毛细管辐射式空调末端系统的应用与展望
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0引言传统的供热制冷形式经历了数百年,人们在继承传统文化的同时也在一刻不断地追求着新生事物。
对生活环境舒适感的强烈追求,对生存环境的保护和受到能源资源的限制,促使人们不断研究新方法、新手段、新技术和新设备来满足日益增长的需求,也促使着人们从概念到应用都发生着巨大变化。
大量新理念、新方式经过时间的检验,成功、夭折皆有之,从“告别空调暖气时代”观点的宣传、到国家节能减排的强制要求,促使人们冷静地考虑如何将概念与现实有机地结合起来,作为工程技术人员,考虑更多的是应如何将成熟的工程技术尽快推向社会。
对于传统的辐射供暖,人们并不陌生,特别是地板辐射采暖,从理论上符合人体生理感觉,从感觉上舒适性好,从工程应用上技术成熟,也是国家节能环保的推广技术。
对于辐射供冷,至今存在争议,对不同位置辐射供冷方式的舒适感也存在着不同的意见,目前研究多利用仿真模拟技术进行,人体真实感觉效果是否与模拟效果相吻合还有待进一步证实。
由于受到围护结构结露等问题的困扰,辐射供冷还需要采取相应的技术措施。
1毛细管网辐射供热供冷系统介绍辐射供热供冷系统有多种形式,毛细管网辐射供热供冷系统只是其中一种新的形式,通过遍布在结构体表的毛细管内流动的液体来传递热量,调节自身机体温度并与周围环境保持平衡。
由于该系统形式符合“减排增效”和充分利用低品位能源的原则,受到大家的关注。
1.1工作原理毛细管网辐射供热供冷系统模拟植物叶脉和人体的毛细血管机制,形成毛细管网,利用毛细管网散热面积大、换热效率高的优势,利用毛细管网表面或辐射体表面与室内空气较小的温差,与人体或周边环境进行有效地热交换,从而达到调节房间温度的作用。
事实上,这种毛细管换热器还不能离开循环泵进行自然循环流动,并不是真正意义上的毛细管。
1.2毛细管网的组成毛细管网是由两根20mm的供回水联管与若干毛细管组成的集分水式结构,联管与外径为4.3mm、壁厚0.9mm、长度为1 ̄6m、间距为40 ̄120mm,的毛细管连接,形成不同面积的网栅,其宽度也可根据房间尺寸定制,最大可达1000mm。
浅谈毛细管网空调系统论文导读:随着社会的进步,人民生活水平的提高,人们对住宅环境的舒适性要求也逐步提高,相应的室内空调系统必须得到改进,尽量减少室内送风量,避免强风感和噪声,特别是在休息时间保持室内宁静。
毛细管网就是温湿度独立控制空调技术的一部分。
1、高效节能:毛细管网有极大的散热表面积,以辐射方式供暖制冷。
因此,毛细管网承担的热、湿负荷有限,无法满足多数冷热负荷较大建筑的需要,特别是无法保证在高温环境下的空调效果,必须配以新风处理体统并将新风的含湿量处理到室内设计的绝对含湿量以下,是新风担负房间的部分湿负荷,弥补辐射供冷系统对热湿处理能力的不足。
关键词:毛细管网,辐射供冷,节能,舒适引言随着社会的进步,人民生活水平的提高,人们对住宅环境的舒适性要求也逐步提高,相应的室内空调系统必须得到改进,尽量减少室内送风量,避免强风感和噪声,特别是在休息时间保持室内宁静;同时考虑到能源短缺的影响,还应尽量采用低品位能源,有冷热蓄能措施等,目前普遍认为温度湿度独立控制空调技术可能是一个有效的解决途径。
毛细管网就是温湿度独立控制空调技术的一部分。
一、毛细管网平面辐射空调简介毛细管网模拟叶脉和人体毛细血管机制,利用毛细管网表面或辐射体表面与室内空气较小的温差,通过毛细管内流动的液体来调节自身温度,从而达到与周围环境的平衡。
毛细管网是集分水式结构,由外径3.5-5.0mm(壁厚0.4-0.9mm左右)的毛细管和外径20mm(壁厚2mm或2.3mm)的供回水主干管构成管网。
保温层、散热层和毛细管网结合使用,复合成毛细管网换热器。
毛细管网顶板辐射空调一般由热交换器、带循环泵的分配站、温控调节系统、毛细管网以及配套除湿系统等组成。
毛细管网主要承担室内去除显热的影响。
由于除湿的任务有处理潜热的新风系统承担,因而显热系统的冷水供水温度不再是常规冷凝除湿空调系统中的7℃,而是提高到18℃左右。
