毛細管網低溫輻射空調模塊墻研究★

周健 鄒亞

(南京工程學院建筑工程學院，江蘇南京 211100)

由于經濟水平的逐步提高，越來越多的人將精力投入到生活品質的追求中，自然對室內熱環境的舒適度提出了更高的要求，因此，空調采暖系統的安裝使用越來越普遍。然而常規空調和采暖系統不僅能耗高，而且對環境的負影響較大，均需占據一定的室內利用空間，給室內布置帶來不必要的麻煩。大面積、高密度的空調使用還會對室外環境造成惡劣影響，造成城市熱島。此外，長時間待在空調房中會對人體機能帶來負面影響，可以說常規空調的使用具有很大的弊端，因此尋找新式的能耗更低、更環保的空調采暖系統是未來可持續發展的重要內容。目前已研究出的新式環保空調采暖設備有太陽能熱水系統、空氣源熱泵系統、地源熱泵系統、水源熱泵系統等，然而這些系統如何與建筑有機結合，空調采暖系統的空氣調節終端最有利形式是怎樣的這些問題還需要進一步的研究和探索。

現在運用較廣泛的空氣調節終端的形式有:風機、散熱片(見表1)。這幾種空氣調節終端都有一定的局限性。

表1 空氣調節終端局限性

如何解決現有空氣調節終端的各種弊端是當前低能耗建筑研究的前沿領域。經過我們的調研考察，決定以形式結構較為規整單一的高校宿舍為研究對象。經過初步研究，我們認為，人體表皮有很好的溫度調節能力，而這種調節能力主要依賴于表皮下的毛細血管網，因此我們希望通過深入研究人體表皮下的毛細血管網的組織結構，嘗試模擬人體毛細血管網的這種組織結構形式，設計一種適用于大多數新式環保空調采暖系統的空氣調節終端——毛細管網低溫輻射空調模塊墻。如圖1所示，該模塊墻尺寸為900 mm×600 mm×50 mm，構造層次依次為:飾面板、連接支柱、PE-RT管(直列型)、焊接鋼絲網、鋁箔反射膜、保溫層和結構層。這種終端不僅熱轉換率較高，室內熱舒適度好，而且可以與建筑墻體緊密結合不占據室內空間，符合建筑模數制的要求，利于已建建筑的后期改造和工業化生產，安裝方便。

今年年初，我們對南京市江寧大學城的南京工程學院宿舍單元進行了為期3 d的1∶1試驗，選擇了 d×l×h=3.3×3.9×3.0的兩間北向宿舍進行了對比試驗，一間無任何采暖設備，另一間安放若干模塊墻，利用熱水作為熱媒進行運作，每隔1 h量取一次兩者的溫度進行記錄，測試當達到人體舒適溫度時所用模塊墻的數量。數據統計如圖2～圖4所示(實驗證明最高效的是使用2塊～3塊模塊墻，圖2～圖4為使用2塊模塊墻的統計數據)。

圖1 毛細管網低溫輻射空調模塊墻

圖2 室外溫濕度變化

圖3 室內溫度變化

圖4 熱水溫度變化

我們利用綠色建筑分析軟件Ecotect對使用空調采暖系統和毛細管網采暖系統的建筑單元進行了模擬分析:

1)逐月能耗/不舒適度分析見圖5～圖8。由軟件模擬提供的數據可以看出，無論是全年總能耗，還是各月能耗對比，除個別月份毛細管網設備能耗略高于空調能耗外，毛細管網設備在節約能耗方面占據絕對優勢。此外，由各月份能耗對比可看出，在冬季采暖方面，毛細管網的節能效益尤為突出。

圖5 空調采暖系統各月能耗柱狀圖

圖6 毛細管網采暖系統各月能耗柱狀圖

圖7 空調采暖系統與毛細管網采暖系統總能耗對比

圖8 各月份能耗對比

2)逐時得熱分析。由逐時得熱分析圖，從“1”HVAC(空調系統負荷)來看，空調系統較毛細管網設備能耗負荷約高37%，從“4”VENT.(冷風滲透失熱)來看，空調系統冷風滲透失熱高于毛細管網設備約40.9%(見圖9，圖10)。

圖9 逐時得熱分析圖

3)溫度分布分析圖。由圖11可知，采用毛細管網設備的室內過低溫度比例較低，雖然過高溫度略高，但所占比例卻很小，因此舒適溫度比例就相對較高。

圖10 逐時得熱/失熱分析圖

圖11 溫度分布分析圖

由以上實驗及分析可知，毛細管網空調模塊墻系統較普通空調系統具有能耗低，熱舒適度良好等優勢，較其他需要首次施工即進行鋪設的采暖系統又具有免去二次施工的優點，且盡少占有室內空間，有利于學生公寓及其他住宅和公共建筑的建設和改造。

該項目立足于仿生學原理，以人體表皮組織結構及毛細血管網為研究對象，研究人體表皮以及皮下血管在維持人體恒溫上的組織機理，及毛細血管網所采用的分布規律、運作機理等等，在了解相關原理的基礎上，將其進行總結和模仿，將建筑墻體類比為人體表皮，提出滿足室內熱環境舒適度的毛細管網模型，并通過實驗分析與模擬，設計出比例結構適用的管網單元體，進行組合安裝，用于實際運用，滿足不同類型建筑既舒適又節能的需求。

該項目一改外圍護構件擔任的保溫隔熱等基礎作用的角色，革命性的擴充其內涵，使其充當熱媒的發散體和保存體，并與清潔能源的利用相結合，給予人們生產生活時最安全、最經濟、最舒適的溫度保障，并能在此基礎上使其滿足工業化生產的需求。

［1］侯兆川.毛細管網生物地板供暖技術——毛細管網平面輻射空調技術之一［J］.供熱制冷，2012(8):11-13.

［2］張 洋，鄭英姿，韓東太.毛細管網熱泵集中空調系統夏季應用實例分析［J］.暖通空調，2011，41(10):73-74.

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