毛細(xì)管網(wǎng)低溫輻射空調(diào)模塊墻研究★

周健 鄒亞

(南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇南京 211100)

由于經(jīng)濟(jì)水平的逐步提高，越來越多的人將精力投入到生活品質(zhì)的追求中，自然對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的舒適度提出了更高的要求，因此，空調(diào)采暖系統(tǒng)的安裝使用越來越普遍。然而常規(guī)空調(diào)和采暖系統(tǒng)不僅能耗高，而且對(duì)環(huán)境的負(fù)影響較大，均需占據(jù)一定的室內(nèi)利用空間，給室內(nèi)布置帶來不必要的麻煩。大面積、高密度的空調(diào)使用還會(huì)對(duì)室外環(huán)境造成惡劣影響，造成城市熱島。此外，長時(shí)間待在空調(diào)房中會(huì)對(duì)人體機(jī)能帶來負(fù)面影響，可以說常規(guī)空調(diào)的使用具有很大的弊端，因此尋找新式的能耗更低、更環(huán)保的空調(diào)采暖系統(tǒng)是未來可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。目前已研究出的新式環(huán)?？照{(diào)采暖設(shè)備有太陽能熱水系統(tǒng)、空氣源熱泵系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)、水源熱泵系統(tǒng)等，然而這些系統(tǒng)如何與建筑有機(jī)結(jié)合，空調(diào)采暖系統(tǒng)的空氣調(diào)節(jié)終端最有利形式是怎樣的這些問題還需要進(jìn)一步的研究和探索。

現(xiàn)在運(yùn)用較廣泛的空氣調(diào)節(jié)終端的形式有:風(fēng)機(jī)、散熱片(見表1)。這幾種空氣調(diào)節(jié)終端都有一定的局限性。

表1 空氣調(diào)節(jié)終端局限性

如何解決現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)終端的各種弊端是當(dāng)前低能耗建筑研究的前沿領(lǐng)域。經(jīng)過我們的調(diào)研考察，決定以形式結(jié)構(gòu)較為規(guī)整單一的高校宿舍為研究對(duì)象。經(jīng)過初步研究，我們認(rèn)為，人體表皮有很好的溫度調(diào)節(jié)能力，而這種調(diào)節(jié)能力主要依賴于表皮下的毛細(xì)血管網(wǎng)，因此我們希望通過深入研究人體表皮下的毛細(xì)血管網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)，嘗試模擬人體毛細(xì)血管網(wǎng)的這種組織結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)一種適用于大多數(shù)新式環(huán)?？照{(diào)采暖系統(tǒng)的空氣調(diào)節(jié)終端——毛細(xì)管網(wǎng)低溫輻射空調(diào)模塊墻。如圖1所示，該模塊墻尺寸為900 mm×600 mm×50 mm，構(gòu)造層次依次為:飾面板、連接支柱、PE-RT管(直列型)、焊接鋼絲網(wǎng)、鋁箔反射膜、保溫層和結(jié)構(gòu)層。這種終端不僅熱轉(zhuǎn)換率較高，室內(nèi)熱舒適度好，而且可以與建筑墻體緊密結(jié)合不占據(jù)室內(nèi)空間，符合建筑模數(shù)制的要求，利于已建建筑的后期改造和工業(yè)化生產(chǎn)，安裝方便。

今年年初，我們對(duì)南京市江寧大學(xué)城的南京工程學(xué)院宿舍單元進(jìn)行了為期3 d的1∶1試驗(yàn)，選擇了 d×l×h=3.3×3.9×3.0的兩間北向宿舍進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，一間無任何采暖設(shè)備，另一間安放若干模塊墻，利用熱水作為熱媒進(jìn)行運(yùn)作，每隔1 h量取一次兩者的溫度進(jìn)行記錄，測試當(dāng)達(dá)到人體舒適溫度時(shí)所用模塊墻的數(shù)量。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖2～圖4所示(實(shí)驗(yàn)證明最高效的是使用2塊～3塊模塊墻，圖2～圖4為使用2塊模塊墻的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))。

圖1 毛細(xì)管網(wǎng)低溫輻射空調(diào)模塊墻

圖2 室外溫濕度變化

圖3 室內(nèi)溫度變化

圖4 熱水溫度變化

我們利用綠色建筑分析軟件Ecotect對(duì)使用空調(diào)采暖系統(tǒng)和毛細(xì)管網(wǎng)采暖系統(tǒng)的建筑單元進(jìn)行了模擬分析:

