簡(jiǎn)議內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的綜合運(yùn)用

【摘 要】 全球氣溫的變暖以及各種自然資源的枯竭使得人們開始大量進(jìn)行有關(guān)于節(jié)能、可再生資源、以及低品位能源的研究。目前，出現(xiàn)一種被西方廣為應(yīng)用的內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)，它主要是通過建筑結(jié)構(gòu)本身的儲(chǔ)熱性能以及增大管內(nèi)流體與管壁外側(cè)的換熱面積將低品位能源充分利用起來的一種空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)。這種技術(shù)極大的降低了對(duì)高品位能源的消耗，同時(shí)節(jié)約了能源經(jīng)濟(jì)成本。本文就通過內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用來進(jìn)行詳細(xì)的研究與分析。

【關(guān)鍵詞】 建筑結(jié)構(gòu)；內(nèi)嵌管道式；空調(diào)系統(tǒng)；

生活水平的提高使得人們開始向室內(nèi)環(huán)境的舒適性進(jìn)行研究。人類在不斷的發(fā)展過程中，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)種利用建筑結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的方式。其中，炕就是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的一種應(yīng)用結(jié)構(gòu)，同時(shí)它也是一種非常典型的利用低品位能源來有效改善室內(nèi)空氣的建筑技術(shù)。而近幾年由于機(jī)械工業(yè)制冷技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，機(jī)械式空調(diào)改善系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用也逐漸普遍起來了。這無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致我國(guó)建筑耗能的不斷增加，另外，全球氣候變暖以及自然燃料物質(zhì)的減少使得各個(gè)專家和研究者都在尋找新的低耗能技術(shù)，用以降低高品位能源的消耗，著重提高能源使用效率，縮減資源能源耗用成本。

低品位能源主要有地下水、夜間冷風(fēng)、以及地下熱源等等。其中有些低品位能源不需要進(jìn)行機(jī)械來提供動(dòng)力就可以達(dá)到收散能量的目的，例如，對(duì)夜間自然通風(fēng)能源的利用就不需要外部機(jī)械來助力。而有些低品位能源的利用則需要有機(jī)械來提供動(dòng)力，例如，水泵輸送流體等，通過機(jī)械提供的動(dòng)力將流體進(jìn)行冷熱量的交替循環(huán)，達(dá)到室內(nèi)所需最適環(huán)境。總的來說，低品位能源的利用可以有效減少對(duì)常規(guī)機(jī)械空調(diào)系統(tǒng)的利用率，既能降低高品位能源的消耗又能有效的節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

一、主動(dòng)式利用低品位能源的內(nèi)嵌管道式建筑結(jié)構(gòu)的來源

在樓層的樓板、墻體、以及天花板處都有些許多內(nèi)嵌管道，通過這些管道的循環(huán)流通，可以使管道內(nèi)部流體進(jìn)行冷熱量的循環(huán)交替，在實(shí)際的管道利用中即使管道內(nèi)部只有微小的溫差也可以通過構(gòu)建多個(gè)管道或者有效增大交換面積來實(shí)現(xiàn)對(duì)冷熱量的大量收集，從而實(shí)現(xiàn)大量熱能的交替循環(huán)。這就是通過內(nèi)嵌管道來收集低品位能源進(jìn)行室內(nèi)空氣有效調(diào)節(jié)的基本原理。由于這種內(nèi)嵌管道需要機(jī)械水泵來提供水循環(huán)的動(dòng)力，因此，就將這種運(yùn)作結(jié)構(gòu)稱為主動(dòng)式利用低品位能源的內(nèi)嵌管道式建筑結(jié)構(gòu)。這種建筑結(jié)構(gòu)在西方國(guó)家的運(yùn)用非常廣泛，下面就通過對(duì)這種內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)的性能應(yīng)用以及種類分析進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。[1]

二、內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)的類型及運(yùn)用

內(nèi)嵌管道式建筑體系就相當(dāng)于一個(gè)能量交換器，它主要通過在管道中注入的水來與周圍環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行能量的交換。內(nèi)嵌管道式建筑結(jié)構(gòu)中采用的管道有三方面的應(yīng)注意事項(xiàng)。其一，是管道材料的選用標(biāo)準(zhǔn)，管道是提供水熱能傳輸?shù)淖钪匾d體，因此，管道材料的選用必須能保證其高效率的導(dǎo)熱性，另外，管道是鑲嵌在建筑物之間的，這必須要保證管道的耐壓耐抗性能，同時(shí)管道的使用壽命也必須依據(jù)建筑物的使用而確定。其二，管道的管徑也應(yīng)按一定的標(biāo)準(zhǔn)來選用，在流量同等的情況下要通過適當(dāng)?shù)臏p小其摩擦阻率來減少水泵的壓頭，同時(shí)要保證管道內(nèi)部的流體處于紊流的狀態(tài)下進(jìn)而維持水和管道內(nèi)部的高效率導(dǎo)熱性能。其三、管道內(nèi)部的熱水或者冷卻水一般是采用地下熱源交換器、地下熱源、以及制冷機(jī)制冷等來產(chǎn)生。

