毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)在某別墅中的應(yīng)用

康 曉

(第一摩碼人居建筑工程(北京)有限公司，北京 100000)

1 毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)原理

毛細(xì)管網(wǎng)是一種將其末端的細(xì)小管道加工成網(wǎng)柵，布置于頂棚、墻面或地面的空調(diào)末端換熱器。毛細(xì)管網(wǎng)以水為媒介，可供冷、供暖。毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)植物的葉脈和動(dòng)物及人體的皮下血管組織進(jìn)行能量傳輸?shù)脑?，通過仿真模擬而設(shè)計(jì)研發(fā)出來的輻射板系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，舒適度更高，效果更溫和。毛細(xì)管網(wǎng)常用規(guī)格為φ4.3 mm×0.8 mm，間距為20 mm，長(zhǎng)度不大于12 m，寬度模數(shù)為1 m，材質(zhì)為無規(guī)共聚聚丙烯，用φ20 mm×2.0 mm毛細(xì)管作為分集管，連接采用熱熔連接。

毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)采用低溫?zé)崴┡?，高溫冷水供冷。毛?xì)管網(wǎng)安裝連接如圖1所示。

毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)采用溫濕度獨(dú)立控制方式，毛細(xì)管輻射末端承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷，新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)潛熱負(fù)荷[1]。

新風(fēng)系統(tǒng)采用置換通風(fēng)形式，新風(fēng)口設(shè)置于地面“下送上回”(如圖2所示)。新風(fēng)通過在地面的新風(fēng)口，以0.2 m/s～0.5 m/s的風(fēng)速送入各房間，利用冷空氣比重大，熱空氣小的特點(diǎn)，新風(fēng)沿地面蔓延形成“新風(fēng)湖”，人體溫度高于室溫，低溫新風(fēng)在人體加熱作用下上浮，包裹人體，使人始終處于新風(fēng)環(huán)境中，再通過室內(nèi)上部的集中排風(fēng)口排出，完全置換通風(fēng)，杜絕室內(nèi)新風(fēng)與污濁空氣混和交叉污染，使得室內(nèi)空氣始終保持健康新鮮。

2 毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 優(yōu)點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

2.1.1 熱舒適度高

毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)通過輻射的方式與室內(nèi)進(jìn)行熱量交換。輻射換熱更加柔和，垂直溫差梯度小，溫度場(chǎng)分布均勻；新風(fēng)出口風(fēng)速低，溫度適中，能夠避免空調(diào)對(duì)人體直吹的不舒適感，人體熱舒適度更高[2]。

2.1.2 空氣品質(zhì)高

新風(fēng)機(jī)從室外引入新鮮空氣，經(jīng)過初效、中效、高效過濾器，將鮮氧源源不斷送入房間內(nèi)，PM2.5過濾效率達(dá)95%。室內(nèi)無冷凝水導(dǎo)致的潮濕環(huán)境滋生細(xì)菌，清潔度高。

2.1.3 節(jié)能高效

輻射空調(diào)系統(tǒng)直接輻射至人體，與傳統(tǒng)空調(diào)相比，其作用溫度可降低1 ℃～2 ℃，在熱舒適度不變的情況下，將設(shè)計(jì)溫度提高1 ℃～2 ℃，可降低10%～20%的冷負(fù)荷。

毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)是使用高溫冷水及低溫?zé)崴畞韺?shí)現(xiàn)供冷及供暖，使制冷機(jī)的性能系數(shù)也處于較高水平。當(dāng)使用地源/水源熱泵作為整個(gè)毛細(xì)管空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源時(shí)，毛細(xì)管網(wǎng)熱效率可以進(jìn)一步提升，最終輻射制冷系統(tǒng)的節(jié)能率可達(dá)30%～40%。

2.2 缺點(diǎn)

毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)也存在著一些缺點(diǎn)。

2.2.1 室內(nèi)空氣露點(diǎn)限制其冷卻能力

毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，若輻射表面溫度低于房間露點(diǎn)溫度，室內(nèi)空氣內(nèi)的水分便會(huì)在空調(diào)系統(tǒng)輻射表面凝露。露點(diǎn)溫度限制了輻射表面溫度不能過低，從而限制了輻射表面的供冷量。因此為了降低露點(diǎn)溫度，要求雙冷源新風(fēng)機(jī)組有較強(qiáng)的除濕能力[3]。

2.2.2 熱慣性較大

不同于傳統(tǒng)熱對(duì)流的換熱方式，毛細(xì)管網(wǎng)輻射系統(tǒng)主要為輻射換熱，較為柔和，初次開機(jī)時(shí)，空調(diào)效果較為緩慢，具有較大的熱慣性。

2.2.3 初投資較高

目前毛細(xì)管網(wǎng)生產(chǎn)廠家少，尤其是進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格較高。雙冷源新風(fēng)機(jī)組技術(shù)路線多樣，尚未完全成熟，相比傳統(tǒng)的空調(diào)末端系統(tǒng)，初始投資較高。

基于毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)分析及應(yīng)用，該系統(tǒng)總體是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，目前在住宅中已有廣泛的應(yīng)用。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 工程概況

山東東營(yíng)市某別墅項(xiàng)目，總建筑面積366.1 m2，地上3層，地下1層，其中地上建筑面積265 m2，地下建筑面積101.2 m2。

3.2 設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目采用毛細(xì)管網(wǎng)+置換新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)于每層吊頂頂棚，地下1層地面敷設(shè)毛細(xì)管網(wǎng)用于冬季供暖。風(fēng)冷熱泵機(jī)組作為夏季冷源及過渡季冷熱源，冬季熱源使用市政熱力。

每個(gè)房間設(shè)置地面送風(fēng)口，新風(fēng)由雙冷源新風(fēng)機(jī)組集中處理，通過地送風(fēng)管道送至各個(gè)送風(fēng)口[4]。

主要設(shè)備情況見表1。

表1 空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備表

3.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

1)夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26 ℃，冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度臥室為22 ℃，其他區(qū)域?yàn)?0 ℃，設(shè)計(jì)冷負(fù)荷指標(biāo)為98.3 W/m2，熱負(fù)荷指標(biāo)為79.1 W/m2。

2)夏季風(fēng)冷熱泵為雙冷源新風(fēng)機(jī)組和板換供冷水，供回水溫度為7 ℃/12 ℃，經(jīng)板換換熱后給毛細(xì)管網(wǎng)供冷，供回水溫度為18 ℃/21 ℃；冬季市政熱力為雙冷源新風(fēng)機(jī)組和板換供熱水，供回水溫度為50 ℃/40 ℃，經(jīng)板換換熱后為毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)供熱，供暖供回水溫度為32 ℃/29 ℃。

3)室外新風(fēng)經(jīng)過雙冷源新風(fēng)機(jī)組過濾、全熱回收、深度除濕、再熱后送入室內(nèi)。夏季送風(fēng)溫度為16 ℃～20 ℃，冬季送風(fēng)溫度為20 ℃～22 ℃。室內(nèi)回風(fēng)經(jīng)全熱回收與新風(fēng)充分換熱后，排出室外。新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)按30 m3/(h·人)或0.5次～0.8次換氣次數(shù)較大值，新回風(fēng)比為0.8。

3.2.2 空調(diào)水系統(tǒng)