毛细管网平面空调系统夏季供水温度为16/18℃,辐射面表面温度约为20℃;冬季供水温度为28/32℃;辐射面表面温度约为30℃。
毛细管网空调辐射技术1、毛细管辐射空调系统• 如今,现代建筑的空调系统必须要符合很高的要求。
传统的空调系统如通风设备和静态供热很难同时达到最佳的热舒适性、最省的空间和节能的要求• 毛细管是这个领域的一项新技术,它可以根据周围环境自动调整红环境的换热量。
用水做热媒的毛细管使用的是弹性塑料,直接铺在房间围护结构表面的下方。
这样房间的天花板、地板和墙壁就会变得非常的温暖舒适。
• 这样,使用者和房间表面之间的能量传递就通过辐射的方式进行。
辐射是在自然条件下调整各物体间的热平衡。
• 研究已经证明,因为这个原因,毛细管制冷、采暖系统可使人们感觉更舒适,从而具有更高的工作效率。
毛细管系统原理* 采用4.3X0.8 mm 的PPR塑料毛细管组成的间隔为10 mm – 30 mm 的网栅,犹如人体中的毛细管,起到着分配、输送和搜集液体的功能。
在网栅中和人体毛细管中的液体流动速度基本相同,都在0.05 – 0.2 m/s之间。
同时人体皮下组织的毛细血管与周围环境成功地进行了传热交换,达到自身温度调节的目的。
冬季毛细管内通较低温度的热水,柔和的向房间辐射热量;夏季毛细管内通温度较高的冷水,柔和的向房间辐射冷量。
由于毛细管席换热面积大,传热速度快,因此传热效率更高。
毛细管网辐射末端系统的优点:1)高舒适度经实践表明,辐射是舒适性最高的传热方式。
而毛细管网辐射空调末端系统60%的冷量和热量都是通过辐射的方式进行的,因而较其他形式的末端形式舒适度比较高。
由于网栅由间距很小的平行毛细管均匀分布,热辐射交换面积特别大,所以室内温度非常均匀。
热/冷辐射表面基本没有温度区别。
并且人体和空间的热交换主要是辐射的形式进行,这一静态制冷及自然温暖的环境使人体感到非常舒适,身体感到的温度比室温高2~3℃。
这一点可以额外地达到节省能源的目的。
每个房间采用单独循环结构,故通过安装在房间的室温调节器可单独控制各房间温度。
2)最为安静的空调系统:与传统的风机盘管相比(风机盘管存在电机、风机等室内运动部件,因此,会产生35~45dB 左右的噪音),毛细管辐射式空调系统没有室内运动部件,不会产生任何室内噪音,是最为安静的空调系统。
毛细管辐射空调系统——绿色节能新趋势毛细管辐射空调是对传统空调技术的一种创新,本文分析了毛细管空调的工作原理、技术方面的优势和存在的不足,指出未来的研究方向。
标签:毛细管;辐射空调;绿色节能Capillary Vessel Radiation Formula Air-conditioning System—The new trend of green energy-savingQiao GuangfuShanghai Installaction Engineering Company【Abstract】Capillary Vessel Radiation Formula Air-conditioning System ,which is the innovation of tradition air conditioning system . Text is about the principle of work and points out the remaining problems in the research,and mentions some future research potentials.【Key Words】Capillary Vessel Radiation Formula Air-conditioning green energy-saving引言:随着国家经济发展迅速发展,建筑能耗与日俱增,其中建筑空调系统能耗约占建筑能耗的50%,空调系统的节能已经成为国家能源战略的重要组成。
这就需要我们努力去研发新的绿色节能空调技术。
毛细管辐射空调是目前较先进的采暖制冷技术,可以很好地与低能耗或绿色建筑结合,有着良好的应用前景,代表着未来空调技术的一个发展方向。
