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毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)技術(shù)——實(shí)現(xiàn)可再生能源最大程度應(yīng)用的空調(diào)技術(shù) 

一、毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)基本原理及發(fā)展史

1.人體恒溫原理

所有的恒溫動(dòng)物都有一層富含毛細(xì)血管的表皮，我們?nèi)祟愐彩且粯印?/p>

這層毛細(xì)血管幫助我們調(diào)節(jié)體內(nèi)的溫度，在外部環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)讓我們的體溫控制在36℃，從而使我們體內(nèi)的器官不受外部環(huán)境溫度影響。

周圍溫度高：皮膚表面血管擴(kuò)張，血流增加，皮膚散熱。

周圍溫度低：皮膚表面血管收縮，血流降低，防止體溫散失。

2.毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)原理

采用3.4x0.55mm或4.3x0.8mm的塑料材質(zhì)毛細(xì)管組成間隔10mm-30mm的網(wǎng)柵，在網(wǎng)柵中和人體血管中的液體流動(dòng)速度基本相同，都在0.05-0.2m/s之間。輻射60%，對(duì)流40%的形式使得此種制冷或供暖形式等同于自然界物體間的動(dòng)態(tài)熱平衡規(guī)律，以及人體與周邊的傳熱比例。靜態(tài)環(huán)境使人體感到非常舒適，體感溫度比室溫高2~3℃，不會(huì)產(chǎn)生常規(guī)空調(diào)由于需要滿足制冷或制熱量而采用高速送風(fēng)時(shí)帶來的吹風(fēng)感和相應(yīng)的干燥感覺。

PPR毛細(xì)管網(wǎng)是理想的高效換熱器，這是由其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料特點(diǎn)決定的。毛細(xì)管熱泵空調(diào)系統(tǒng)是指利用毛細(xì)管作為采集能量的前端采集器或釋放能量的末端散冷散熱器。熱泵空調(diào)根據(jù)需要可以采用水源熱泵主機(jī)，也可以采用空氣源熱泵主機(jī)。在冬季毛細(xì)管輻射供熱工況，供水水溫只需30℃-35℃即能達(dá)到室溫20℃±2℃；夏季毛細(xì)管輻射供冷工況，輔以置換新風(fēng)的除濕系統(tǒng)，供水水溫只需18℃即能達(dá)到室溫26℃±2℃。為了區(qū)別于傳統(tǒng)工況的空調(diào)系統(tǒng)，特命名為毛細(xì)管熱泵空調(diào)系統(tǒng)。

3.國內(nèi)外毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)技術(shù)發(fā)展史

1985年，德國人Donald Herbs發(fā)明了毛細(xì)管網(wǎng)系統(tǒng)。

1986年，在德國柏林的一個(gè)項(xiàng)目中首次應(yīng)用。

1994年，德國 CLINA毛細(xì)管技術(shù)有限公司在柏林成立。

在那前后，又成立了德國BEKA采暖制冷股份有限公司和德國地之氣環(huán)保設(shè)計(jì)有限公司。

至2016年，上述三家制造商公司在美國、澳洲、瑞士、瑞典、荷蘭、俄羅斯等西方國家已廣泛推廣毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)。

至2016年底，國內(nèi)涉足毛細(xì)管技術(shù)推廣工作的公司已經(jīng)多達(dá)幾十家以上。這些企業(yè)的發(fā)展路線不盡相同。有集生產(chǎn)銷售和技術(shù)服務(wù)于一體的碧巢氏/思開因、普來福、圖博、德貝納、帝思邁、森普達(dá)/瑞德同創(chuàng)、開思拓等制造/產(chǎn)品供應(yīng)商， 也有際高建業(yè)、譽(yù)德控股、華陽舒適、塞夫納、唯綠科技、KARO、兆亨、華清地?zé)?、震塑能源、盛禾佳筑、中瑞天銘等以工程服?wù)為主的集成/安裝商，還有以中國金茂、中信國安、萬年基業(yè)、當(dāng)代置業(yè)、萬科、中鐵置業(yè)、大苑地產(chǎn)、朗詩地產(chǎn)、萬通地產(chǎn)、南京鋒尚等走綠色建筑技術(shù)路線的開發(fā)商的積極參與。

