新型節能末端- 毛細管網

劉雪婷 李 剛 李帥帥

（沈陽建筑大學市政與環境工程學院，遼寧 沈陽110168）

據國家建設部2020 年度統計，全年能源總消費量主要包括建筑、工業、交通三大生活領域，目前建筑(建造、建材、暖通空調)能源消耗占社會能源總消耗份額的40%以上，而建筑能耗份額的52%以上屬于暖通空調專業。現有暖通空調系統領域中使用的能源為煤、石油、天然氣、電等高品位能源，亦是導致當代能源嚴峻與電力緊張局勢的重要因素之一。

1 傳統空調系統末端形式

從宏觀結構角度來看，60%份額的建筑冷熱源能耗與40%份額的輸配系統能耗共同構成空調系統能耗，傳統空調系統末端亦是造成空調系統輸配能耗浪費以及室內溫濕度參數與空氣品質不理想的原因之一。傳統空調系統末端形式主要涉及：全空氣系統末端、風機盤管末端、空調室內機、輻射換熱類末端。根據空調末端輸送介質（空氣、液體），首先劃分為依靠強制對流換熱的空氣型末端，其主要特點是無法理想控制室內控制送風溫度與合適風速，從而直接造成較差舒適體驗；其次劃分為依靠輻射與自然對流換熱的輻射型末端，其主要特點是室內無較大的空氣溫度波動幅度，進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上，空氣型末端以建筑系統形式可進一步劃分為風機盤管加新風系統、全空氣系統、分體空調系統；以送風口形狀可分為條縫風口、百葉風口、旋流風口等。輻射型末端以傳熱機理可分為冷卻頂板、散熱器、地板采暖等。

2 高效節能末端- 毛細管網

曾有醫學專家這樣定義毛細管熱泵空調系統：“將系統內部四大部件類比于人體的血液循環系統，極細溫和的4.3x0.8mm 毛細管就如同體內毛細血管，其中的動脈和靜脈血管就代表20mm 的供回主干管，提供強大能源的熱泵設備與心臟擁有相同作用，毛細管網內循環的空調工質就是體內鮮活的血液，與毛細管網系統相配套的智能溫度控制裝置就是大腦神經中樞, 負責調節溫濕度及空氣品質的除濕新風空調裝置就是呼吸系統[1]。”毛細管網既可以鋪設在地面，也可以鋪設在天棚與四周墻壁。與其它傳統空調形式相比，毛細管網系統采用溫和輻射的形式完成使室內溫濕度精確控制目標優勢顯著。夏季供冷時給人體的感覺比設計溫度低2℃，而冬季供暖時給人體的感覺比設計溫度要高2℃，因此，在設計時可以提高室內設計溫度2℃，相比傳統空調大概可以節能7%。以強制性的空氣循環實現環境溫濕度控制的風機盤管加新風機組內部夏季供回水設計溫度為7-12℃，冬季供回水設計溫度為60-50℃。夏季制冷工況下，預埋在頂面、地面或墻面等圍護結構的毛細管網內部循環18℃左右冷水，要遠遠高于普通空調機組7℃左右的進水溫度要求，比常規空調機組節能近乎65%。冬季供熱工況下，毛細管網內部循環30℃左右低溫熱水，要大大低于地面供暖50℃和傳統散熱器75℃進水溫度需求，比普通地面供暖節能近乎25%，比散熱器節能近乎40%[2]。

3 安裝方式

3.1 制冷天花板

自20 世紀80 年代末首個制冷天花板項目被開發，基于毛細管網和傳統空調相比的顯著優點，制冷天花板在德國和許多周邊歐洲市場得到了廣泛的應用。與傳統的用于熱傳導壓縮銅管不同，毛細管網因極細的外徑與柔軟性可使其直接鋪裝在水泥之下，甚至是拱形房頂結構下。頂式安裝的方式如圖1 所示。

圖1 毛細管網頂式安裝方式

3.2 制熱墻體

與傳統供熱系統相比，把毛細管網整合在不同結構的墻體內，除了具有低溫熱水供熱特性，還有散熱面積大響應時間短的優點。具有柔軟特性的毛細管網可以在很小的結構深度之間進行鋪設，不僅適用于新建筑，還可以在舊建筑墻面上直接鋪設，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 毛細管網墻體安裝方式

3.3 制熱地面

根據JGJ142-2004《地面輻射供暖技術規程》，如圖3 常規地暖結構形式所示，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；其找平層為水泥砂漿，厚度在10～20mm 范圍內；其填充層為C15 豆石混凝土，厚度在30～50mm范圍內；其保溫層為XPS、EPS 保溫板，厚度在20～30mm 范圍內。常規地暖系統主要參數如下[3]：

（1）供水溫度：35-55℃，最高溫度不應超過60℃。

（2）供水壓力：0.3-0.5Mpa，最高不應大于0.8Mpa。

（3）供回水溫差：不宜大于10℃。

（4）加熱管內熱水流速：宜控制在0.25-0.5m/s。

（5）地熱輻射采暖結構厚度：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）地熱輻射采暖層結構重量：70-120kg/m2。

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

（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 地暖結構形式

常規地暖系統雖然較傳統對流空調換熱效率高、舒適性好。但其也存在一些局限性，如：常規地暖管熱慣性為4-6h，不能準確及時的調整室內溫度；地暖結構厚度為120-140mm，不適合層高低的房間，同時增大建筑物荷載；地面裝飾材料受到限制，不宜安裝實木地板等[4]。為了解決上述局限性，運用毛細管網地暖結構形式，直接安裝灰泥蓄熱層內的毛細管網，反應非常迅速，只需幾分鐘就可達到需求的表面溫度，其不需回填混凝土層的超薄系統特性，大大降低了建筑基礎的承重負荷和造價成本，比普通地暖增加了房間凈高。

4 結論

基于當代能源電力緊張局勢與傳統空調末端高能耗特性，新型末端毛細管網因其高效節能、綠色環保、節省空間、高舒適性等優勢走進人類視野。與傳統空調形式相比，夏季預埋在頂面、地面或墻面等圍護結構的毛細管網內部循環18℃左右高溫冷水，要遠遠高于普通空調機組7℃左右的進水溫度要求，比常規空調機組節能近乎65%。冬季毛細管網內部循環30℃左右低溫熱水，要大大低于地面供暖50℃和傳統散熱器75℃進水溫度需求，比普通地面供暖節能近乎25%，比散熱器節能近乎40%。