1)2臺(tái)風(fēng)冷熱泵并聯(lián)后一回路接入雙冷源新風(fēng)機(jī)組，另一回路接入板式換熱器。

2)一次水經(jīng)板換換熱后，二次水經(jīng)過管井，接入每一層的分集水器。水系統(tǒng)原理如圖3所示。

更可惡的是，“新版”《經(jīng)翼》中收錄王應(yīng)麟的《困學(xué)紀(jì)聞》中的論詩(shī)之語，并將書名篡改為《困學(xué)紀(jì)詩(shī)》，又收集了《玉海》中詩(shī)類一門，將書名篡改為《玉海紀(jì)詩(shī)》；還收錄了張華的《博物志》等三種小說家言，收錄了《禽經(jīng)》《獸經(jīng)》《鼠璞》，根本與史學(xué)沒有任何關(guān)系。如此之類，不可枚舉?！饵S記》校元本《宋提刑洗冤錄》中說：“明人喜刻書而又不肯守其舊，故所刻往往戾于古。即如此書，能翻刻之，可謂善矣，而必欲改其卷第，添設(shè)條目，何耶？”

3)二次水經(jīng)分集水器分配至每個(gè)空調(diào)區(qū)域的毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)。室內(nèi)毛細(xì)管網(wǎng)平面布置如圖4所示。

3.2.3 空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)

1)新風(fēng)機(jī)組采用雙冷源新風(fēng)機(jī)，新風(fēng)量為1 000 m3/h。新風(fēng)經(jīng)過新風(fēng)機(jī)處理后通過風(fēng)管管井進(jìn)入每層的分風(fēng)箱，再經(jīng)過地送風(fēng)管輸送至每個(gè)房間的地送風(fēng)口，進(jìn)入室內(nèi)(見圖5)。

2)房間與公共區(qū)域設(shè)置通風(fēng)聯(lián)通器，公共區(qū)設(shè)置集中回風(fēng)口?；仫L(fēng)流經(jīng)連通器，通過每層的回風(fēng)口進(jìn)入回風(fēng)立管，回至新風(fēng)機(jī)組，經(jīng)過全熱回收后排出室外。

3)雙冷源熱回收新風(fēng)機(jī)組主要功能段包括：a.過濾段，G4+F9+雙級(jí)靜電過濾；b.高效轉(zhuǎn)輪全熱回收裝置(焓效率大于75%)；c.風(fēng)機(jī)段，提供動(dòng)力；d.表冷器，用于新風(fēng)預(yù)冷/預(yù)熱；e.壓縮機(jī)直膨段，深度除濕；f.高壓微霧加濕段。

3.2.4 空調(diào)機(jī)房布置

1)雙冷源新風(fēng)機(jī)組、板式換熱器、循環(huán)水泵、水處理裝置、定壓補(bǔ)水系統(tǒng)、智慧控制箱安裝于屋頂露臺(tái)空調(diào)機(jī)房，風(fēng)冷熱泵安裝于機(jī)房頂面。

3)補(bǔ)水泵定壓0.3 MPa，板式換熱器控制二次側(cè)出水溫度為18 ℃。

4)主供回水管之間安裝壓差旁通閥，防止末端全部關(guān)閉后損壞水泵。

3.2.5 智慧控制系統(tǒng)

1)每個(gè)房間設(shè)置露點(diǎn)溫控器，露點(diǎn)溫控器用于檢測(cè)室內(nèi)溫度、濕度及毛細(xì)管網(wǎng)輻射面的溫度，計(jì)算露點(diǎn)溫度。

2)當(dāng)露點(diǎn)溫控器檢測(cè)室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，分集水器對(duì)應(yīng)支路電動(dòng)閥關(guān)閉。

3)當(dāng)露點(diǎn)溫控器檢測(cè)輻射表面溫度高于露點(diǎn)溫度差值小于2 ℃時(shí)，露點(diǎn)溫控器控制空調(diào)區(qū)域?qū)?yīng)的分集水器支路電動(dòng)閥關(guān)閉，同時(shí)加大新風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量。當(dāng)差值高于2 ℃時(shí)，電動(dòng)閥開啟，雙冷源新風(fēng)機(jī)組恢復(fù)原運(yùn)行狀態(tài)。防結(jié)露控制優(yōu)先溫度控制。