4.毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)的低火用技術(shù)展示

眾所周知，火用的概念源于熱力學(xué)對(duì)熱變功的描述。由熱力學(xué)第二定律得知：熱力循環(huán)過程中，熱能不可能百分之百地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。其中，可以最大轉(zhuǎn)化為機(jī)械能形式的那部分熱能稱為火用，而無法轉(zhuǎn)化為機(jī)械能形式的那部分熱能稱為火無。因此，電能可以被看作為100%的火用，而與環(huán)境溫度相同的水則可以被看作為100%的火無。

在討論能量轉(zhuǎn)換和利用時(shí)，衡量能量品位高低不是能量的絕對(duì)擁有量，而是能量中所含火用的比例。正因?yàn)槿绱?，人們將接近環(huán)境溫度的熱能稱為低火用能源，如海水，地?zé)?，低溫廢熱，地道風(fēng)等。相應(yīng)地，將允許使用低品位能源來供熱和制冷的系統(tǒng)稱為低火用系統(tǒng)。利用低火用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供熱和空調(diào)的建筑稱為低火用建筑。相應(yīng)的技術(shù)則稱為低火用技術(shù)。

2000年以來，在德國興起的毛細(xì)管換熱技術(shù)不僅在歐美國家受到越來越多的建筑師和暖通工程師的青睞，而且在我國建筑業(yè)正在引起越來越大關(guān)注。將德國毛細(xì)管專利技術(shù)引入國內(nèi)，結(jié)合我國不同地區(qū)氣象條件和建筑特點(diǎn)，研制開發(fā)出輻射換熱、重力循環(huán)、相變蓄能及各種換熱組合的毛細(xì)管換熱技術(shù)。其原理就是基于小溫差、大流量的低火用技術(shù)。

二、系統(tǒng)組件簡(jiǎn)介

1.毛細(xì)管網(wǎng)柵

網(wǎng)柵模擬人體的毛細(xì)血管機(jī)制。網(wǎng)柵由直徑為4.3X0.8 mm或3.4x0.55的毛細(xì)管構(gòu)成，進(jìn)水和出水間距為10-40mm。集合管為圓形20x2.0或橢圓形20x12x2.0。網(wǎng)柵長(zhǎng)度和寬度可根據(jù)房間尺寸定制。最大寬度1米(1000mm)，長(zhǎng)度定制范圍為1米-6米(1000-6000mm )。毛細(xì)管的材質(zhì)是PP-R 或PERT塑料。

2.網(wǎng)柵安裝方式分類

    

3.毛細(xì)管重力循環(huán)柜

毛細(xì)管重力循環(huán)空調(diào)以自然對(duì)流和置換通風(fēng)為基本原理，借助冷熱空氣的密度差為驅(qū)動(dòng)力，促使空氣循環(huán)。 這種允許結(jié)露的超靜音柜體還能實(shí)現(xiàn)除濕功能。當(dāng)空氣中多余的水分在冷柜內(nèi)產(chǎn)生凝結(jié)時(shí)，冷凝水通過冷柜底部的排水管即時(shí)排出。將它們同室內(nèi)不允許結(jié)露的冷吊頂結(jié)合使用，空調(diào)系統(tǒng)的整體效果更好。相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：1.2mx0.19mx2.4m標(biāo)準(zhǔn)柜體制冷量可達(dá)1500W，除濕量0.5kg/h，相當(dāng)于10個(gè)成年人靜坐所產(chǎn)生的濕量。

