淺析毛細管輻射系統與建筑中水利用結合的節能應用

余洪浪 王令 胥海倫 劉東

摘 要：毛細管輻射空調系統是溫濕度獨立控制的新型空調技術，相比于傳統空調，毛細管輻射空調系統具有節能，舒適，環保的優點。同時建筑中存在大量的中水浪費，而目前的研究中未考慮將中水利用和供冷暖結合研究，因此提出將中水與空調結合研究達到節能又節水的目的。此種方法具有很高的社會效益和經濟效益。

關鍵詞：毛細管；輻射；節能；地源熱泵；中水

1.毛細管輻射空調系統

1.1 毛細管網空調系統簡介

1987年德國多納蒂-赫博斯特基于仿生學發明了毛細管平面輻射空調系統，并于1986年首次應用于實際工程，此后這種空調系統在歐洲開始得到廣泛應用[1]。毛細管網是一種并聯分集水形式的網柵結構，類似于人的毛細血管，主管由若干的毛細管以一定的間距連接，主要管徑是毛細管的6.4倍以上，每根支管均勻過水，流量大，阻力小，一端供水均勻通過毛細管輻射能量再匯集到另一根主管。[2]毛細管網輻射空調系統采用4.3×0.8 mm 或3.4×0.55 mm 的PP-R 塑料毛細管組成的間隔為10～30 mm 的網柵，猶如人體中的毛細管，起著分配、輸送和搜集液體的功能。網柵中的水的流速在0.05～0.2 m/s 之間，并且不斷循環，人體通過血液循環達到體溫恒溫，毛細管網柵系統通過16～40 ℃的水循環使建筑內四季如春。

1.2 毛細管網空調系統的優缺點

1.2.1 常規空調系統的弊病

（1）常規空調系統都是通過向室內送入經過處理的空氣，依靠與室內空氣的熱濕交換來達到溫濕度控制的目的，但是僅僅通過單一參數的送風很難實現溫濕度的雙參數控制，由于溫濕度的特點不同，處理的舒適度也不會太好，同時也不可避免的造成一些能源的浪費。

（2）由于溫濕度同時處理會造成能量的損失，制冷劑的cop會降低，有再熱量的損失。

（3）空調末端在室內由于送風溫差會產生結露現象，容易滋生細菌，室內空氣品質比較差，容易引起各種空調病（SBS）；如果大量引入新風，會降低室內的熱舒適度，同時造成大量的能源浪費[3]。

1.2.2 毛細管網空調系統的優勢

（1）溫濕度獨立控制

系統采用毛細管網加新風系統對溫度、濕度獨立控制，對溫度、濕度都能進行精確的控制并且不會造成大的能量損失。

（2）熱舒適度高

該系統60%的熱量和冷量都是通過輻射的方式進行的。室內溫度均勻，無吹風感，無噪音，加熱和制冷的速度快，一般情況在8min左右，而普通地板輻射采暖需要3h左右。

（3）綠色、環保

整個系統封閉運行，不產生廢水，廢氣等，所有的原料都可以回收利用，毛細管材料是只含有碳氫兩種原子的聚丙烯，材料無毒可循環利用。并且毛細管輻射空調系統采用全新風送風方式，不會通過回風與新風混合造成室內病菌的交叉傳染，而且輻射空調系統的送風量遠小于一次回風的送風量，從而可以降低室內空氣流動速度，避免揚塵。

（4）壽命長

毛細管輻射系統運行在低溫低壓狀態下，管路不易損壞，毛細管材料采用環保的防腐材料，通過合金鋼換熱器與主循環隔開，氧氣滲透不會產生腐蝕或郁積堵塞現象。資料顯示優質的PP-R材料管網在常溫常壓下使用50年保持如新。

1.2.3 毛細管網空調系統存在的問題

結露問題：在夏季進行制冷時，我們通常采用16～18℃的高溫冷水進行輻射，當該溫度低于室內濕空氣時，水蒸氣就會凝結在毛細管外表面上，發生結露現象，結露現象產生的水滴會滋生細菌，降低室內的空氣質量，如果結露現象過于明顯甚至會使水滴到房間里，對房間家具裝修等造成損壞，影響室內衛生和美觀。針對此現象，我們通常通過新風系統來改善這個問題。新風系統主要用來承擔室內的潛熱負荷和濕負荷，毛細管系統主要承擔室內先熱負荷，達到溫濕度獨立處理的效果。因此此系統必須設計合理的水系統、溫控系統來防止結露現象。

