新型节能末端- 毛细管网

刘雪婷 李 刚 李帅帅

（沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳110168）

据国家建设部2020 年度统计，全年能源总消费量主要包括建筑、工业、交通三大生活领域，目前建筑(建造、建材、暖通空调)能源消耗占社会能源总消耗份额的40%以上，而建筑能耗份额的52%以上属于暖通空调专业。现有暖通空调系统领域中使用的能源为煤、石油、天然气、电等高品位能源，亦是导致当代能源严峻与电力紧张局势的重要因素之一。

1 传统空调系统末端形式

从宏观结构角度来看，60%份额的建筑冷热源能耗与40%份额的输配系统能耗共同构成空调系统能耗，传统空调系统末端亦是造成空调系统输配能耗浪费以及室内温湿度参数与空气品质不理想的原因之一。传统空调系统末端形式主要涉及：全空气系统末端、风机盘管末端、空调室内机、辐射换热类末端。根据空调末端输送介质（空气、液体），首先划分为依靠强制对流换热的空气型末端，其主要特点是无法理想控制室内控制送风温度与合适风速，从而直接造成较差舒适体验；其次划分为依靠辐射与自然对流换热的辐射型末端，其主要特点是室内无较大的空气温度波动幅度，进而满足人类高舒适性要求。在以上两种分类末端形式的基础上，空气型末端以建筑系统形式可进一步划分为风机盘管加新风系统、全空气系统、分体空调系统；以送风口形状可分为条缝风口、百叶风口、旋流风口等。辐射型末端以传热机理可分为冷却顶板、散热器、地板采暖等。

2 高效节能末端- 毛细管网

曾有医学专家这样定义毛细管热泵空调系统：“将系统内部四大部件类比于人体的血液循环系统，极细温和的4.3x0.8mm 毛细管就如同体内毛细血管，其中的动脉和静脉血管就代表20mm 的供回主干管，提供强大能源的热泵设备与心脏拥有相同作用，毛细管网内循环的空调工质就是体内鲜活的血液，与毛细管网系统相配套的智能温度控制装置就是大脑神经中枢, 负责调节温湿度及空气品质的除湿新风空调装置就是呼吸系统[1]。”毛细管网既可以铺设在地面，也可以铺设在天棚与四周墙壁。与其它传统空调形式相比，毛细管网系统采用温和辐射的形式完成使室内温湿度精确控制目标优势显著。夏季供冷时给人体的感觉比设计温度低2℃，而冬季供暖时给人体的感觉比设计温度要高2℃，因此，在设计时可以提高室内设计温度2℃，相比传统空调大概可以节能7%。以强制性的空气循环实现环境温湿度控制的风机盘管加新风机组内部夏季供回水设计温度为7-12℃，冬季供回水设计温度为60-50℃。夏季制冷工况下，预埋在顶面、地面或墙面等围护结构的毛细管网内部循环18℃左右冷水，要远远高于普通空调机组7℃左右的进水温度要求，比常规空调机组节能近乎65%。冬季供热工况下，毛细管网内部循环30℃左右低温热水，要大大低于地面供暖50℃和传统散热器75℃进水温度需求，比普通地面供暖节能近乎25%，比散热器节能近乎40%[2]。

3 安装方式

3.1 制冷天花板

自20 世纪80 年代末首个制冷天花板项目被开发，基于毛细管网和传统空调相比的显著优点，制冷天花板在德国和许多周边欧洲市场得到了广泛的应用。与传统的用于热传导压缩铜管不同，毛细管网因极细的外径与柔软性可使其直接铺装在水泥之下，甚至是拱形房顶结构下。顶式安装的方式如图1 所示。

图1 毛细管网顶式安装方式

3.2 制热墙体

与传统供热系统相比，把毛细管网整合在不同结构的墙体内，除了具有低温热水供热特性，还有散热面积大响应时间短的优点。具有柔软特性的毛细管网可以在很小的结构深度之间进行铺设，不仅适用于新建筑，还可以在旧建筑墙面上直接铺设，不必破坏原地面及墙壁，拥有较大的安装灵活特性。墙壁面安装方式如图2 所示。

图2 毛细管网墙体安装方式

3.3 制热地面

根据JGJ142-2004《地面辐射供暖技术规程》，如图3 常规地暖结构形式所示，从上至下分别为地面层、找平层、豆石混凝土蓄热层与保温层。其地面层分类包括- 瓷砖、地毯、地板，厚度在10～20mm 范围内；其找平层为水泥砂浆，厚度在10～20mm 范围内；其填充层为C15 豆石混凝土，厚度在30～50mm范围内；其保温层为XPS、EPS 保温板，厚度在20～30mm 范围内。常规地暖系统主要参数如下[3]：

（1）供水温度：35-55℃，最高温度不应超过60℃。

（2）供水压力：0.3-0.5Mpa，最高不应大于0.8Mpa。

（3）供回水温差：不宜大于10℃。

（4）加热管内热水流速：宜控制在0.25-0.5m/s。

（5）地热辐射采暖结构厚度：50-80mm（不包括找平层和地面装饰层厚度），其中隔热层30-50mm，填充层25-30mm。

（6）地热辐射采暖层结构重量：70-120kg/m2。

（7）每环路加热管长度宜控制在60-80m，最长不应超过100m，每套分集水器不宜超过8 个回路。

（8）地面温度控制：人员长期停留的地面温度宜控制在24-26℃，人员长短期停留的地面温度宜控制在28-32℃。

图3 地暖结构形式

常规地暖系统虽然较传统对流空调换热效率高、舒适性好。但其也存在一些局限性，如：常规地暖管热惯性为4-6h，不能准确及时的调整室内温度；地暖结构厚度为120-140mm，不适合层高低的房间，同时增大建筑物荷载；地面装饰材料受到限制，不宜安装实木地板等[4]。为了解决上述局限性，运用毛细管网地暖结构形式，直接安装灰泥蓄热层内的毛细管网，反应非常迅速，只需几分钟就可达到需求的表面温度，其不需回填混凝土层的超薄系统特性，大大降低了建筑基础的承重负荷和造价成本，比普通地暖增加了房间净高。

4 结论

基于当代能源电力紧张局势与传统空调末端高能耗特性，新型末端毛细管网因其高效节能、绿色环保、节省空间、高舒适性等优势走进人类视野。与传统空调形式相比，夏季预埋在顶面、地面或墙面等围护结构的毛细管网内部循环18℃左右高温冷水，要远远高于普通空调机组7℃左右的进水温度要求，比常规空调机组节能近乎65%。冬季毛细管网内部循环30℃左右低温热水，要大大低于地面供暖50℃和传统散热器75℃进水温度需求，比普通地面供暖节能近乎25%，比散热器节能近乎40%。