1、毛细管辐射介绍20世纪70年代,德国科学家根据仿生学原理发明的一种类似于植物中叶脉和人体毛细血管机制的新型空调末端系统形式,我们称之为毛细管辐射空调系统,它是由外径(3.5-5mm)、壁厚(0.9mm左右)的毛细血管和外径(20mm)、壁厚(2mm)的供回水主管构成毛细管席(如图1-1)。
浅谈毛细管在辐射空调系统中的应用本文介绍了以毛细管为末端的低温辐射空调系统的特点,对其布置形式、冷却性能特点、系统组成和设计等方面进行了介绍和分析。
标签:毛细管;辐射供冷;地源热泵毛细管不仅在节流装置中有很好的应用效果,而且在新的辐射供冷技术方面也有很好的发挥,本论文主要分析毛细管辐射供冷空调系统方面的应用。
毛细管辐射空调系统一种新型空调末端系统形式,它是一种隐形空调,一般安装在地面、墙体或天花板内,通过把围护结构的一个或多个表面控制在一定温度,形成冷热辐射面,依靠辐射面与人体、家具及其余围护结构表面的辐射热交换进行供暖制冷。
毛细管辐射空调系统是以毛细管席为主要传热装置,以水为热媒,与冷热源、水循环系统、新风调湿系统和自控系统构成以冷、热辐射为主要特征的供冷、供暖空调系统。
系统工作原理如图1[2]所示。
毛细管末端示意图如图2[1]所示。
毛细管是辐射供冷供热管的一种,利用充满水的毛细管进行换热,类似于自然界中植物的叶脉和人体皮肤下的血管,由外径为3.5~5.0mm(壁厚0.9mm左右)的毛细管和外径20mm(壁厚2mm)的供回水主管构成毛细管席[3]。
毛细管席宽度范围600~1200mm,长度范围1~12m,具体尺寸可根据安装需要定制,且安装方式灵活,管路和席子之间通过热熔或快速接头连接。
毛细管辐射供冷空调系统在节能、环保、热舒适性及使用寿命等方面具有显著的优势。
毛细管辐射空调弥补了传统空调中以对流散热为主的不利因素,主要通过辐射方式供冷供热,热辐射交换面积大,室内温度变化速度快、分布均匀,无温度死角,室内无吹风感,无风机噪音,新风系统能有效改善室内空气质量,降低室内CO2浓度,并提供人体所必需的新风量,种种措施使毛细管辐射空调能实现最佳的舒适度。
同时毛细管席有极大的散热表面积,热交换效率很高。
采暖时只需要系统内的水温达到28~32℃,制冷时只需要系统内水温达到16~18℃,作用温度可降低1~2℃,毛细管席表面与室内空气温差小可以有效节能[4]。
毛细管辐射式空调系统及应用前景摘要:本文介绍了毛细管辐射式空调系统的形式及其优缺点,并通过分析国内形势,得出此系统应用前景广阔的结论。
关键词:毛细管;辐射;应用前景。
随着人们对室内舒适性要求的不断提高,我国的建筑能耗也在不断上升,如何处理舒适程度与建筑能耗之间的矛盾,便成为暖通空调界面临的问题。
现有的空调系统在不断的改进和完善过程中,仍存在一些问题,如:温湿度耦合处理带来的能量损失、难以达到室内热湿比变化的要求、冷表面滋生霉菌、对流吹风感、盘管送风的噪音超标以及室内重复安装环境调节系统等等,使空调系统在节约能源和提高舒适度方面受到制约。
因此,除了使用外墙保温和先进的门窗系统以优化围护结构、加强保温和隔热外,开发研究高舒适度、低成本又节能的室内环境调节系统势在必行。
而毛细管辐射式空调系统则有望成为解决上述问题的方案之一。
1系统介绍1907年,英国的巴克尔教授首先申请了辐射采暖的专利,自此,人们开始了对辐射采暖的研究[1]。
20世纪70年代德国科学家根据仿生学原理发明了毛细管辐射式空调系统[2],虽然多数时间内其备受冷落,但是,随着全球能源成本越来越高,环境污染和温室效应日益严重,各国政府都在提高节能减排的标准,使得毛细管辐射采暖制冷技术成为近年来业界研发热点。
1.1毛细管网的结构毛细管网是由两根外径为20mm(壁厚2.0mm左右)的供、回水主干管和若干毛细管组成的集分水式结构,如下图。
主干管与外径为3.5~5.0mm(壁厚0.9mm左右)、间距为10~120mm的毛细管束连接,形成不同面积的网栅,网栅长度和宽度可根据房间尺寸定制,最大宽度可达1000mm,长度定制范围为1~6m[3]。