1)逐月能耗/不舒適度分析見圖5～圖8。由軟件模擬提供的數(shù)據(jù)可以看出，無論是全年總能耗，還是各月能耗對(duì)比，除個(gè)別月份毛細(xì)管網(wǎng)設(shè)備能耗略高于空調(diào)能耗外，毛細(xì)管網(wǎng)設(shè)備在節(jié)約能耗方面占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢。此外，由各月份能耗對(duì)比可看出，在冬季采暖方面，毛細(xì)管網(wǎng)的節(jié)能效益尤為突出。

圖5 空調(diào)采暖系統(tǒng)各月能耗柱狀圖

圖6 毛細(xì)管網(wǎng)采暖系統(tǒng)各月能耗柱狀圖

圖7 空調(diào)采暖系統(tǒng)與毛細(xì)管網(wǎng)采暖系統(tǒng)總能耗對(duì)比

圖8 各月份能耗對(duì)比

2)逐時(shí)得熱分析。由逐時(shí)得熱分析圖，從“1”HVAC(空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷)來看，空調(diào)系統(tǒng)較毛細(xì)管網(wǎng)設(shè)備能耗負(fù)荷約高37%，從“4”VENT.(冷風(fēng)滲透失熱)來看，空調(diào)系統(tǒng)冷風(fēng)滲透失熱高于毛細(xì)管網(wǎng)設(shè)備約40.9%(見圖9，圖10)。

圖9 逐時(shí)得熱分析圖

3)溫度分布分析圖。由圖11可知，采用毛細(xì)管網(wǎng)設(shè)備的室內(nèi)過低溫度比例較低，雖然過高溫度略高，但所占比例卻很小，因此舒適溫度比例就相對(duì)較高。

圖10 逐時(shí)得熱/失熱分析圖

圖11 溫度分布分析圖

由以上實(shí)驗(yàn)及分析可知，毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)模塊墻系統(tǒng)較普通空調(diào)系統(tǒng)具有能耗低，熱舒適度良好等優(yōu)勢，較其他需要首次施工即進(jìn)行鋪設(shè)的采暖系統(tǒng)又具有免去二次施工的優(yōu)點(diǎn)，且盡少占有室內(nèi)空間，有利于學(xué)生公寓及其他住宅和公共建筑的建設(shè)和改造。

該項(xiàng)目立足于仿生學(xué)原理，以人體表皮組織結(jié)構(gòu)及毛細(xì)血管網(wǎng)為研究對(duì)象，研究人體表皮以及皮下血管在維持人體恒溫上的組織機(jī)理，及毛細(xì)血管網(wǎng)所采用的分布規(guī)律、運(yùn)作機(jī)理等等，在了解相關(guān)原理的基礎(chǔ)上，將其進(jìn)行總結(jié)和模仿，將建筑墻體類比為人體表皮，提出滿足室內(nèi)熱環(huán)境舒適度的毛細(xì)管網(wǎng)模型，并通過實(shí)驗(yàn)分析與模擬，設(shè)計(jì)出比例結(jié)構(gòu)適用的管網(wǎng)單元體，進(jìn)行組合安裝，用于實(shí)際運(yùn)用，滿足不同類型建筑既舒適又節(jié)能的需求。

該項(xiàng)目一改外圍護(hù)構(gòu)件擔(dān)任的保溫隔熱等基礎(chǔ)作用的角色，革命性的擴(kuò)充其內(nèi)涵，使其充當(dāng)熱媒的發(fā)散體和保存體，并與清潔能源的利用相結(jié)合，給予人們生產(chǎn)生活時(shí)最安全、最經(jīng)濟(jì)、最舒適的溫度保障，并能在此基礎(chǔ)上使其滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

［1］侯兆川.毛細(xì)管網(wǎng)生物地板供暖技術(shù)——毛細(xì)管網(wǎng)平面輻射空調(diào)技術(shù)之一［J］.供熱制冷，2012(8):11-13.

［2］張 洋，鄭英姿，韓東太.毛細(xì)管網(wǎng)熱泵集中空調(diào)系統(tǒng)夏季應(yīng)用實(shí)例分析［J］.暖通空調(diào)，2011，41(10):73-74.

［3］金梧鳳，余銘錫，金光禹.毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)供冷性能的實(shí)驗(yàn)研究［J］.暖通空調(diào)，2010，40(9):128-130.