淺析毛細管輻射系統(tǒng)與建筑中水利用結(jié)合的節(jié)能應(yīng)用

余洪浪 王令 胥海倫 劉東

摘 要：毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)是溫濕度獨立控制的新型空調(diào)技術(shù)，相比于傳統(tǒng)空調(diào)，毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)具有節(jié)能，舒適，環(huán)保的優(yōu)點。同時建筑中存在大量的中水浪費，而目前的研究中未考慮將中水利用和供冷暖結(jié)合研究，因此提出將中水與空調(diào)結(jié)合研究達到節(jié)能又節(jié)水的目的。此種方法具有很高的社會效益和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：毛細管；輻射；節(jié)能；地源熱泵；中水

1.毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)

1.1 毛細管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)簡介

1987年德國多納蒂-赫博斯特基于仿生學(xué)發(fā)明了毛細管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)，并于1986年首次應(yīng)用于實際工程，此后這種空調(diào)系統(tǒng)在歐洲開始得到廣泛應(yīng)用[1]。毛細管網(wǎng)是一種并聯(lián)分集水形式的網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)，類似于人的毛細血管，主管由若干的毛細管以一定的間距連接，主要管徑是毛細管的6.4倍以上，每根支管均勻過水，流量大，阻力小，一端供水均勻通過毛細管輻射能量再匯集到另一根主管。[2]毛細管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)采用4.3×0.8 mm 或3.4×0.55 mm 的PP-R 塑料毛細管組成的間隔為10～30 mm 的網(wǎng)柵，猶如人體中的毛細管，起著分配、輸送和搜集液體的功能。網(wǎng)柵中的水的流速在0.05～0.2 m/s 之間，并且不斷循環(huán)，人體通過血液循環(huán)達到體溫恒溫，毛細管網(wǎng)柵系統(tǒng)通過16～40 ℃的水循環(huán)使建筑內(nèi)四季如春。

1.2 毛細管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)缺點

1.2.1 常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的弊病

（1）常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)都是通過向室內(nèi)送入經(jīng)過處理的空氣，依靠與室內(nèi)空氣的熱濕交換來達到溫濕度控制的目的，但是僅僅通過單一參數(shù)的送風(fēng)很難實現(xiàn)溫濕度的雙參數(shù)控制，由于溫濕度的特點不同，處理的舒適度也不會太好，同時也不可避免的造成一些能源的浪費。

（2）由于溫濕度同時處理會造成能量的損失，制冷劑的cop會降低，有再熱量的損失。

（3）空調(diào)末端在室內(nèi)由于送風(fēng)溫差會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，容易滋生細菌，室內(nèi)空氣品質(zhì)比較差，容易引起各種空調(diào)?。⊿BS）；如果大量引入新風(fēng)，會降低室內(nèi)的熱舒適度，同時造成大量的能源浪費[3]。

1.2.2 毛細管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）溫濕度獨立控制

系統(tǒng)采用毛細管網(wǎng)加新風(fēng)系統(tǒng)對溫度、濕度獨立控制，對溫度、濕度都能進行精確的控制并且不會造成大的能量損失。

（2）熱舒適度高

該系統(tǒng)60%的熱量和冷量都是通過輻射的方式進行的。室內(nèi)溫度均勻，無吹風(fēng)感，無噪音，加熱和制冷的速度快，一般情況在8min左右，而普通地板輻射采暖需要3h左右。

（3）綠色、環(huán)保

整個系統(tǒng)封閉運行，不產(chǎn)生廢水，廢氣等，所有的原料都可以回收利用，毛細管材料是只含有碳氫兩種原子的聚丙烯，材料無毒可循環(huán)利用。并且毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)采用全新風(fēng)送風(fēng)方式，不會通過回風(fēng)與新風(fēng)混合造成室內(nèi)病菌的交叉?zhèn)魅?，而且輻射空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量遠小于一次回風(fēng)的送風(fēng)量，從而可以降低室內(nèi)空氣流動速度，避免揚塵。

（4）壽命長

毛細管輻射系統(tǒng)運行在低溫低壓狀態(tài)下，管路不易損壞，毛細管材料采用環(huán)保的防腐材料，通過合金鋼換熱器與主循環(huán)隔開，氧氣滲透不會產(chǎn)生腐蝕或郁積堵塞現(xiàn)象。資料顯示優(yōu)質(zhì)的PP-R材料管網(wǎng)在常溫常壓下使用50年保持如新。

1.2.3 毛細管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)存在的問題

結(jié)露問題：在夏季進行制冷時，我們通常采用16～18℃的高溫冷水進行輻射，當該溫度低于室內(nèi)濕空氣時，水蒸氣就會凝結(jié)在毛細管外表面上，發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，結(jié)露現(xiàn)象產(chǎn)生的水滴會滋生細菌，降低室內(nèi)的空氣質(zhì)量，如果結(jié)露現(xiàn)象過于明顯甚至?xí)顾蔚椒块g里，對房間家具裝修等造成損壞，影響室內(nèi)衛(wèi)生和美觀。針對此現(xiàn)象，我們通常通過新風(fēng)系統(tǒng)來改善這個問題。新風(fēng)系統(tǒng)主要用來承擔室內(nèi)的潛熱負荷和濕負荷，毛細管系統(tǒng)主要承擔室內(nèi)先熱負荷，達到溫濕度獨立處理的效果。因此此系統(tǒng)必須設(shè)計合理的水系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)來防止結(jié)露現(xiàn)象。

