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毛细管平面辐射空调系统
建筑能耗占整个能耗的40%左右,是最有潜力的节能领域。毛细管网换热器结构具有换热面积大、流量分配均匀、水流阻力小、散热效果好的优点,还能够耐高温、耐高压、耐腐蚀,是一种理想的高效换热器,用途十分广泛。毛细管网换热器的突出的优点是能够有效利用低 品位的能源,尤其是可再生能源(如太阳能,以及土壤、地下水、空气、污水、地表水、发电厂废水等说蕴含的能量),还可以提高空调系统的能效,做到节能减排环保并提高建筑物的品质。毛细管网换热器与地源热泵或空气源热泵结合,加上合理的控制组成一个节能系统,节能可达70%;如果再配套太阳能和冷热储能系统,节能可达90%左右。毛细管网换热器与“节能减排降耗、提升建筑品质”关系密切,具有巨大推广应用前景。

+ 展开温湿度独立控制空调技术简介

(1)常规空调技术存在的问题
从人体的热舒适与健康出发,要求对室内温度、湿度进行全面控制。夏季人体舒适区为25℃,相对湿度60%,此时露点温度为16.6℃。空调排热排湿的任务可以看成是从25℃的环境中向外界排热,在16.6℃的露点温度的环境下向外界排湿。目前空调方式的排热排湿都是通过空气冷却器对空气进行冷却和冷凝除湿,再将冷却干燥的空气送入室内,实现排热排湿的目的。常规温湿度混合处理的空调方式存在如下问题:
1.能源浪费。使用一套系统同时制冷和除湿,为了满足用冷凝方法排除室内余湿,冷源的温度需要低于室内空气的露点温度,考虑传热温差与介质输送温差,实现16.6℃的露点温度需要约7℃的冷源温度,这是现有空调系统采用5~7℃的冷冻水、房间空调器中直接蒸发器的冷媒蒸发温度也多在5℃的原因。在空调系统中,占总负荷一半以上的显热负荷部分,本可以采用高温冷源排走的热量却与除湿一起共用5~7℃的低温冷源进行处理,造成能量利用品位上的浪费。而且,经过冷凝除湿后的空气虽然湿度(含湿量)满足要求,但温度过低,有时还需要再热,造成了能源的进一步浪费与损失。
2.难以适应热湿比的变化。通过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。一般是牺牲对湿度的控制,通过仅满足室内温度的要求来妥协,造成室内相对湿度过高或过低的现象。过高的结果是不舒适,进而降低室温设定值,通过降低室温来改善热舒适,造成能耗不必要的增加;相对湿度过低也将导致由于与室外的焓差增加使处理室外新风的能耗增加。
3.造成室内空气品质下降。大多数空调依靠空气通过冷表面对空气进行降温除湿,这就导致冷表面成为潮湿表面甚至产生积水,空调停机后这样的潮湿表面就成为霉菌繁殖的理想场所。空调系统繁殖和传播霉菌成为空调可能引起健康问题的主要原因。另外,目前我国大多数城市的主要污染物仍是可吸入颗粒物,因此有效过滤空调系统引入的室外空气是维持室内健康环境的重要问题。然而过滤器内必然是粉尘聚集处,如果再漂溅过一些冷凝水,则也成为各种微生物繁殖的理想场所。频繁清洗过滤器既不现实,也不是根本的解决方案。
4.传统的室内末端装置有局限性。为排除足够的余热余湿同时又不使送风温度过低,就要求有较大的循环通风量。例如每平方米建筑面积如果有80 W/m2显热需要排除,房间设定温度为25℃,当送风温度为15℃时,所要求循环风量为24 m3/hr/m2,这就往往造成室内很大的空气流动,使居住者产生不适的吹风感。为减少这种吹风感,就要通过改进送风口的位置和形式来改善室内气流组织。这往往要在室内布置风道,从而降低室内净高或加大楼层间距。很大的通风量还极容易引起空气噪声,并且很难有效消除。在冬季,为了避免吹风感,即使安装了空调系统,也往往不使用热风,而是通过另一套的暖气系统(如采暖散热器)供热。这样就导致室内重复安装两套环境控制系统,分别供冬夏使用。
5.输配能耗的问题。为了完成室内环境控制的任务就需要有输配系统,带走余热、余湿、CO2、气味等。在中央空调系统中,风机、水泵消耗了40%~70%的整个空调系统的电耗。在常规中央空调系统中,多采用全空气系统的形式。所有的冷量全部用空气来传送,导致输配效率很低。相对而言,1m3水所输送的热量和3840 m3空气所输送的热量是相当的。
此外,随着能源问题的日益严重,以低品位热能作为夏季空调动力成为迫切需要。目前北方地区大量的热电联产集中供热系统在夏季由于无热负荷而无法运行,使得电力负荷出现高峰的夏季热电联产发电设施反而停机,或者按纯发电模式低效运行。如果可以利用这部分热量驱动空调,既省下空调电耗,又可使热电联产电厂正常运行,增加发电能力。这样即可减缓夏季供电压力,又提高能源利用率,是热电联产系统继续发展的关键。由于空调负荷在一天内变化显著,与热电联产电厂提供热能并不是很好匹配,如何实现有效的蓄能,以协调二者的矛盾也是热能使用当中存在的问题。
