毛細管網輻射空調系統在某別墅中的應用

康 曉

(第一摩碼人居建筑工程(北京)有限公司，北京 100000)

1 毛細管網輻射空調系統原理

毛細管網是一種將其末端的細小管道加工成網柵，布置于頂棚、墻面或地面的空調末端換熱器。毛細管網以水為媒介，可供冷、供暖。毛細管網輻射空調系統根據植物的葉脈和動物及人體的皮下血管組織進行能量傳輸的原理，通過仿真模擬而設計研發出來的輻射板系統，相比傳統空調系統，舒適度更高，效果更溫和。毛細管網常用規格為φ4.3 mm×0.8 mm，間距為20 mm，長度不大于12 m，寬度模數為1 m，材質為無規共聚聚丙烯，用φ20 mm×2.0 mm毛細管作為分集管，連接采用熱熔連接。

毛細管網輻射空調系統采用低溫熱水供暖，高溫冷水供冷。毛細管網安裝連接如圖1所示。

毛細管網輻射空調采用溫濕度獨立控制方式，毛細管輻射末端承擔室內顯熱負荷，新風系統承擔室內潛熱負荷[1]。

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

2 毛細管網輻射空調系統優缺點分析

2.1 優點

相比于傳統空調系統，毛細管網輻射空調系統的優勢主要表現在以下幾點。

2.1.1 熱舒適度高

毛細管網輻射空調系統通過輻射的方式與室內進行熱量交換。輻射換熱更加柔和，垂直溫差梯度小，溫度場分布均勻；新風出口風速低，溫度適中，能夠避免空調對人體直吹的不舒適感，人體熱舒適度更高[2]。

2.1.2 空氣品質高

新風機從室外引入新鮮空氣，經過初效、中效、高效過濾器，將鮮氧源源不斷送入房間內，PM2.5過濾效率達95%。室內無冷凝水導致的潮濕環境滋生細菌，清潔度高。

2.1.3 節能高效

輻射空調系統直接輻射至人體，與傳統空調相比，其作用溫度可降低1 ℃～2 ℃，在熱舒適度不變的情況下，將設計溫度提高1 ℃～2 ℃，可降低10%～20%的冷負荷。

毛細管網輻射空調系統是使用高溫冷水及低溫熱水來實現供冷及供暖，使制冷機的性能系數也處于較高水平。當使用地源/水源熱泵作為整個毛細管空調系統的冷熱源時，毛細管網熱效率可以進一步提升，最終輻射制冷系統的節能率可達30%～40%。

2.2 缺點

毛細管網輻射空調系統也存在著一些缺點。

2.2.1 室內空氣露點限制其冷卻能力

毛細管網輻射空調系統運行過程中，若輻射表面溫度低于房間露點溫度，室內空氣內的水分便會在空調系統輻射表面凝露。露點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。因此為了降低露點溫度，要求雙冷源新風機組有較強的除濕能力[3]。

2.2.2 熱慣性較大

不同于傳統熱對流的換熱方式，毛細管網輻射系統主要為輻射換熱，較為柔和，初次開機時，空調效果較為緩慢，具有較大的熱慣性。

2.2.3 初投資較高

目前毛細管網生產廠家少，尤其是進口產品價格較高。雙冷源新風機組技術路線多樣，尚未完全成熟，相比傳統的空調末端系統，初始投資較高。

基于毛細管網輻射空調系統優點及缺點分析及應用，該系統總體是優點大于缺點，目前在住宅中已有廣泛的應用。

3 應用實例分析

3.1 工程概況

山東東營市某別墅項目，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 設計方案

本項目采用毛細管網+置換新風空調系統，毛細管網敷設于每層吊頂頂棚，地下1層地面敷設毛細管網用于冬季供暖。風冷熱泵機組作為夏季冷源及過渡季冷熱源，冬季熱源使用市政熱力。

每個房間設置地面送風口，新風由雙冷源新風機組集中處理，通過地送風管道送至各個送風口[4]。

主要設備情況見表1。

表1 空調系統主要設備表

3.2.1 設計參數

1)夏季室內設計溫度為26 ℃，冬季室內設計溫度臥室為22 ℃，其他區域為20 ℃，設計冷負荷指標為98.3 W/m2，熱負荷指標為79.1 W/m2。

2)夏季風冷熱泵為雙冷源新風機組和板換供冷水，供回水溫度為7 ℃/12 ℃，經板換換熱后給毛細管網供冷，供回水溫度為18 ℃/21 ℃；冬季市政熱力為雙冷源新風機組和板換供熱水，供回水溫度為50 ℃/40 ℃，經板換換熱后為毛細管網系統供熱，供暖供回水溫度為32 ℃/29 ℃。

3)室外新風經過雙冷源新風機組過濾、全熱回收、深度除濕、再熱后送入室內。夏季送風溫度為16 ℃～20 ℃，冬季送風溫度為20 ℃～22 ℃。室內回風經全熱回收與新風充分換熱后，排出室外。新風量標準按30 m3/(h·人)或0.5次～0.8次換氣次數較大值，新回風比為0.8。

