毛細管輻射供暖系統在高層住宅的應用

曹利明

【摘要】高層建筑供暖能耗占建筑能耗的比例非常大，已不符合建筑行業可持續發展。毛細管輻射供暖系統是近年來發展的一種新型供暖方式，將毛細管網均勻的安裝在建筑室內的屋頂、墻面、底板各個地方，像人體皮膚的毛細管一樣，可以調節室內溫度，讓室內溫度處于均衡狀態，不會出現噪音、強風，局部過冷或者過熱現象。將其應用在高層建筑供暖系統，可以降低高層建筑的能耗，達到節能、環保等要求。本文主要分析了毛細管輻射供暖系統的工作原理和優點，并結合實際案例，分析了毛細管輻射供暖系統在高層住宅建筑中的具體應用。

【關鍵詞】毛細管輻射供暖系統;高層建筑;傳統空調

城鎮化快速發展，促進我國建筑行業的發展，建筑行業成為國民經濟的支柱行業。根據相關數據顯示，我國建筑能耗占整個社會總能耗的20%，其中空調取暖占建筑能耗的20%。目前，我國北方大部分城市的供暖系統主要是燃燒煤炭，煤炭燃燒過程中產生二氧化碳、二氧化硫等有害氣體，對生態環境造成嚴重的破壞。隨著社會經濟的發展，人們對生活品質有了更高的追求，傳統的供暖模式已經無法滿足人們的需求，綠色建筑成為建筑行業發展方向，并將現代信息技術、傳感技術、控制技術運用到供暖系統，提高室內空間的舒適性、安全性。毛細管輻射供暖系統具有安裝方便、覆蓋范圍廣、綠色環保、節能等優勢，廣泛應用在高檔住宅建筑中，具有良好的經濟效益和環境效益[1]。

1、毛細管輻射供暖系統概述

毛細管輻射供暖系統是一種承載水體，用超薄彈性的PPR塑料毛細管構成冷、熱輻射為主要傳遞的熱能裝置，在結合水循環系統、熱源、冷源、新風空調濕系統和控制系統，猶如人體的毛細血管一樣，負責液體搜集、分配和傳輸工作。冬季毛細管內的供水溫度控制在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境。毛細管輻射供暖系統具有以下特點：

1.1舒適性好

毛細管輻射供暖系統將熱水的毛細管鋪設在地板、圍護結構、頂板上，管道細小、鋪設均勻、鋪設面積廣、熱輻射交換面積大，因此室內的溫度比較均衡。與傳統的空調系統相比，毛細管輻射供暖系統不會吹出溫差比較大的冷、熱風和不均勻的對流線性，空氣濕度可以達到人居住環境的標志。同時，毛細管輻射供暖系統運行過程中不會產生空氣的流動和設備噪音，室內非常安靜。

1.2安裝方便，節省空間

毛細管網柵的厚度小于5mm，網柵比較薄、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層的建筑采用傳統的中央空調，毛細血管供暖系統至少可以節約2層空間，降低供暖系統的費用，是一種低成本的建筑供暖系統[2]。

1.3經濟環保

毛細管輻射供暖系統的供水水溫在28—32℃范圍內，一般空調對流供暖的水溫需要40-45℃，毛細管輻射供暖系統可以用比較低的溫度實現供暖，可以降低供暖系統的能耗。同時，毛細管輻射供暖系統采用的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成，使用過程中不會產生有毒有害氣體，原料還可以循環使用。因此，不需要對材料進行凈化處理。與傳統的對流空調相比，毛細管輻射供暖系統的輻射范圍廣，供暖系統和室內溫差比較小，比傳統供暖系統節能超過40%。

2、毛細管輻射供暖系統在高層住宅的應用

某高層建筑屬于高檔住宅小區，占地面積為4.12萬平方米，一共由9棟高層建筑構成，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，提高室內居住空間的安全性、舒適性，將毛細管網供暖系統與地源熱泵系統結合起來，充分利用地熱資源和毛細管網節能技術，為居民打造健康、舒適、安全的室內空間。

2.1計算空調負荷

根據施工項目當地的氣候條件、建筑功能、室內環境要求，充分利用該地的地熱資源，模擬每一棟建筑的空調負荷，將空調負荷結果設計為整個住宅小區的空調峰值負荷。我國屬于亞熱帶季風氣候，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。空調設計峰值負荷如下表：

2.2空調冷熱源設計

該項目工程的夏季制冷是冬季供暖的1.44倍，如果空調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。冷熱源系統的調節能力比較弱，夏季制冷向土壤排放的熱量大于冬季供暖所需的熱量，可能導致地熱溫度逐年上升，無法實現地熱平衡。因此，夏季采用常規制冷機組和排熱機組進行調節，機組的冷凝熱回收可以為小區居民提供熱水，供暖階段可以使用燃氣鍋爐調節，滿足居民冬季所需生活用水。該項目采用復合式地源熱泵作為空調的冷熱源，在制冷階段地源熱泵系統負責室內負荷和新風負荷的三分二的制冷冷量，冷水機組承擔負荷三分之一的制冷冷量;供熱階段地源熱泵承擔86%的供熱熱量，燃氣鍋爐承擔9%的供熱熱量，剩余部分由新風機組承擔[3]。

2.3溫濕度獨立空調系統設計

空調風系統調節室內的濕度、二氧化碳等氣體濃度，負責新風負荷和室內潛熱負荷，毛細管網輻射制冷系統的水溫高于室內溫度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℃。根據建筑內部的溫度，在供熱和制冷階段調節室內的溫度。毛細管網主要鋪設在室內頂部、墻面，毛細管網集管大小型號為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℃。

結語：

綜上所述，高層建筑供暖系統可以綜合當地的氣候環境，采用復合式地源熱泵與毛細管網輻射供暖系統，可以有效結合城市管網供暖能力不足，城市熱量排放等問題，具有良好的環境效益和經濟效益，為住宅小區居民提供安全、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：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可行性研究[J].煤氣與熱力，2015，35（2）：24-29.