图1.毛细管网结构目前,制造毛细管网的原料可以采用PP-R、PE-RT或PB管,主干管之间、主干管与毛细管之间采用热熔连接,网栅具有耐高温、耐高压、耐腐蚀、换热面积大、换热均匀、换热效果好、水力损失小等特点,可以生产成型产品供选择。
毛细管辐射式空调末端系统的应用与展望
摘要:本文结合毛细管辐射式空调末端系统的节能、舒适等特点,对传统空调末端系统与风机盘管进行了对比,提出了一种新型的毛细管辐射式空调末端系统。
关键词:毛细管辐射空调末端风机盘管
引言
毛细管辐射式空调末端系统是德国科学家根据仿生学原理在二十世纪七十年代发明的一种新型空调末端系统形式。
该系统的主要特点有:高舒适性、安静、没有冷凝水盘、不存在细菌滋生源、较强的白调节平衡能力、没有吹风感等,有利于创造健康的室内环境。
一、毛细管材料及生产、施工技术现状
(一)、毛细管网加工工艺的特殊性
在暖通空调或给排水等领域中,塑料管道的应用越来越广泛。
传统塑料管道的连接都是端与端的连接,是两根塑料管道的端口通过直通、弯头、三通等连接管件以热熔、胶粘或机械方式连接。
毛细管网的加工工艺实现了一根主管通过侧面同时与若干根支管的直接连接,传统塑料管道连接方式的局限性:
(1)、所用的管件多,连接工艺复杂,容易发生漏水事故。
(2)、连接方式限制了1根整体的管道与至少3根管道同时连接。
(3)、管道壁厚受限制。
依据现有国家标准《热塑性塑料管材通用壁厚表》(GB 10798.89)和《JBJ地面辐射供暖技术规程B.1.3》规定以热熔方式连接的热塑性塑料管道壁厚不得小于1.9mm,才能保证热熔连接的可靠性,这样就限制了可热熔的塑料管道向小管径和微小管径方向的发展,小管径管道的壁厚会远远超过满足所需压力等级的壁厚要求,不但造成原材料的浪费,壁厚过大也降低了塑料管材的柔韧性,降低了导热性能。
(二)、毛细管网的主要特点
1、结构特点。
毛细管网是集分水式结构,具有换热面积大、壁薄导热性好、换热均匀、水力损失小的特点,决定管网是一种高效的换热器。
“面大壁薄”是毛细管网用于热交换的核心优点。
2、材料特点。
制作毛细管网的原料是PP—R、PE—RT等可热塑性塑料,可热熔成型,绿色环保,同时具有耐高温、耐高压、耐腐蚀的特点,因此有广泛的推广应用领域,是理想的高效换热器。
3、使用特点。
毛细管网薄、柔、轻,安装方便、覆盖层可以薄,铺装面积可以大,因此,可以有效利用低品位能源,实现节能和舒适效果。
(三)、毛细管网加工工艺的技术创新
提供了一种塑料管道之间不用加设直通、弯头、三通等传统连接管件直接连接的连接方式。
实现了一根整体管道通过侧面开孔方式同时和若干管道直接连接。
提供端面连接的小管管道壁厚不受焊接要求的限制,为细小、微小管径的管道的应用提供了可能。
二、毛细管辐射式空调末端与传统风机盘管末端的对比
(一)、温湿度处理
风机盘管系统是温度和湿度混合处理系统,对于“温度”的处理方法是:夏季采用7℃冷水降温,冬季利用55℃或更高温度热水加温。
毛细管网辐射系统是温度和湿度分开处理,对于温度的处理方式,夏季18~C高温冷水降温,冬季35~C 冷水采暖,毛细管网末端对于温度的要求使得热泵机组的效率(COP)大大提升(可提升至6),系统节能性显著提高。
(二)、传热方式
风机盘管利用空气对流的热传递形式达到采暖和供冷的目的,毛细管网主要利用热辐射的形式进行采暖和供冷,二者有着本质的区别,从人体热舒适性角度分析,夏季采用对流方式供冷,室内温度保持26℃时的人体舒适度,与采用辐射供冷,室内温度维持28℃时的人体舒适性是一样的。
这个道理就像在冬季,两个外部条件完全相同的房间,一个采用地板采暖,一个采用普通散热器供暖,当两个房间室内温度都是2O℃时,地板采暖房间人裸身时并不感觉寒冷,而在安装了普通散热器房间裸身却感觉很冷是一样的道理。
可以这样说,利用毛细管网作为辐射末端,室内温度夏季28℃,冬季l8℃;利用散热器和传统空调为末端,室内温度夏季26℃,冬季20℃,这两种情况下人的热舒适性是相同的。
所以说达到同样的热舒适性,采用辐射供冷热比采用对流供冷热单位建筑面积要求的负荷要小,这也正是《地板采暖设计规范》中室内设计温度比传统采暖方式规范中设计温度低2℃的原因。
所以,以辐射方式供冷、热为主的系统更节能。
