新型節(jié)能末端- 毛細(xì)管網(wǎng)

劉雪婷 李 剛 李帥帥

（沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽110168）

據(jù)國家建設(shè)部2020 年度統(tǒng)計(jì)，全年能源總消費(fèi)量主要包括建筑、工業(yè)、交通三大生活領(lǐng)域，目前建筑(建造、建材、暖通空調(diào))能源消耗占社會(huì)能源總消耗份額的40%以上，而建筑能耗份額的52%以上屬于暖通空調(diào)專業(yè)?，F(xiàn)有暖通空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域中使用的能源為煤、石油、天然氣、電等高品位能源，亦是導(dǎo)致當(dāng)代能源嚴(yán)峻與電力緊張局勢的重要因素之一。

1 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)末端形式

從宏觀結(jié)構(gòu)角度來看，60%份額的建筑冷熱源能耗與40%份額的輸配系統(tǒng)能耗共同構(gòu)成空調(diào)系統(tǒng)能耗，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)末端亦是造成空調(diào)系統(tǒng)輸配能耗浪費(fèi)以及室內(nèi)溫濕度參數(shù)與空氣品質(zhì)不理想的原因之一。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)末端形式主要涉及：全空氣系統(tǒng)末端、風(fēng)機(jī)盤管末端、空調(diào)室內(nèi)機(jī)、輻射換熱類末端。根據(jù)空調(diào)末端輸送介質(zhì)（空氣、液體），首先劃分為依靠強(qiáng)制對流換熱的空氣型末端，其主要特點(diǎn)是無法理想控制室內(nèi)控制送風(fēng)溫度與合適風(fēng)速，從而直接造成較差舒適體驗(yàn)；其次劃分為依靠輻射與自然對流換熱的輻射型末端，其主要特點(diǎn)是室內(nèi)無較大的空氣溫度波動(dòng)幅度，進(jìn)而滿足人類高舒適性要求。在以上兩種分類末端形式的基礎(chǔ)上，空氣型末端以建筑系統(tǒng)形式可進(jìn)一步劃分為風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)、全空氣系統(tǒng)、分體空調(diào)系統(tǒng)；以送風(fēng)口形狀可分為條縫風(fēng)口、百葉風(fēng)口、旋流風(fēng)口等。輻射型末端以傳熱機(jī)理可分為冷卻頂板、散熱器、地板采暖等。

2 高效節(jié)能末端- 毛細(xì)管網(wǎng)

曾有醫(yī)學(xué)專家這樣定義毛細(xì)管熱泵空調(diào)系統(tǒng)：“將系統(tǒng)內(nèi)部四大部件類比于人體的血液循環(huán)系統(tǒng)，極細(xì)溫和的4.3x0.8mm 毛細(xì)管就如同體內(nèi)毛細(xì)血管，其中的動(dòng)脈和靜脈血管就代表20mm 的供回主干管，提供強(qiáng)大能源的熱泵設(shè)備與心臟擁有相同作用，毛細(xì)管網(wǎng)內(nèi)循環(huán)的空調(diào)工質(zhì)就是體內(nèi)鮮活的血液，與毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)相配套的智能溫度控制裝置就是大腦神經(jīng)中樞, 負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)溫濕度及空氣品質(zhì)的除濕新風(fēng)空調(diào)裝置就是呼吸系統(tǒng)[1]?！泵?xì)管網(wǎng)既可以鋪設(shè)在地面，也可以鋪設(shè)在天棚與四周墻壁。與其它傳統(tǒng)空調(diào)形式相比，毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)采用溫和輻射的形式完成使室內(nèi)溫濕度精確控制目標(biāo)優(yōu)勢顯著。夏季供冷時(shí)給人體的感覺比設(shè)計(jì)溫度低2℃，而冬季供暖時(shí)給人體的感覺比設(shè)計(jì)溫度要高2℃，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)可以提高室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度2℃，相比傳統(tǒng)空調(diào)大概可以節(jié)能7%。以強(qiáng)制性的空氣循環(huán)實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度控制的風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)機(jī)組內(nèi)部夏季供回水設(shè)計(jì)溫度為7-12℃，冬季供回水設(shè)計(jì)溫度為60-50℃。夏季制冷工況下，預(yù)埋在頂面、地面或墻面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管網(wǎng)內(nèi)部循環(huán)18℃左右冷水，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通空調(diào)機(jī)組7℃左右的進(jìn)水溫度要求，比常規(guī)空調(diào)機(jī)組節(jié)能近乎65%。冬季供熱工況下，毛細(xì)管網(wǎng)內(nèi)部循環(huán)30℃左右低溫?zé)崴蟠蟮陀诘孛婀┡?0℃和傳統(tǒng)散熱器75℃進(jìn)水溫度需求，比普通地面供暖節(jié)能近乎25%，比散熱器節(jié)能近乎40%[2]。

