毛細管輻射供暖系統(tǒng)在高層住宅的應(yīng)用

曹利明

【摘要】高層建筑供暖能耗占建筑能耗的比例非常大，已不符合建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。毛細管輻射供暖系統(tǒng)是近年來發(fā)展的一種新型供暖方式，將毛細管網(wǎng)均勻的安裝在建筑室內(nèi)的屋頂、墻面、底板各個地方，像人體皮膚的毛細管一樣，可以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，讓室內(nèi)溫度處于均衡狀態(tài)，不會出現(xiàn)噪音、強風(fēng)，局部過冷或者過熱現(xiàn)象。將其應(yīng)用在高層建筑供暖系統(tǒng)，可以降低高層建筑的能耗，達到節(jié)能、環(huán)保等要求。本文主要分析了毛細管輻射供暖系統(tǒng)的工作原理和優(yōu)點，并結(jié)合實際案例，分析了毛細管輻射供暖系統(tǒng)在高層住宅建筑中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】毛細管輻射供暖系統(tǒng);高層建筑;傳統(tǒng)空調(diào)

城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，促進我國建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑行業(yè)成為國民經(jīng)濟的支柱行業(yè)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國建筑能耗占整個社會總能耗的20%，其中空調(diào)取暖占建筑能耗的20%。目前，我國北方大部分城市的供暖系統(tǒng)主要是燃燒煤炭，煤炭燃燒過程中產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫等有害氣體，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的破壞。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活品質(zhì)有了更高的追求，傳統(tǒng)的供暖模式已經(jīng)無法滿足人們的需求，綠色建筑成為建筑行業(yè)發(fā)展方向，并將現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)運用到供暖系統(tǒng)，提高室內(nèi)空間的舒適性、安全性。毛細管輻射供暖系統(tǒng)具有安裝方便、覆蓋范圍廣、綠色環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用在高檔住宅建筑中，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益[1]。

1、毛細管輻射供暖系統(tǒng)概述

毛細管輻射供暖系統(tǒng)是一種承載水體，用超薄彈性的PPR塑料毛細管構(gòu)成冷、熱輻射為主要傳遞的熱能裝置，在結(jié)合水循環(huán)系統(tǒng)、熱源、冷源、新風(fēng)空調(diào)濕系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，猶如人體的毛細血管一樣，負責(zé)液體搜集、分配和傳輸工作。冬季毛細管內(nèi)的供水溫度控制在30-33℃之間，回水溫度控制在28-31℃之間，水流動的速度控制在0.05-0.2m/s之間，2℃的溫差和與人體毛細管中血液流動的速度相同，均勻的溫度和速度營造良好的環(huán)境。毛細管輻射供暖系統(tǒng)具有以下特點：

1.1舒適性好

毛細管輻射供暖系統(tǒng)將熱水的毛細管鋪設(shè)在地板、圍護結(jié)構(gòu)、頂板上，管道細小、鋪設(shè)均勻、鋪設(shè)面積廣、熱輻射交換面積大，因此室內(nèi)的溫度比較均衡。與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)相比，毛細管輻射供暖系統(tǒng)不會吹出溫差比較大的冷、熱風(fēng)和不均勻的對流線性，空氣濕度可以達到人居住環(huán)境的標志。同時，毛細管輻射供暖系統(tǒng)運行過程中不會產(chǎn)生空氣的流動和設(shè)備噪音，室內(nèi)非常安靜。

1.2安裝方便，節(jié)省空間

毛細管網(wǎng)柵的厚度小于5mm，網(wǎng)柵比較薄、柔軟、荷載比較小，充滿水以后的負荷只有600-900g/㎡，可以將其制作成吊頂模塊，直接固定的樓板、地面、墻壁或者樓板下面，其面積不會超過10mm，安裝比較方便。一棟20層的建筑采用傳統(tǒng)的中央空調(diào)，毛細血管供暖系統(tǒng)至少可以節(jié)約2層空間，降低供暖系統(tǒng)的費用，是一種低成本的建筑供暖系統(tǒng)[2]。

1.3經(jīng)濟環(huán)保

毛細管輻射供暖系統(tǒng)的供水水溫在28—32℃范圍內(nèi)，一般空調(diào)對流供暖的水溫需要40-45℃，毛細管輻射供暖系統(tǒng)可以用比較低的溫度實現(xiàn)供暖，可以降低供暖系統(tǒng)的能耗。同時，毛細管輻射供暖系統(tǒng)采用的PPR聚丙烯材料，使用年限超過50年，聚丙烯材料有碳元素和氫元素構(gòu)成，使用過程中不會產(chǎn)生有毒有害氣體，原料還可以循環(huán)使用。因此，不需要對材料進行凈化處理。與傳統(tǒng)的對流空調(diào)相比，毛細管輻射供暖系統(tǒng)的輻射范圍廣，供暖系統(tǒng)和室內(nèi)溫差比較小，比傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)節(jié)能超過40%。