4.單元換熱站

分/集水器構(gòu)成獨(dú)立的供暖循環(huán)控制系統(tǒng)，可單獨(dú)調(diào)節(jié)各供暖回路。在分水器前安裝了一個(gè)溫控閥，可靈敏、快速、準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)水流速度，保證快速調(diào)節(jié)。 為了通過壓力平衡來調(diào)解熱循環(huán)系統(tǒng)，從而達(dá)到整個(gè)被聯(lián)結(jié)的網(wǎng)柵得到均勻的水流，在集水器上安裝一個(gè)調(diào)節(jié)閥。我們通過耐腐蝕旋緊螺紋來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水溫的目的。 自動(dòng)快速排氣閥負(fù)責(zé)完成整個(gè)被連接網(wǎng)柵系統(tǒng)的排氣控制工作。

5.重要的配件及工具

  

6.露點(diǎn)感應(yīng)器及控制器

露點(diǎn)感應(yīng)器會(huì)自動(dòng)探測(cè)到毛細(xì)管網(wǎng)柵和周圍環(huán)境的（濕度變化）電阻變化,這種變化將傳送到室內(nèi)溫度控制器，并由它指揮控制閥開閉;控制器可設(shè)定室內(nèi)溫度和控制多個(gè)電動(dòng)閥門開啟。

三、毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)特點(diǎn)分析

1.優(yōu)勢(shì)

1) 網(wǎng)柵高度僅幾個(gè)毫米，不占用房間內(nèi)有效空間；

2) 小的網(wǎng)柵間隔能夠使得房間內(nèi)部溫度場(chǎng)分布更均勻；

3) 冷卻吊頂?shù)膫鳠嶂休椛洳糠炙嫉谋壤^高,這樣可降低室內(nèi)垂直溫度梯度,提高人體舒適感,使室內(nèi)環(huán)境的舒適性較高；

4) 可以與低品位能冷熱源結(jié)合成多樣的制冷/制熱系統(tǒng)，為空調(diào)技術(shù)的發(fā)展提供一條新途徑；

5) 可以與不同類型的吊頂相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)不同的工藝做法，非常靈活。

2.局限性

1) 毛細(xì)管鋪設(shè)的表面溫度必須要高于室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度，使其單位面積制冷量受到限制；

2) 濕負(fù)荷需要新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)，加大了新風(fēng)機(jī)組冷卻盤管的冷凍除濕負(fù)荷；

3) 由于毛細(xì)管管徑很細(xì)，對(duì)系統(tǒng)的水質(zhì)要求很高；

4) 對(duì)設(shè)計(jì)與施工配合均有很高的要求；

5) 對(duì)建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫和氣密性要求嚴(yán)格。

3.經(jīng)濟(jì)技術(shù)性分析

1) 熱舒適性：    

熱舒適性是評(píng)價(jià)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，對(duì)各種形式的空調(diào)系統(tǒng)舒適性的調(diào)查結(jié)果我們不難看出毛細(xì)管系統(tǒng)的受歡迎程度。

2) 毛細(xì)管的制冷能力：

毛細(xì)管席60%的冷量是通過輻射形式進(jìn)行傳遞，40%的冷量是通過對(duì)流方式進(jìn)行傳遞。毛細(xì)管席制冷能力受產(chǎn)品形式及安裝方式的影響, 可以和常規(guī)制冷機(jī)及鍋爐組合使用,也可以與土壤熱泵機(jī)組直接配套,與后者組合使用可達(dá)到最佳的節(jié)能效果。毛細(xì)管輻射系統(tǒng)一旦安裝完畢,無需任何維護(hù)費(fèi)用。

3) 投資分析：

由于毛細(xì)管基本不占用吊頂空間，因而可降低房間層高要求，從而大大節(jié)省建筑投資。圖為毛細(xì)管系統(tǒng)與變風(fēng)量系統(tǒng)的投資比較：

從圖中可以看出：毛細(xì)管系統(tǒng)與變風(fēng)量系統(tǒng)相比，其在投資和安裝費(fèi)用上均低于變風(fēng)量系統(tǒng)，并且隨著建筑物規(guī)模及冷負(fù)荷的增大，這種優(yōu)勢(shì)越明顯。