(三)、室内空气品质分析
风机盘管系统是温湿度混合处理空气调节方式,靠对流来传导能量,空气的
流动带来的气流组织不均、噪声污染、病菌滋生、空调病等,一直是空调行业无法克服的难题。
温湿度独立处理空调技术可以从根本上克服传统空调的这些弊病,被人们一致认为是舒适节能型空调发展的方向,而毛细管网是热湿分开处理空调技术的理想选择,毛细管网辐射采暖制冷配合湿度控制、新风系统,达到健康舒适节能环保的生态空调要求。
毛细管网安装在顶棚、地面或墙面,均匀散布能量,就像皮肤中的毛继血管一样柔和地调节室温,不会出现局部区域过热或过冷,无噪声和强风感,无灰尘、细菌污染,不会口干舌燥,避免引起病态建筑综合症,同时省去了空调清洗带来的大笔额外维护费用。
(四)、利用低品位能源
毛细管网对于温度的处理:夏季18℃高温冷水供冷,冬季35~C冷水采暖的特性,更为直接利用可再生能源提供了便利条件,生活污水、热电厂和炼钢厂等工业废水的余热以及地热能等,高效回收利用可再生能源和低品位能源。
能源系统采用水源热泵或地源热泵、空气源热泵,在中小型冷热双源空调系统,可减少系统投资。
(五)、系统寿命长
系统采用无动力,无机械末端,材料采用了防腐热塑性工程塑料,最大程度的提高使用寿命,可以说使用寿命等于材料寿命。
(六)、节能经济
系统温度的处理的特性:夏季18℃高温冷水供冷,冬季35~C冷水采暖,使得系统有耗散低的节能特性。
如有峰谷电价的地区,运行费用经济。
三、毛细管辐射末端空调系统应用的局限性
毛细管辐射供冷系统仅适用于夏季冷负荷不高的节能建筑。
由于辐射供冷存在结露的问题,故夏季其供水温度必定不会很低,一般为16~20*C,在此供水温度下,其辐射供冷量是有限的,约为60~70W/m ,由于房间可供铺设毛细管的面积往往有限,故房间的单位面积冷指标最好不超过50W /m2,这就要求建筑必须是节能建筑,最好能达到三步节能的标准,否则供冷就必定需要有辅助供冷设施。
这种辅助供冷设施往往是风机盘管或者是低温送风系统。
四、毛细管辐射末端空调系统应用常见的问题
(一)、房间凝露问题
毛细管辐射式空调末端系统要求建筑必须配备高效率的新风系统。
新风系统在此系统中的功能除了常规的供人体健康的新风功能外,还承担着为室内除湿的功能,若新风量不足,除湿量达不到要求,房间夏季结露问题很难解决。
所以在常规空调系统中可有可无的新风系统在本套系统中成了不可分割的一部分。
同时新风系统对均匀送风的要求很高,需要有高效的新风系统。
冷辐射面温度低于空气露点温度就可能发生凝露。
要采取措施控制冷辐射面温度高于露点可防止凝露。
可采取如下措施:
1、高温冷水制冷。
让供水温度尽量低,以满足制冷需要,但又要以确保冷辐射表面温度高于空气露点,不会发生凝露为前提。
2、湿度控制。
通过冷凝或吸附等手段,控制湿度,降低空气的露点,避免发生凝露。
3、露点控制器。
露点控制器对环境的温度和湿度及时感应计算出即时的露点,可以根据预设定把信号在发生凝露危险时发送信号切断冷水或加大除湿能力,确保万无一失,不会发生冷辐射面凝露。
(二)、关于安装毛细管网的壁面开裂问题
毛细管网水温一般供冷时不低于l8℃、供暖时不高于38℃,壁面温度终年在20~30℃之问,温差l0℃以内,热胀冷缩量很小,原则上造成面层开裂的几率很小。
开裂问题多是因面层下安装了毛细管网,粗装层施工不到位发生空鼓引起,遇到此问题可采取以下施工措施:
1、将界面剂喷射到安装了毛细管网的壁面,直到完全均匀覆盖,干燥凝固。
2、把柔性聚合物砂浆或石膏等按比例和匀,抹在安装毛细管网的壁面上,把毛细管网薄薄覆盖。
3、敷设玻纤网或钢丝网片,与砂浆紧密结合压坚。
五、结论与展望
综上所述,通过对毛细管辐射式空调末端系统的特点、材料以及现状介绍,分析目前其市场的应用情况不够成熟,还存在很多的设计缺陷和出图标准,此种空调系统缺乏常规空调系统的估算值,且又有很多新概念,例如温湿度独立控制的概念、置换送风系统的概念,辐射供冷供热有效温度的概念,地源热泵等自然界低品位能源直接利用的概念、能源梯级利用的概念,但作为一种新型的节能舒适型空调形式,通过同行的探讨和研究,相信一定会尽快发展起来的。