2、毛細管輻射供暖系統(tǒng)在高層住宅的應(yīng)用

某高層建筑屬于高檔住宅小區(qū)，占地面積為4.12萬平方米，一共由9棟高層建筑構(gòu)成，建筑總高度為10-25層不等，戶型面積在89-180平方米，總建筑面積為8.56萬平方米。為了降低建筑供暖能耗，提高室內(nèi)居住空間的安全性、舒適性，將毛細管網(wǎng)供暖系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)結(jié)合起來，充分利用地?zé)豳Y源和毛細管網(wǎng)節(jié)能技術(shù)，為居民打造健康、舒適、安全的室內(nèi)空間。

2.1計算空調(diào)負荷

根據(jù)施工項目當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、建筑功能、室內(nèi)環(huán)境要求，充分利用該地的地?zé)豳Y源，模擬每一棟建筑的空調(diào)負荷，將空調(diào)負荷結(jié)果設(shè)計為整個住宅小區(qū)的空調(diào)峰值負荷。我國屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和濕潤，冬天和夏天氣候比較長，供暖時間為12月到次年的2月月底，一共90天，供冷實踐為每年5月至10月份，一共150天。空調(diào)設(shè)計峰值負荷如下表：

2.2空調(diào)冷熱源設(shè)計

該項目工程的夏季制冷是冬季供暖的1.44倍，如果空調(diào)冷熱源采用單一的地源熱泵，受到客觀因素的影響，地下打井的面積無法滿足夏季制冷需求。冷熱源系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力比較弱，夏季制冷向土壤排放的熱量大于冬季供暖所需的熱量，可能導(dǎo)致地?zé)釡囟戎鹉晟仙?，無法實現(xiàn)地?zé)崞胶?。因此，夏季采用常?guī)制冷機組和排熱機組進行調(diào)節(jié)，機組的冷凝熱回收可以為小區(qū)居民提供熱水，供暖階段可以使用燃氣鍋爐調(diào)節(jié)，滿足居民冬季所需生活用水。該項目采用復(fù)合式地源熱泵作為空調(diào)的冷熱源，在制冷階段地源熱泵系統(tǒng)負責(zé)室內(nèi)負荷和新風(fēng)負荷的三分二的制冷冷量，冷水機組承擔(dān)負荷三分之一的制冷冷量;供熱階段地源熱泵承擔(dān)86%的供熱熱量，燃氣鍋爐承擔(dān)9%的供熱熱量，剩余部分由新風(fēng)機組承擔(dān)[3]。

2.3溫濕度獨立空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度、二氧化碳等氣體濃度，負責(zé)新風(fēng)負荷和室內(nèi)潛熱負荷，毛細管網(wǎng)輻射制冷系統(tǒng)的水溫高于室內(nèi)溫度1-2℃，回水溫差為2-5℃，供熱時的水溫控制在25-35℃，回水溫差控制在3-6℃。根據(jù)建筑內(nèi)部的溫度，在供熱和制冷階段調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度。毛細管網(wǎng)主要鋪設(shè)在室內(nèi)頂部、墻面，毛細管網(wǎng)集管大小型號為20 2（mm），毛細管的大小型號為3.35 0.5（mm），間距為15mm，允許最高溫度為60℃。

結(jié)語：

綜上所述，高層建筑供暖系統(tǒng)可以綜合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，采用復(fù)合式地源熱泵與毛細管網(wǎng)輻射供暖系統(tǒng)，可以有效結(jié)合城市管網(wǎng)供暖能力不足，城市熱量排放等問題，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，為住宅小區(qū)居民提供安全、舒適的生活空間。

參考文獻：

[1]許登科，龐建勇，杜傳梅， 等.太陽能毛細管低溫輻射供暖系統(tǒng)的試驗研究[J].流體機械，2018，46（4）：61-61.

[2]綿陽紐倫科技有限公司.一種毛細管輻射供暖供冷系統(tǒng)：CN201820927072.4[P].2018-12-28.

[3]程仲華，張志剛.太陽能直供毛細管輻射供暖系統(tǒng)可行性研究[J].煤氣與熱力，2015，35（2）：24-29.