自動控制系統(tǒng)問題：毛細管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)相比較傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)必須保證有防止末端結(jié)露的功能，若在擾動存在情況下，室內(nèi)的濕度增大，除濕系統(tǒng)除濕量不滿足時，自動控制系統(tǒng)可以自動啟動防結(jié)露保護措施。開發(fā)可靠的露點自動控制系統(tǒng)也是推廣和使用毛細管平面輻射空調(diào)的關(guān)鍵問題所在。

2.建筑中水系統(tǒng)與毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合利用

中水是一種介于污水和自來水之間，能夠在一定領(lǐng)域內(nèi)使用的非飲用水。城市中的中水經(jīng)常用作綠化用水、道路清掃以及建筑沖廁，也被越來越多的大中城市當作城市第二水源。中水的主要水源包括：城市污水、冷卻排水、盥洗排水、廚房排水、廁所排水等。據(jù)統(tǒng)計，建筑生活用水約占城市用水總量的60%，建筑節(jié)水不容忽視。目前居住區(qū)排水量較大、雜用水需求也大、水量易平衡，對中水系統(tǒng)的設(shè)計和平穩(wěn)運行有利，采用中水系統(tǒng)后預(yù)計居住區(qū)用水量可節(jié)省30%～40%，排水量可減少35%～50%，既可減少污染，又可增加可利用的水資源，具有明顯的社會和經(jīng)濟效益。毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)需要大量的管內(nèi)循環(huán)水，并且要求不需要達到飲用水標準，因此生活中的大量的中水可以利用起來作為毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)的管內(nèi)媒介。

中水處理回用是一種污水的分散處理方法，對于集中式污水處理設(shè)施及管道無法實施或成本高昂時，分散處理是保護水環(huán)境、節(jié)約水資源的一種選擇，比如景區(qū)、鄉(xiāng)村、小鎮(zhèn)等。建筑小區(qū)是設(shè)置污水處理裝置的最小單位，有穩(wěn)定的污水來源，也是具有大量非飲用水，如綠化、道路沖洗、水景等用水需求。建筑小區(qū)的中水回用已經(jīng)在各地有了大量的工程應(yīng)用，并取得了較好的效果。毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)這一個水循環(huán)不能夠有太大的用戶面積，恰好與小區(qū)的中水回用系統(tǒng)接洽，而當前社會對中水的利用并沒有涉及到暖通方面的研究，因此，將小區(qū)的中水經(jīng)過過濾，除污等潔凈處理后，即可將它作為毛細管輻射空調(diào)的管內(nèi)媒介使用。

小區(qū)中水系統(tǒng)可以與地源熱泵和毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合使用，地源熱泵是熱泵的一種，它是以大地為熱源對建筑物進行空調(diào)、供暖和熱水供應(yīng)的技術(shù)。眾所周知，地層之下一年四季均保持一個相對穩(wěn)定的溫度。在夏季，地下的溫度要比地面空氣溫度低，在冬季卻比地面空氣溫度高。地源側(cè)出水溫度約為15℃，可直接供給末端毛細管系統(tǒng)利用，使自然能量得到充分使用。因此，利用小區(qū)的地熱源，小區(qū)的二次利用水來達到小區(qū)用戶的空調(diào)用途，水資源再利用，既節(jié)能又具有經(jīng)濟效益，是一種具有研究意義的系統(tǒng)。

3.結(jié)束語

毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，優(yōu)勢非常明顯，其針對結(jié)露問題也有多人進行了研究。如王晉生提出采用具有高透過性的薄膜包裹冷卻頂板，并在薄膜和冷卻頂板之間保留一真空或空氣夾層的方法，使得常規(guī)冷凍水作為冷卻頂板冷媒成為可能[9]。而控制系統(tǒng)和成本問題相信經(jīng)過研究也可以得到很好的解決，因此毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)一定會成為暖通行業(yè)研究的熱點。而小區(qū)中水系統(tǒng)，在與暖通空調(diào)的結(jié)合研究中，必將更多的發(fā)揮出它的潛能，為社會節(jié)約能源，水資源。應(yīng)用這一系統(tǒng)，是建筑物真正達到可持續(xù)發(fā)展，具有深遠的社會效益和良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]聶鑫. 毛細管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計研究及展望[J]. 真空與低溫， 2015， 21（1）：51-55.

[2]陶岳杰，閆立軍，張偉嬌.毛細管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)特點及發(fā)展趨勢[J].廣東化工，2012，6（39）：348-349.

[3]雷會玉等，毛細管輻射空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性分析[J].能源工程，2014，（2）：67-71.

作者簡介：

余洪浪（1993-），男，漢，四川，碩士，研究方向：空調(diào)與制冷。