淺談毛細管網(wǎng)低溫輻射供暖供冷系統(tǒng)

摘 要：本文針對建筑能耗日益增長的趨勢，通過與傳統(tǒng)供暖方式進行對比，探討新型的高舒適度高節(jié)能的高效換熱器。

關(guān)鍵詞：毛細管網(wǎng) 低品位能源 舒適 節(jié)能

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0091-02

能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源的開發(fā)利用極大地推進了世界經(jīng)濟和人類社會的發(fā)展，但人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的進一步消耗，節(jié)能減排已經(jīng)成為當前社會發(fā)展的重中之重。而在能源消耗中建筑能耗所占的比例非常大，在我國，建筑能耗占總能耗的27%以上，而且還在以每年1%的速度增長，因此，建筑節(jié)能被列為我國中長期節(jié)能規(guī)劃的重點領(lǐng)域和重點工程。

1 毛細管網(wǎng)起源

在自然界中，利用充滿水的毛細管網(wǎng)進行傳熱的例子很多，例如植物的葉脈或人體皮下組織的毛細血管都是利用這種原理與周圍環(huán)境成功地進行了傳熱交換，達到自身溫度調(diào)節(jié)的目的。德國科學家根據(jù)這種仿生學原理在20世紀70年代發(fā)明了一種新型空調(diào)末端系統(tǒng)形式—— 毛細管網(wǎng)輻射空調(diào)末端系統(tǒng)，它于2005年被引入中國，在清華大學的節(jié)能示范樓進行展示，從此引領(lǐng)了中國新型高舒適度高節(jié)能的高效換熱器的發(fā)展。

2 毛細管網(wǎng)系統(tǒng)介紹

毛細管網(wǎng)由若干毛細管以并聯(lián)方式與兩根主管連接而成，散熱面積大，壁薄導(dǎo)熱性好，傳熱速度快，水力分布均勻，水力損失小，是理想的高效換熱器，又因為是PPR原料，具有耐高溫、耐高壓和耐腐蝕的優(yōu)良性能，輕薄柔韌、安裝靈活，在室內(nèi)地面、墻面和頂棚都可以安裝，隱蔽在裝飾面層下，讓建筑物有了一層可以調(diào)節(jié)室溫的皮膚。

2.1 毛細管網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新

2.1.1 技術(shù)成型原理

（1）PPr原料的可塑性和可成型加工性，PPr成品的可焊接性。

（2）PPr管材具有可導(dǎo)熱性，柔韌，耐腐蝕，不結(jié)垢，壽命長等特點。

（3）PPr管材具有可粘接性，通過普通的粘結(jié)劑可以和塑料、金屬箔等粘接。

（4）管網(wǎng)為并聯(lián)分集水類型，主管直徑是支管直徑的6.4倍以上，可讓每根支管均勻過水的同時，徹底排出管內(nèi)的空氣；合理的壁厚設(shè)計，整個系統(tǒng)的承壓能力是系統(tǒng)設(shè)計壓力的2～3倍。

（5）采用毛細管網(wǎng)進行熱交換，換熱面積大，換熱管間距小，可采用低溫差進行加熱或制冷。

（6）換熱管的直徑小，可很方便地放置在地板、天花板和周邊的內(nèi)墻內(nèi)。

（7）和泡沫塑料板和金屬箔粘接，使保溫更好，散熱效率更高。

2.1.2 技術(shù)指標

（1）原料為PP-R、PE-RT或PB材料都可以制造，可應(yīng)用溫度范圍-30℃～95℃；

（2）主管道規(guī)格：外徑：20 mm，內(nèi)徑：16 mm；支管管道規(guī)格：外徑：4.3 mm，內(nèi)徑：2.5 mm；支管間距可根據(jù)設(shè)計任意調(diào)節(jié)，管網(wǎng)形狀可根據(jù)使用場合定制。

（3）管網(wǎng)系統(tǒng)長期承壓能力：20 kgf/cm2；爆破壓力5.6 MPa。

（4）耐水溫度：60℃。

（5）加熱介質(zhì)溫度一般不超過35 ℃即可達到暖氣片（加熱介質(zhì)溫度為85 ℃）的效果，節(jié)能非常明顯的同時，具有更為明顯的舒適度；制冷介質(zhì)溫度一般不低于18 ℃即可達到所需的舒適溫度。

（6）復(fù)合結(jié)構(gòu)散熱能力200 W/m2，制冷100 W/m2。

（7）通過5000次冷熱循環(huán)試驗和8760 h耐溫耐壓試驗。

2.1.3 技術(shù)創(chuàng)新

（1）毛細管的成型技術(shù)：由于PPr原料加工溫度高，粘度大，成型困難，商品化的PPr管材最小外徑為16 mm，經(jīng)過合理的設(shè)計，使用新的生產(chǎn)線，生產(chǎn)出外徑為4.3 mm，內(nèi)徑為2.5 mm的毛細管。

（2）塑料管道的焊接一般需要塑料管件，如彎頭、三通等，同時管道外徑一般不小于12 mm，本技術(shù)不僅不需要塑料管件，而且管道的外徑小至4.3 mm，甚至更小至2～3 mm，并且可并列連續(xù)封閉焊接，間距和形狀均可調(diào)節(jié)。如圖1所示。