4.適合WELL及LEED標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)特點(diǎn)

1) 極高的室內(nèi)環(huán)境熱舒適性，主要通過輻射方式供冷供熱 ，室內(nèi)溫度分布均勻，無溫度死角，室內(nèi)無吹風(fēng)感，無風(fēng)機(jī)噪音, 是國際上公認(rèn)使室內(nèi)舒適程度最高的空調(diào)末端系統(tǒng)。

2) 高空氣品質(zhì)，新風(fēng)系統(tǒng)有效改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，降低室內(nèi)CO2濃度。

3) 有效控制房間濕度,通過濕度傳感器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)冬季加濕、夏季除濕,各房間溫濕度可精確、靈活的進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

4) 節(jié)能，各組成部分的高效性能，使得整個(gè)系統(tǒng)的能耗顯著降低。

5) 運(yùn)行費(fèi)用低，全年運(yùn)行費(fèi)用比常規(guī)“風(fēng)冷冷水機(jī)組＋電/燃?xì)忮仩t＋風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)”可節(jié)省60％~70％。

6) 無較低的復(fù)式吊頂，房間空間感好。

四、毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)基本設(shè)計(jì)方法

1. 按照人體最佳熱舒適區(qū)確定房間設(shè)計(jì)溫濕度。

2. 根據(jù)房間設(shè)計(jì)溫濕度確定人體感知溫度和房間露點(diǎn)溫度。人體感知溫度是室內(nèi)溫度和房間表面溫度的平均值，露點(diǎn)溫度可通過焓濕圖確定。

3. 系統(tǒng)供水溫度的確定取決于露點(diǎn)溫度，在安全范圍內(nèi)供水溫度應(yīng)盡可能地接近露點(diǎn)溫度。理論研究表明，供水溫度高于露點(diǎn)溫度0.5 ℃既無結(jié)露危險(xiǎn)。但為安全起見，一般取供水溫度高于露點(diǎn)溫度1 ℃。

4. 系統(tǒng)供回水溫差相應(yīng)地選擇在2~3 ℃之間，不應(yīng)太大。溫差的增加盡管會(huì)減少流量，但同時(shí)降低了供回水平均溫度和室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的差，從而減少了制冷量。

5. 按不穩(wěn)定傳熱法逐時(shí)計(jì)算冷熱負(fù)荷，并取典型房間冷負(fù)荷Q濕負(fù)荷W。

6. 根據(jù)建筑及裝修要求，確定典型房間毛細(xì)管網(wǎng)鋪設(shè)方式（吊頂、墻壁、地面），繪圖鋪設(shè)。

7. 根據(jù)不同的鋪設(shè)方式及平均中間溫度（即供回水平均溫度和室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的差）查右側(cè)表，確定毛細(xì)管網(wǎng)所提供的顯熱負(fù)荷Qx。

