duì)流，無(wú)塵降噪。

2在節(jié)能分析中“火用”分析的應(yīng)用

把能量的“量”和“質(zhì)”結(jié)合起來(lái)評(píng)價(jià)能量的價(jià)值火 用 就是能量可用性、可用能、有效能的統(tǒng)稱。本文針對(duì)夏季供冷工況下，采用“火用”分析方法對(duì)毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)盤管供冷進(jìn)行節(jié)能比較研究，以揭示其內(nèi)在的節(jié)能性。

由熱力學(xué)原理可知:穩(wěn)定流動(dòng)的開(kāi)口系統(tǒng)從進(jìn)口狀態(tài)經(jīng)過(guò)可逆過(guò)程變化到環(huán)境狀態(tài)可能作出的最大有用功(即工質(zhì))，對(duì)流過(guò)的1kg工質(zhì)而言為:

式中:——工質(zhì)火用(焓火用)， ;

——工質(zhì)的最大有用功， ;

——工質(zhì)的進(jìn)口焓值， ;

——工質(zhì)在環(huán)境狀態(tài)下的焓值， ;

——工質(zhì)的進(jìn)口熵值，;

——工質(zhì)在環(huán)境狀態(tài)下的熵值， ;

——環(huán)境溫度，K;

——工質(zhì)進(jìn)口溫度，K;

——定壓比熱，;

毛細(xì)管頂板空調(diào)系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)均為穩(wěn)定流動(dòng)的開(kāi)口系統(tǒng)。在文中采取風(fēng)機(jī)盤管供回水溫度7℃/12℃、毛細(xì)管輻射平面供回水溫度為 19℃/22℃為例計(jì)算兩個(gè)系統(tǒng)的火用效率，假設(shè)環(huán)境溫度為28℃，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)內(nèi)水的質(zhì)量流量為 ，毛細(xì)管輻射平面空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)水的質(zhì)量流量為 。

供水溫度19℃的工質(zhì)焓火用為:

19=4.19x(19-28)+(273+28)x4.19xln(28+273)/(19+273)=0.58

回水溫度22℃的工質(zhì)焓火用為:

22=4.19x(22-28)+(273+28)x4.19xln(28+273)/(22+273)=0.25

供水溫度7℃的工質(zhì)焓火用為:

7=4.19x(7-28)+(273+28)x4.19xln(28+273)/(7+273)=3.22

回水溫度12℃的工質(zhì)焓火用為:

12=4.19x(12-28)+(273+28)x4.19xln(28+273)/(12+273)=1.85

室內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度的降低使平均輻射溫度和作用溫度降低，從而可以提高室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，在相同的舒適度情況下，要比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省能量，在此取兩種系統(tǒng)的單位面積冷負(fù)荷相等，則系統(tǒng)的工質(zhì)質(zhì)量流量可按式 求得:

兩種的工質(zhì)水的質(zhì)量流量之比為: / =△to/△tm=5/3

對(duì)7/12℃的風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)，其單位空調(diào)面積單位時(shí)間消耗的焓火用為:

△Eo= (7- 12)=(3.22-1.85)=1.37

對(duì)19/22℃的毛細(xì)管頂板空調(diào)系統(tǒng)，其單位空調(diào)面積單位時(shí)間消耗的焓火用為:

△Em= (19- 22)= ( 0.58-0.25)=0.33

故達(dá)到相同的制冷效果，毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)比風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)可節(jié)能百分?jǐn)?shù)為的節(jié)能百分比為:

η=(△Eo-△Em)/ △Eox100%=(1.37 -0.33 )/1.37 x100%=60%

可以看出，毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)在綜合考慮冷源的基礎(chǔ)上，是一種很理想的制冷方式，也是一種節(jié)能效果好的制冷方式，與風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)相比可節(jié)能60%。

3小結(jié)

本章首先簡(jiǎn)要介紹了毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)基本情況，表述了節(jié)能情況，采用“火用”分析方法對(duì)毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)供冷進(jìn)行節(jié)能比較研究，得出了毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)相比可節(jié)能60%的結(jié)論，隨著人們對(duì)舒適性要求的提高和綠色節(jié)能建筑的發(fā)展，其必將得到廣范發(fā)展。

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