2.2 毛細管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)勢

毛細管網(wǎng)系統(tǒng)比較傳統(tǒng)空調(diào)及地暖系統(tǒng)具有以下優(yōu)點。

2.2.1 安裝方面

（1）毛細管網(wǎng)末端占用建筑凈空小，節(jié)省建筑空間。在空調(diào)房間內(nèi)找平后的吊頂下或墻面上先鋪設(shè)毛細管網(wǎng)，然后抹上5～10mm厚的灰泥，形成輻射面即可。

（2）毛細管網(wǎng)布置靈活，施工方便：由于毛細管重量比較輕，因而布置比較靈活，有多種安裝方式，如吊頂抹灰安裝、墻面抹灰安裝、金屬模塊安裝等，其施工比較方便。且一旦安裝完畢，無需要任何維護費用。

（3）由于毛細管網(wǎng)比較輕柔，故在遇到有障礙物比如馬桶、潔具時，毛細管網(wǎng)可以扒開或者貼齊布置。

（4）安裝過程中，如遇到管網(wǎng)被破壞，毛細管網(wǎng)可以隨意切除損壞段，不影響水流量和將來的承壓保護（低溫低壓）。

2.2.2 舒適度

（1）高舒適性：經(jīng)實踐表明，輻射是舒適性最高的傳熱方式。而毛細管網(wǎng)輻射空調(diào)末端系統(tǒng)60%的冷量和熱量都是通過輻射的方式進行的，因而較其他形式的末端形式舒適度比較高。

（2）最為安靜的空調(diào)系統(tǒng)：與傳統(tǒng)的風機盤管相比（風機盤管存在電機、風機等室內(nèi)運動部件，因此，會產(chǎn)生35～45dB左右的噪音），毛細管網(wǎng)平面輻射式空調(diào)系統(tǒng)沒有室內(nèi)運動部件，不會產(chǎn)生任何室內(nèi)噪音，是最為安靜的空調(diào)系統(tǒng)。

（3）沒有冷凝水盤、不存在細菌滋生源：毛細管網(wǎng)埋設(shè)在吊頂內(nèi)，主要靠輻射傳熱給建筑物供冷或供熱，與風機盤管相比沒有凝結(jié)水系統(tǒng)，不會發(fā)生排水不暢，造成滴水等現(xiàn)象，也不存在傳統(tǒng)的風機盤管滴水盤中滋生細菌，影響室內(nèi)衛(wèi)生條件的現(xiàn)象。

（4）通過布管間距和布管方式區(qū)別，使毛細管網(wǎng)的單位輻射面積是常規(guī)水暖PERT＼PEX的近3倍，所以毛細管網(wǎng)單位輻射制熱量大大高于常規(guī)水暖PERT＼PEX；由于毛細管網(wǎng)間距很小（標準20 mm間距），為單元布置（供回路徑短，單位流量大于常規(guī)水暖），所以毛細管網(wǎng)只需要15～30 min就可使房間溫度達到預(yù)設(shè)效果，常規(guī)水暖PERT＼PEX熱慣性最好的回型布法所產(chǎn)生的加熱時間也至少需要1～2 h（需要地表面先達到預(yù)設(shè)溫度，再慢慢傳熱輻射）。

2.2.3 節(jié)能

（1）節(jié)能效果顯著：通常毛細管網(wǎng)系統(tǒng)的夏季供水溫度為17 ℃，冬季的供水溫度為35 ℃，相對于傳統(tǒng)空調(diào)有較高夏季供水溫度和相對較低的冬季供水溫度，可以有效利用低品位能源，提高能源利用率。

（2）較強的蓄冷能力：在系統(tǒng)關(guān)閉或停電等狀態(tài)下的較長時間內(nèi)溫度都不會升高（夏季）或降低（冬季）。

（3）熱慣性小，普通地板采暖熱慣性一般4～6 h，毛細管網(wǎng)熱慣性0.5 h，便于分區(qū)分時智能溫控，不但舒適性強，更有利于節(jié)能。

（4）毛細管網(wǎng)制熱時不需要像常規(guī)水暖采暖時地表面先吸熱再傳熱，毛細管網(wǎng)制熱直接輻射至室內(nèi)，故在4 m層高內(nèi)，毛細管網(wǎng)采暖的室內(nèi)溫度梯度保持在2 ℃～3 ℃，相比而言：常規(guī)水暖采暖的室內(nèi)溫度梯度在5 ℃～6 ℃，其大大減短了室內(nèi)裝飾材料壽命。

4 經(jīng)濟及社會效益

隨著國家進入能源短缺時代，2006年1月1日《中華人民共和國可再生能源法》開始實施，建設(shè)部隨之出臺了《建筑節(jié)能管理條例》，節(jié)省能源是我國目前一個重要的戰(zhàn)略目標，節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品面臨著巨大的市場需求。我國正處于城市化進程，建筑節(jié)能是最有潛力可挖的節(jié)能領(lǐng)域，建筑節(jié)能的主要方法就是挖掘利用可再生能源和貫徹能源梯級利用的原則。毛細管網(wǎng)換熱器用35℃水溫可以采暖，用17℃水溫可以制冷，為低品位能源的高效利用打開了空間，由于中國的建筑市場極其巨大，而中國政府提出的節(jié)能承諾與中國目前實際現(xiàn)實差距非常之大，如果要完成此目標，作為暖通空調(diào)領(lǐng)域的高效末端—— 毛細管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)將是無法回避的核心節(jié)能技術(shù)。

參考文獻

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