1.開式系統(tǒng)外加冷卻塔裝置

內(nèi)嵌管道式空調(diào)開式系統(tǒng)通常采用濕式冷卻塔來制造冷卻水。在實(shí)際的運(yùn)用中，當(dāng)管道周圍的環(huán)境溫度較低時(shí)，可以利用濕式冷卻塔來制備冷卻水，這種系統(tǒng)通常在夜間運(yùn)作，當(dāng)樓板或者天花板經(jīng)管道水循環(huán)來達(dá)到降溫的目的時(shí)，內(nèi)嵌管道中的流體會(huì)將熱量帶走，最后經(jīng)過冷卻塔時(shí)實(shí)現(xiàn)流體的冷卻。

一般來說，樓板、天花板、以及墻體都具有很大的熱容性質(zhì)，它可以在夜間積累冷能量供白天室內(nèi)空氣制冷使用，而白天管內(nèi)水又會(huì)吸收室內(nèi)人員散發(fā)出的熱氣，這就會(huì)使得室內(nèi)的空氣白天夜間都處在適度的范圍之內(nèi)。而在白天時(shí)，樓板或者天花板會(huì)將這些積累后的熱量順管道流體吸收后進(jìn)入冷卻塔，繼而排放出去轉(zhuǎn)供第二天使用。這種管道水循環(huán)式的交換體系可以將白天不需用的熱量轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)低品位能源的有效利用，降低了傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中的高耗能。這種開式系統(tǒng)的效率雖然很高，但是在管道內(nèi)部污垢處理方面卻遠(yuǎn)不如閉式系統(tǒng)。[2]

2.閉式系統(tǒng)外加制冷、熱泵裝置

閉式系統(tǒng)中的管道內(nèi)部循環(huán)水也可以經(jīng)由制冷機(jī)來制備。首先，制冷機(jī)應(yīng)提供給管道水循環(huán)系統(tǒng)高于其樓板表面空氣的露點(diǎn)溫度，這是為了有效防止天花板頂部結(jié)露而設(shè)的，其中循環(huán)水的溫度可以低至于13度，這時(shí)制冷機(jī)會(huì)蒸發(fā)導(dǎo)致溫度提高，極大的提升了制冷機(jī)的局部運(yùn)行效率。與此同時(shí)，當(dāng)房屋需要供熱時(shí)，可以利用熱泵來提供較低溫度的熱水，還可以與冷卻塔裝置并駕運(yùn)行。[3]

在夜間時(shí)，如果管道周圍的溫度比較低，則可以將冷卻塔裝置投入使用，通過制備冷卻水來有效的調(diào)降天花板的熱度，并且可以將冷能量存儲(chǔ)留至第二天白天使用。同樣的運(yùn)行方式，當(dāng)白天室內(nèi)溫度過高時(shí)，要及時(shí)的將制冷設(shè)備投入制冷中，制備低溫循環(huán)水以供天花板與樓板的耗用，以保持室內(nèi)環(huán)境的舒暢。

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)是一種不同于常規(guī)的新式空調(diào)系統(tǒng)，它主要是將空調(diào)系統(tǒng)中的管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在樓板或者天花板的混凝土中來增加管道內(nèi)流體與混凝土之間的換熱面積，這樣做的優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)換熱的溫差過小時(shí)依舊可以獲取較大的換熱量。而在實(shí)際中，我們可以通過利用溫度微高的冷水來運(yùn)用于夏天的降溫，利用溫度較低的熱水來應(yīng)用于冬天的供暖，二者則可以通過低品位能源來進(jìn)行獲取。其中，能夠提供這種空調(diào)系統(tǒng)的低品位能源主要是地下水、夏季自然冷源以及地下熱源等等。另外，這種新式空調(diào)系統(tǒng)還需要水泵等提供動(dòng)力的機(jī)械來保證其內(nèi)部液體的循環(huán)運(yùn)輸，不僅大大降低了對(duì)高品位能源的消耗，還具有非常大的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐新華，周利君，朱求源.《建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌管道式空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)與應(yīng)用》——[建筑科學(xué)]，華中科技大學(xué)，建筑環(huán)境與設(shè)備工程系，湖北省，武漢，100045.2009，25（10）.

[2] 劉學(xué)來，馬玉奇，李永安.《毛細(xì)管平面空調(diào)系統(tǒng)的（火用）分析》——[期刊論文]，2009（11）.

[3] 馬玉奇，劉學(xué)來，李永安.《毛細(xì)管平面空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介》——[期刊論文]，建筑節(jié)能，2007（11）.