毛细管辐射式空调系统及应用前景

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。

优质的PP-R毛细管网常温常压下能使用50年[4]。

1.2工作原理
毛细管辐射式空调系统一般由热交换器、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。

它模拟植物叶脉和人体的毛细血管机制，在室内形成毛细管网，利用毛细管网散热面积大、换热效率高的优势，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；同时，由于毛细管网表面或辐射体表面与室内空气温差较小，能
有效改善室内舒适度。

1.3毛细管网的安装形式
毛细管辐射式空调系统的安装形式有很多，通常安装在吊顶、地面和墙壁，有隐蔽安装和半隐蔽安装方式。

将毛细管网安装在围护结构的表层内，外面采用装饰面封闭或与结构体结合的安装方式称为隐蔽安装，即相当于暗装；将毛细管网安装在围护结构的表面以外，不与围护结构结合，做成模块，外面用格栅等装饰物进行修饰遮挡，则称为半隐蔽安装，即相当于明装。

2毛细管辐射式空调系统的优缺点
2.1优点
（1）高节能性
传统的空调系统使用同一冷源对空气进行降温和除湿，这就要求冷源温度必须处于露点温度之下，但室内的降温只需要冷源温度低于室内空气的干球温度，因此可能造成能源的浪费。

另外，系统采用冷凝方式对空气进行冷却和除湿，其吸收的显热与潜热比只能在一定的范围内变化，而建筑物实际需要的热湿比却在较大的范围内变化，因此，要解决空气处理的显热与潜热比与室内热湿负荷相匹配的问题，就必须寻找新的除湿方式。

而毛细管辐射式空调系统采用温湿度独立控制系统，由独立新风系统承担湿负荷及潜热负荷，室内辐射末端负责去除显热负荷，避免了能源的浪费。

散热器采暖供回水温度为85℃/70℃，目前的低温热水地板辐射采暖供回水温度为60℃/50℃，而毛细管辐射式空调系统由于其极大的散热面积，采暖的供水温度为28~32℃时就能达到室内的采暖要求[4]。

另外，毛细管辐射式空调系统还可以和其他形式的冷热源结合使用，尤其是与土壤源热泵、闭式地表水水源热泵以及空气源热泵等配套使用。

夏季可以采用地下水直供，不需要开启机组制冷，节能效果更明显。

全年运行费用比常规“风冷冷水机组、电/燃气锅炉、风机盘管系统”可节能60%～70%[5]。

（2）高舒适性
传统空调室内末端系统采用的是室内风机盘管加新风，它依靠室内送回风口的点传热来满足空间温度平衡，这造成室内温度分布不均匀及温差大、升温慢等现象出现。

而毛细管辐射式空调系统是将毛细管平铺于室内地板或顶板上，使室内由点传热转化为平面传热，确保室内温度分布均匀。

另外，大多数空调通过冷表面对空气进行降温除湿，这些冷表面容易潮湿甚至积水，成为霉菌繁殖的最好场所，而毛细管辐射式空调系统由于主要通过辐射方式供热制冷，无潮湿表面，室内无吹风感、无风机噪音，而且新风系统也能有效的改善室内空气质量，降低室内CO
浓度。

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（3）安装方便
传统的风机盘管系统方式，为了排列各种送回水管、冷凝水管等而在室内增加吊顶或其他繁杂的工序，这不仅使安装难度加大，而且还浪费了很大的室内空间。

而毛细管网栅形态超薄（仅4.3mm）且柔软易弯曲、荷载小（满水后仅为600~900g/m2)[4]，便于与装饰层结合使用，可以方便地安装在地面、墙面或顶棚，对装饰影响最小并节省空间。

毛细管网平面辐射空调系统不仅适合于新建筑，对于旧建筑的节能改造更有传统空调不可替代的意义。

2.2缺点
（1）毛细管网是基于温湿度独立控制系统下控制室内温度时的末端装置，由于其直接与室内空气接触，用的又是低温热源，有可能产生结露问题，这就对湿度控制系统提出了更高的要求。

（2）虽然毛细管网辐射式空调系统既能供暖又能制冷，在理论上能满足室内需求，但国内对于辐射制冷仍存在争议，辐射制冷能否保证人体的舒适度仍有待进一步考证。

3毛细管辐射式空调系统的应用前景
毛细管辐射式空调系统作为一种高效的末端热交换设备，由于其突出的优越性而受到大众的关注，但其普及仍面临着不少问题。

目前的地板辐射供暖技术，既有国家标准又有地方标准，从设计到施工都可以参照执行，因此近年发展速度较快。

而辐射供冷系统尚无权威的设计依据、施工及质量验收依据和技术规程，只有浙江省出台了《地面辐射供暖及供冷应用技术规程》（J10858-2006），还有个别省份提出低温（水媒）辐射采暖（供冷）地板的热特性等技术要求，辐射供冷基本处在无法可依的局面，从而使工程设计人员无法着手设计，设计风险较大。

此外，毛细管辐射式空调系统是基于温湿度独立控制系统而运行，将室内显热负荷和潜热负荷分离处理，因此有诸多和传统空调设计的不同之处，对设计人员和安装人员都有新的要求，需进行较大规模的宣传和培训。

尽管如此，我国的毛细管网技术仍取得了一些成果。

目前，毛细管辐射式空调系统和产品的标准及应用技术规程正处在制定的准备阶段，北京某公司与北京化工大学等单位合作制定的《无规共聚聚丙烯(PP-R)毛细管网换热器企业标准》（Q/CYPLF001-2007）已经在北京市技术监督局备案发布，有望在进一步修改完善后成为行业标准或规程。

此外，北京某公司已经自主研发毛细管生产技术并已通过国家空调设备质量监督检验中心和国家化学建筑材料测试中心的检测，实现了毛细管网的国产化。

近年来，已有部分建筑采用毛细管辐射式空调系统作为示范工程，在“国奥村”等国家重点工程中也有应用，部分房地产企业还将采用毛细管网系统的建筑与绿色节能建筑联系在一起作为新卖点，部分设计单位和厂家也开始尝试参与毛细管辐射式空调系统的设计工作，市场的接受率也在不断地提高，特别是国产毛细管网的研制成功，有效地降低了生产成本，使大面积推广成为可能。

4结束语
随着能源短缺形势和环境污染情况的加剧，节能、环保已成为我国实现可持续发展的基本国策，利用新能源、研究高效换热设备是持续发展的重要手段。

毛细管辐射式空调系统作为一种拥有高效的末端热交换设备的系统，在国外如德国、英国、巴西、北美等地区应用的较为广泛[4]，在我国也必然拥有一定的市场。

可以预见，毛细管辐射式空调系统有望成为未来建筑采暖制冷的主流方式之一。

参考文献：
[1]蒋露.毛细管平面空调系统室内热环境数值模拟[D].河北：华北电力大学,2007.
[2]张存泉.关于毛细管网辐射式空调系统[J].供热制冷,2008(7)：20.
[3]任杰,兰海,周井明.毛细管网平面辐射空调系统应用与推广[J].供热制冷,2008(6)：
27-29.
[4]张华俊.毛细管网平面辐射空调系统市场前景广阔[J].供热制冷,2008(6)：21.
[5]马玉奇,刘学来等.毛细管平面空调系统简介[J].建筑节能,2007(11)：5-7.
作者简介：张晶（1988-），男，在读硕士研究生，研究方向：空气湿度调节。