3 安裝方式

3.1 制冷天花板

自20 世紀(jì)80 年代末首個(gè)制冷天花板項(xiàng)目被開發(fā)，基于毛細(xì)管網(wǎng)和傳統(tǒng)空調(diào)相比的顯著優(yōu)點(diǎn)，制冷天花板在德國和許多周邊歐洲市場得到了廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的用于熱傳導(dǎo)壓縮銅管不同，毛細(xì)管網(wǎng)因極細(xì)的外徑與柔軟性可使其直接鋪裝在水泥之下，甚至是拱形房頂結(jié)構(gòu)下。頂式安裝的方式如圖1 所示。

圖1 毛細(xì)管網(wǎng)頂式安裝方式

3.2 制熱墻體

與傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)相比，把毛細(xì)管網(wǎng)整合在不同結(jié)構(gòu)的墻體內(nèi)，除了具有低溫?zé)崴崽匦裕€有散熱面積大響應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。具有柔軟特性的毛細(xì)管網(wǎng)可以在很小的結(jié)構(gòu)深度之間進(jìn)行鋪設(shè)，不僅適用于新建筑，還可以在舊建筑墻面上直接鋪設(shè)，不必破壞原地面及墻壁，擁有較大的安裝靈活特性。墻壁面安裝方式如圖2 所示。

圖2 毛細(xì)管網(wǎng)墻體安裝方式

3.3 制熱地面

根據(jù)JGJ142-2004《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》，如圖3 常規(guī)地暖結(jié)構(gòu)形式所示，從上至下分別為地面層、找平層、豆石混凝土蓄熱層與保溫層。其地面層分類包括- 瓷磚、地毯、地板，厚度在10～20mm 范圍內(nèi)；其找平層為水泥砂漿，厚度在10～20mm 范圍內(nèi)；其填充層為C15 豆石混凝土，厚度在30～50mm范圍內(nèi)；其保溫層為XPS、EPS 保溫板，厚度在20～30mm 范圍內(nèi)。常規(guī)地暖系統(tǒng)主要參數(shù)如下[3]：

（1）供水溫度：35-55℃，最高溫度不應(yīng)超過60℃。

（2）供水壓力：0.3-0.5Mpa，最高不應(yīng)大于0.8Mpa。

（3）供回水溫差：不宜大于10℃。

（4）加熱管內(nèi)熱水流速：宜控制在0.25-0.5m/s。

（5）地?zé)彷椛洳膳Y(jié)構(gòu)厚度：50-80mm（不包括找平層和地面裝飾層厚度），其中隔熱層30-50mm，填充層25-30mm。

（6）地?zé)彷椛洳膳瘜咏Y(jié)構(gòu)重量：70-120kg/m2。

（7）每環(huán)路加熱管長度宜控制在60-80m，最長不應(yīng)超過100m，每套分集水器不宜超過8 個(gè)回路。

（8）地面溫度控制：人員長期停留的地面溫度宜控制在24-26℃，人員長短期停留的地面溫度宜控制在28-32℃。

圖3 地暖結(jié)構(gòu)形式

常規(guī)地暖系統(tǒng)雖然較傳統(tǒng)對流空調(diào)換熱效率高、舒適性好。但其也存在一些局限性，如：常規(guī)地暖管熱慣性為4-6h，不能準(zhǔn)確及時(shí)的調(diào)整室內(nèi)溫度；地暖結(jié)構(gòu)厚度為120-140mm，不適合層高低的房間，同時(shí)增大建筑物荷載；地面裝飾材料受到限制，不宜安裝實(shí)木地板等[4]。為了解決上述局限性，運(yùn)用毛細(xì)管網(wǎng)地暖結(jié)構(gòu)形式，直接安裝灰泥蓄熱層內(nèi)的毛細(xì)管網(wǎng)，反應(yīng)非常迅速，只需幾分鐘就可達(dá)到需求的表面溫度，其不需回填混凝土層的超薄系統(tǒng)特性，大大降低了建筑基礎(chǔ)的承重負(fù)荷和造價(jià)成本，比普通地暖增加了房間凈高。

4 結(jié)論

基于當(dāng)代能源電力緊張局勢與傳統(tǒng)空調(diào)末端高能耗特性，新型末端毛細(xì)管網(wǎng)因其高效節(jié)能、綠色環(huán)保、節(jié)省空間、高舒適性等優(yōu)勢走進(jìn)人類視野。與傳統(tǒng)空調(diào)形式相比，夏季預(yù)埋在頂面、地面或墻面等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管網(wǎng)內(nèi)部循環(huán)18℃左右高溫冷水，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通空調(diào)機(jī)組7℃左右的進(jìn)水溫度要求，比常規(guī)空調(diào)機(jī)組節(jié)能近乎65%。冬季毛細(xì)管網(wǎng)內(nèi)部循環(huán)30℃左右低溫?zé)崴?，要大大低于地面供?0℃和傳統(tǒng)散熱器75℃進(jìn)水溫度需求，比普通地面供暖節(jié)能近乎25%，比散熱器節(jié)能近乎40%。