自動控制系統問題：毛細管平面輻射空調系統相比較傳統的空調系統，自動控制系統必須保證有防止末端結露的功能，若在擾動存在情況下，室內的濕度增大，除濕系統除濕量不滿足時，自動控制系統可以自動啟動防結露保護措施。開發可靠的露點自動控制系統也是推廣和使用毛細管平面輻射空調的關鍵問題所在。

2.建筑中水系統與毛細管輻射空調系統的結合利用

中水是一種介于污水和自來水之間，能夠在一定領域內使用的非飲用水。城市中的中水經常用作綠化用水、道路清掃以及建筑沖廁，也被越來越多的大中城市當作城市第二水源。中水的主要水源包括：城市污水、冷卻排水、盥洗排水、廚房排水、廁所排水等。據統計，建筑生活用水約占城市用水總量的60%，建筑節水不容忽視。目前居住區排水量較大、雜用水需求也大、水量易平衡，對中水系統的設計和平穩運行有利，采用中水系統后預計居住區用水量可節省30%～40%，排水量可減少35%～50%，既可減少污染，又可增加可利用的水資源，具有明顯的社會和經濟效益。毛細管輻射空調系統需要大量的管內循環水，并且要求不需要達到飲用水標準，因此生活中的大量的中水可以利用起來作為毛細管輻射空調系統的管內媒介。

中水處理回用是一種污水的分散處理方法，對于集中式污水處理設施及管道無法實施或成本高昂時，分散處理是保護水環境、節約水資源的一種選擇，比如景區、鄉村、小鎮等。建筑小區是設置污水處理裝置的最小單位，有穩定的污水來源，也是具有大量非飲用水，如綠化、道路沖洗、水景等用水需求。建筑小區的中水回用已經在各地有了大量的工程應用，并取得了較好的效果。毛細管輻射空調系統這一個水循環不能夠有太大的用戶面積，恰好與小區的中水回用系統接洽，而當前社會對中水的利用并沒有涉及到暖通方面的研究，因此，將小區的中水經過過濾，除污等潔凈處理后，即可將它作為毛細管輻射空調的管內媒介使用。

小區中水系統可以與地源熱泵和毛細管輻射空調系統結合使用，地源熱泵是熱泵的一種，它是以大地為熱源對建筑物進行空調、供暖和熱水供應的技術。眾所周知，地層之下一年四季均保持一個相對穩定的溫度。在夏季，地下的溫度要比地面空氣溫度低，在冬季卻比地面空氣溫度高。地源側出水溫度約為15℃，可直接供給末端毛細管系統利用，使自然能量得到充分使用。因此，利用小區的地熱源，小區的二次利用水來達到小區用戶的空調用途，水資源再利用，既節能又具有經濟效益，是一種具有研究意義的系統。

3.結束語

毛細管輻射空調系統相比于傳統的空調系統，優勢非常明顯，其針對結露問題也有多人進行了研究。如王晉生提出采用具有高透過性的薄膜包裹冷卻頂板，并在薄膜和冷卻頂板之間保留一真空或空氣夾層的方法，使得常規冷凍水作為冷卻頂板冷媒成為可能[9]。而控制系統和成本問題相信經過研究也可以得到很好的解決，因此毛細管輻射空調系統一定會成為暖通行業研究的熱點。而小區中水系統，在與暖通空調的結合研究中，必將更多的發揮出它的潛能，為社會節約能源，水資源。應用這一系統，是建筑物真正達到可持續發展，具有深遠的社會效益和良好的經濟效益。

參考文獻：

[1]聶鑫. 毛細管平面輻射空調系統的設計研究及展望[J]. 真空與低溫， 2015， 21（1）：51-55.

[2]陶岳杰，閆立軍，張偉嬌.毛細管網輻射空調系統特點及發展趨勢[J].廣東化工，2012，6（39）：348-349.

[3]雷會玉等，毛細管輻射空調系統的節能性分析[J].能源工程，2014，（2）：67-71.

作者簡介：

余洪浪（1993-），男，漢，四川，碩士，研究方向：空調與制冷。