8. 確定典型房間送風(fēng)熱濕比線：

ε =(Q-Qx)/W  ，

注意：如室內(nèi)溫濕度要求較為嚴(yán)格，新風(fēng)就需沿ε2熱濕比線送風(fēng)。

9. 新風(fēng)量確定：

1) 室內(nèi)人員所需新風(fēng)量；

2) 消除室內(nèi)余熱余濕所需新風(fēng)量；

3) 保證室內(nèi)正壓要求所需新風(fēng)量

取其大值做為計(jì)算新風(fēng)量。

如(1)、(2)計(jì)算得到的新風(fēng)量遠(yuǎn)大于(3)得到的新風(fēng)量，考慮設(shè)排風(fēng)熱回收裝置。

10. 確定新風(fēng)處理方式：

⑴ 冷凍除濕；⑵ 溶液除濕；⑶ 固體除濕；

11. 確定冷熱源 

1) 優(yōu)先按照新風(fēng)機(jī)組和毛細(xì)管網(wǎng)的需求分別配置冷熱源，即溫濕度獨(dú)立控制；

2) 如條件限制必須采用同一冷熱源，毛細(xì)管供水溫度應(yīng)獨(dú)立可調(diào)節(jié)。

12. 根據(jù)單位面積制冷量和系統(tǒng)供回水溫差即可求出單位面積水流量。

13. 根據(jù)房間設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷和上述的單位面積制冷、制熱量來計(jì)算房間毛細(xì)管鋪設(shè)面積，并取其中的較大值作為最終鋪設(shè)面積。同時(shí)保證有效安裝面積為房間凈使用面積的75~90%。

14. 根據(jù)鋪設(shè)區(qū)域的短邊來確定毛細(xì)管席長(zhǎng)度。

15. 根據(jù)房間毛細(xì)管最終鋪設(shè)面積和單位面積水流量可計(jì)算出房間設(shè)計(jì)水流量。

16. 根據(jù)房間設(shè)計(jì)水流量和毛細(xì)管席集合管(De20x2.0)的允許最大流量來確定并聯(lián)環(huán)路的個(gè)數(shù)。

17. 根據(jù)已確定的毛細(xì)管席長(zhǎng)度所允許的最大流量來確定每個(gè)并聯(lián)環(huán)路的毛細(xì)管席個(gè)數(shù)。

18. 根據(jù)每個(gè)并聯(lián)環(huán)路的設(shè)計(jì)水流量和已確定的毛細(xì)管席長(zhǎng)度查下表來確定該環(huán)路的壓力損失。

19. 為確保每層各房間阻力平衡，可采取如下措施：

1) 設(shè)計(jì)中盡可能地使各房間毛細(xì)管長(zhǎng)度接近；

2) 設(shè)計(jì)中盡可能讓房間支干管比摩阻減小。

3) 各房間回水管設(shè)置靜態(tài)平衡閥，并在初調(diào)試中確定管徑和調(diào)整圈數(shù)。

五、成本增量

價(jià)格成本增量的原因，是該系統(tǒng)施工的周期和人工成本相對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)要長(zhǎng)的多、貴的多，一個(gè)正常的毛細(xì)管系統(tǒng)施工周期是：

1. 先于裝修進(jìn)場(chǎng)劃線定位，并開始風(fēng)管系統(tǒng)施工；

2. 地面毛細(xì)管鋪設(shè)和新風(fēng)管鋪設(shè)要和裝修單位有兩個(gè)交叉配合層面；

3. 頂面毛細(xì)管鋪設(shè)和表面抹灰處理也和裝修單位兩兩交叉配合；

4. 最后裝修撤場(chǎng)還有全面的系統(tǒng)調(diào)試和記錄。而傳統(tǒng)空調(diào)涉及隱蔽的室內(nèi)掛機(jī)及管網(wǎng)幾乎2周工作日就能完成。

目前，有幾種在家裝毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施的方式，其造價(jià)也會(huì)不一樣，僅在此作為參考：

1. 以毛細(xì)管地面輻射采暖為主，兼考慮節(jié)省冬季采暖運(yùn)行費(fèi)用。夏季空調(diào)或者換氣仍通過傳統(tǒng)空調(diào)解決。這類應(yīng)用不含冷熱源、新風(fēng)系統(tǒng)和采暖設(shè)備，毛細(xì)管末端部分造價(jià)在300-450元/建面不等（材料、工藝等區(qū)別）。

2. 以毛細(xì)管頂棚輻射制冷、制熱為主，新風(fēng)考慮室內(nèi)濕度，無需傳統(tǒng)室內(nèi)空調(diào)和地暖。這類應(yīng)用不含冷熱源，組合毛細(xì)管末端+新風(fēng)末端+機(jī)房設(shè)備+系統(tǒng)自控的造價(jià)在350-600元/建面不等（材料、工藝等區(qū)別）。