3.2.2 空調水系統

1)2臺風冷熱泵并聯后一回路接入雙冷源新風機組，另一回路接入板式換熱器。

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

更可惡的是，“新版”《經翼》中收錄王應麟的《困學紀聞》中的論詩之語，并將書名篡改為《困學紀詩》，又收集了《玉海》中詩類一門，將書名篡改為《玉海紀詩》；還收錄了張華的《博物志》等三種小說家言，收錄了《禽經》《獸經》《鼠璞》，根本與史學沒有任何關系。如此之類，不可枚舉。《黃記》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，添設條目，何耶？”

3)二次水經分集水器分配至每個空調區域的毛細管網系統。室內毛細管網平面布置如圖4所示。

3.2.3 空調新風系統

1)新風機組采用雙冷源新風機，新風量為1 000 m3/h。新風經過新風機處理后通過風管管井進入每層的分風箱，再經過地送風管輸送至每個房間的地送風口，進入室內(見圖5)。

2)房間與公共區域設置通風聯通器，公共區設置集中回風口。回風流經連通器，通過每層的回風口進入回風立管，回至新風機組，經過全熱回收后排出室外。

3)雙冷源熱回收新風機組主要功能段包括：a.過濾段，G4+F9+雙級靜電過濾；b.高效轉輪全熱回收裝置(焓效率大于75%)；c.風機段，提供動力；d.表冷器，用于新風預冷/預熱；e.壓縮機直膨段，深度除濕；f.高壓微霧加濕段。

3.2.4 空調機房布置

1)雙冷源新風機組、板式換熱器、循環水泵、水處理裝置、定壓補水系統、智慧控制箱安裝于屋頂露臺空調機房，風冷熱泵安裝于機房頂面。

3)補水泵定壓0.3 MPa，板式換熱器控制二次側出水溫度為18 ℃。

4)主供回水管之間安裝壓差旁通閥，防止末端全部關閉后損壞水泵。

3.2.5 智慧控制系統

1)每個房間設置露點溫控器，露點溫控器用于檢測室內溫度、濕度及毛細管網輻射面的溫度，計算露點溫度。

2)當露點溫控器檢測室內溫度達到設定溫度時，分集水器對應支路電動閥關閉。

3)當露點溫控器檢測輻射表面溫度高于露點溫度差值小于2 ℃時，露點溫控器控制空調區域對應的分集水器支路電動閥關閉，同時加大新風機的送風量。當差值高于2 ℃時，電動閥開啟，雙冷源新風機組恢復原運行狀態。防結露控制優先溫度控制。

4)露點溫控器、雙冷源新風機組、熱泵機組、水泵、補水機組、板換控制系統通過RS458通訊協議連接至機房控制箱，形成物聯網絡，由智慧控制系統集中控制和調配。

5)智慧控制系統運行狀態、運行參數及能耗狀況等數據實時傳輸至智慧平臺，手機可安裝APP進行系統的設置和操作，歷史運行數據可分析并導出[5]。

4 運行效果

系統運行后，露點溫控器檢測室內溫度，上傳至平臺進行記錄，導出數據進行分析。

4.1 制冷季室內溫度

以2層客廳為測試區域，7月20日8點開啟系統，以7月 20日～7月24日數據進行研究，可以代表制冷劑典型工況。輻射空調系統從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。工作模式設置室內溫度為26 ℃，睡眠模式設置室內溫度為28 ℃。

開機前室內溫度為31.5 ℃，8：00系統開機后，8:30室內溫度降至31.3 ℃，隨后室內溫度下降速度增快。上午11:00該測點溫度為28.8 ℃。至12：00，室內溫度下降趨于緩慢，下午16:00～20:00之間由于室外氣溫波動略有上浮，之后又趨于穩定。22：00系統切換睡眠模式，溫度緩慢上升。系統每10 min記錄一次數據，測得7月20日數據如圖6所示。

7月21日8:00空調系統切換至工作模式，室內溫度下降至設定溫度，在16:00～20: 00之間略有上浮，變化趨勢與7月20日相同。經過一天的供冷，21日空調系統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 運行能耗分析

空氣源熱泵機組壓縮機為變頻，其能耗隨負荷率變化而變化，制冷季測試空調系統導出7月20日～7月 21日的運行能耗進行分析[6]。由于20日點初始開啟系統，能耗不具有代表性，故采用21日～24日的能耗數據進行分析，其能耗統計如下:新風機組單臺日均36 kW·h;循環水泵日均18 kW·h，空氣源熱泵機組日均80 kW·h，其他設備日均5 kW·h，空調系統日均能耗139 kW·h。若假設該能耗數值為制冷季平均值，建筑面積為366.1 m2，折算制冷季運行能耗為0.38 kW·h/m2，按照電費0.52元/(kW·h)計算，制冷季運行費用約為19.7元/m2。

5 結語

隨著建筑技術及暖通空調技術的不斷發展，毛細管網輻射空調系統技術目前在各地產項目中逐漸廣泛應用。但是現有技術仍有提升空間，我們需持續不斷進行深入研究與探索，促使其在應用過程中可以進一步降低造價成本，提高運行效率，加快毛細管網輻射空調系統的推廣及應用。