4)露點(diǎn)溫控器、雙冷源新風(fēng)機(jī)組、熱泵機(jī)組、水泵、補(bǔ)水機(jī)組、板換控制系統(tǒng)通過RS458通訊協(xié)議連接至機(jī)房控制箱，形成物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，由智慧控制系統(tǒng)集中控制和調(diào)配。

5)智慧控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及能耗狀況等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至智慧平臺(tái)，手機(jī)可安裝APP進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)置和操作，歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)可分析并導(dǎo)出[5]。

4 運(yùn)行效果

系統(tǒng)運(yùn)行后，露點(diǎn)溫控器檢測(cè)室內(nèi)溫度，上傳至平臺(tái)進(jìn)行記錄，導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4.1 制冷季室內(nèi)溫度

以2層客廳為測(cè)試區(qū)域，7月20日8點(diǎn)開啟系統(tǒng)，以7月 20日～7月24日數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，可以代表制冷劑典型工況。輻射空調(diào)系統(tǒng)從7月20日8:00開啟，晚上10：00切換至睡眠模式。次日8:00切換至工作模式。工作模式設(shè)置室內(nèi)溫度為26 ℃，睡眠模式設(shè)置室內(nèi)溫度為28 ℃。

開機(jī)前室內(nèi)溫度為31.5 ℃，8：00系統(tǒng)開機(jī)后，8:30室內(nèi)溫度降至31.3 ℃，隨后室內(nèi)溫度下降速度增快。上午11:00該測(cè)點(diǎn)溫度為28.8 ℃。至12：00，室內(nèi)溫度下降趨于緩慢，下午16:00～20:00之間由于室外氣溫波動(dòng)略有上浮，之后又趨于穩(wěn)定。22：00系統(tǒng)切換睡眠模式，溫度緩慢上升。系統(tǒng)每10 min記錄一次數(shù)據(jù)，測(cè)得7月20日數(shù)據(jù)如圖6所示。

7月21日8:00空調(diào)系統(tǒng)切換至工作模式，室內(nèi)溫度下降至設(shè)定溫度，在16:00～20: 00之間略有上浮，變化趨勢(shì)與7月20日相同。經(jīng)過一天的供冷，21日空調(diào)系統(tǒng)由睡眠模式切換至工作模式后，溫度下降速度增加。之后3 d溫度與21日基本一致(見圖7)。

4.2 運(yùn)行能耗分析

空氣源熱泵機(jī)組壓縮機(jī)為變頻，其能耗隨負(fù)荷率變化而變化，制冷季測(cè)試空調(diào)系統(tǒng)導(dǎo)出7月20日～7月 21日的運(yùn)行能耗進(jìn)行分析[6]。由于20日點(diǎn)初始開啟系統(tǒng)，能耗不具有代表性，故采用21日～24日的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其能耗統(tǒng)計(jì)如下:新風(fēng)機(jī)組單臺(tái)日均36 kW·h;循環(huán)水泵日均18 kW·h，空氣源熱泵機(jī)組日均80 kW·h，其他設(shè)備日均5 kW·h，空調(diào)系統(tǒng)日均能耗139 kW·h。若假設(shè)該能耗數(shù)值為制冷季平均值，建筑面積為366.1 m2，折算制冷季運(yùn)行能耗為0.38 kW·h/m2，按照電費(fèi)0.52元/(kW·h)計(jì)算，制冷季運(yùn)行費(fèi)用約為19.7元/m2。

5 結(jié)語

隨著建筑技術(shù)及暖通空調(diào)技術(shù)的不斷發(fā)展，毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)目前在各地產(chǎn)項(xiàng)目中逐漸廣泛應(yīng)用。但是現(xiàn)有技術(shù)仍有提升空間，我們需持續(xù)不斷進(jìn)行深入研究與探索，促使其在應(yīng)用過程中可以進(jìn)一步降低造價(jià)成本，提高運(yùn)行效率，加快毛細(xì)管網(wǎng)輻射空調(diào)系統(tǒng)的推廣及應(yīng)用。