3. 以毛細(xì)管頂棚輻射制冷、毛細(xì)管地面輻射采暖為主（在建筑節(jié)能指標(biāo)較高條件下，地面采暖也可用常規(guī)地暖替代），新風(fēng)考慮室內(nèi)濕度。這類應(yīng)用不含冷熱源下，組合毛細(xì)管末端+新風(fēng)末端+機(jī)房設(shè)備+系統(tǒng)自控的造價(jià)在350-800元/建面不等（材料、工藝等區(qū)別）。

4. 只考慮室內(nèi)空氣鮮氧度和無塵環(huán)境，采用地板式置換新風(fēng)系統(tǒng)，室內(nèi)冷熱由傳統(tǒng)空調(diào)解決，不含冷熱源的新風(fēng)設(shè)備+風(fēng)系統(tǒng)末端造價(jià)在250-350元/建面不等（材料、工藝等區(qū)別）。

以上價(jià)格基于住宅建面來計(jì)算，一般建面越大造價(jià)成本反而越低。有些人會(huì)有疑問，為什么以建面為概算指標(biāo)而不是空調(diào)面積或者套內(nèi)面積計(jì)算，那是因?yàn)椋ㄖ锏睦錈嶝?fù)荷要考慮室內(nèi)與建筑結(jié)構(gòu)的傳熱，另外像儲(chǔ)藏室和車庫這類非空調(diào)區(qū)域也分擔(dān)著建筑物的負(fù)荷與能耗，故我們以建筑面積作為概算指標(biāo)基礎(chǔ)，待方案確定后會(huì)出具詳細(xì)的施工預(yù)算和材料清單。

總體通過經(jīng)驗(yàn)與實(shí)例分析，針對(duì)住宅集中集中冷熱源系統(tǒng)，毛細(xì)管空調(diào)的單方成本增量可以控制在350-450元/建面（含冷熱源）。

結(jié)語

鑒于現(xiàn)行毛細(xì)管空調(diào)系統(tǒng)的一些弊端：

 

在推廣毛細(xì)管空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)用建議考慮空氣源熱泵的冷熱源模式：

 

毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)主要由四大部分組成：

1. 室外的冷熱源

即與建筑物室內(nèi)環(huán)境交換熱量的源頭或者說是目標(biāo)方向。常見的有涉及江河湖海或地下水源，土壤源（一般60-100米深度取能居多），空氣源（最為常見）。

2. 機(jī)房設(shè)備及輸送系統(tǒng)

即將建筑物與冷熱源交換能量的媒介。涉及的設(shè)備有熱泵主機(jī)、新風(fēng)主機(jī)、水泵、換熱站等水力輸送系統(tǒng)。

3. 室內(nèi)末端系統(tǒng)

有解決室內(nèi)相對(duì)濕度、無塵、鮮氧度的送回風(fēng)系統(tǒng)，有解決室內(nèi)溫度均勻的毛細(xì)管輻射系統(tǒng)（可以出現(xiàn)頂棚、墻面、地面鋪設(shè)幾種方式，也可并存）。

4. 智能控制系統(tǒng)

有相關(guān)子系統(tǒng)比如：室內(nèi)分室溫度、濕度控制，環(huán)境露點(diǎn)保護(hù)控制，機(jī)房設(shè)備一鍵控制，水力節(jié)能分配控制，遠(yuǎn)程控制等。

從以上系統(tǒng)組成并結(jié)合毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)來看，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)環(huán)境衡溫、舒濕、鮮氧、無塵、無噪的健康居住品質(zhì)，幾乎把這套系統(tǒng)作為潔凈空調(diào)來處理，而因此系統(tǒng)確實(shí)復(fù)雜，涉及的產(chǎn)品成本確實(shí)有所提高。而一般常規(guī)空調(diào)頂多滿足下溫度處理（溫度波動(dòng)在6-8度），室內(nèi)偶爾的換氣處理，也不需要考慮設(shè)備少而依賴自動(dòng)化控制。