综上所述,空调的广泛需求、人居环境健康的需要和能源系统平衡的要求,对目前空调方式提出了挑战。新的空调应该具备的特点为:减少室内送风量、高效换热末端、采用低品位能源、设置冷热蓄能系统。从如上要求出发,目前普遍认为温湿度独立控制空调技术可能是一个有效的解决途径。
(2)温湿度独立控制空调技术的特点
空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2与异味的任务。研究表明:排除室内余湿与排除CO2、异味所需要的新风量与变化趋势一致,即可以通过新风同时满足排除余湿、CO2与异味的要求,而排除室内余热的任务则通过其他的系统(独立的温度控制系统)来实现。由于无需承担除湿的任务,因而用较高温度的冷源即可实现排除余热的任务。
温湿度独立控制空调系统中,采用温度与湿度两套独立的空调控制系统,分别控制、调节室内的温度与湿度,从而避免了常规空调系统中热湿联合处理所带来的损失。由于温度、湿度采用独立的控制系统,可以满足不同区域和同一区域不同房间热湿比不断变化的要求,克服了常规空调系统中难以同时满足温、湿度参数的要求,避免了室内湿度过高(或过低)的现象。
温湿度独立控制空调系统的基本组成为:处理显热的系统与处理潜热的系统,两个系统独立调节分别控制室内的温度与湿度(见图1)。
处理显热的系统包括:高温冷源、余热消除末端装置,采用水作为输送媒介。由于除湿的任务由处理潜热的系统承担,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,从而为天然冷源的使用提供了条件。即使采用机械制冷方式,制冷机的性能系数也有大幅度的提高。余热消除末端装置可以采用毛细管网换热器、辐射板、干式风机盘管等多种形式,由于供水的温度高于室内空气的露点温度,因而不存在结露的危险。处理潜热的系统,同时去除室内CO2、室内异味等,以保证室内空气质量。此系统由新风处理机组、送风末端装置组成,采用新风作为能量输送的媒介。在处理潜热的系统中,由于不一定需要处理温度,因而湿度的处理可能有多种方法,如冷凝除湿、吸附除湿等。
在温湿度独立控制空调系统中,采用新风来承担排除室内余湿、CO2和室内异味的任务,以保证室内空气质量。一般来说,这些排湿,排有害气体的负荷仅随室内人员数量而变化,因此可采用变风量方式,根据室内空气的湿度或CO2的浓度调节风量。由于仅是为了满足新风和湿度的要求,如果人均风量40 m3/hr,每人5平方米面积,则换气次数只在2~3次/hr,远小于变风量系统的风量。这部分空气可通过置换送风的方式从下侧或地面送出,也可采用个性化送风方式直接将新风送入人体活动区
室内的显热则通过另外的系统来排除(或补充)。由于这时只需要排除显热,就可以用较高温度的冷源通过辐射、对流等多种方式实现。当室内设定温度为25℃时,采用屋顶或垂直表面辐射方式,即使平均冷水温度为20℃,每平米辐射表面仍可排除显热40 W/m2,已基本可满足多数类型建筑排除围护结构和室内设备发热量的要求。由于水温一直高于室内露点温度,因此不存在结露的危险和排凝水的要求。
温湿度独立控制空调系统实现了室内温度和湿度的分别控制。尤其实现了新风量随人员数量的同步增减,从而避免了变风量系统冬季人员增加,热负荷降低,新风量也随之降低的问题;与目前的风机盘管加新风方式比较,免去了凝水盘和凝水排除系统,彻底消除了实际工程中经常出现问题的这一隐患,同时由于不再存在潮湿表面,根除了滋生霉菌的温床,可有效改善室内空气品质。由于室内相对湿度可一直维持在60%以下,较高的室温(26℃)就可以达到热舒适要求。这就避免了由于相对湿度太高,只得把室温降低(甚至到20℃),以维持舒适度要求的问题。既降低了运行能耗,又减少了由于室内外温差过大造成的热冲击对健康的危害。
(3)高温冷源的制备
由于潜热由单独的新风处理系统承担,因而在温度控制(余热去除)系统中,不再采用7℃的冷水同时满足降温与除湿的要求,而是采用约18℃的冷水即可满足降温要求。此温度要求的冷水为很多天然冷源的使用提供了条件,如深井水、通过土壤源换热器获取冷水等,深井回灌与土壤源换热器的冷水出水温度与使用地的年平均温度密切相关,我国很多地区可以直接利用该方式提供18℃冷水。在某些干燥地区(如新疆等)通过直接蒸发或间接蒸发的方法获取18℃冷水。
即使采用机械制冷方式,由于要求的压缩比很小,根据制冷卡诺循环可以得到,制冷机的理想COP将有大幅度提高。如果将蒸发温度从常规冷水机组的2~3℃提高到14~16℃,当冷凝温度恒为40℃时,卡诺制冷机的COP将从7.2~7.5提高到11.0~12.0。对于现有的压缩式制冷机、吸收式制冷机,怎样改进其结构形式,使其在小压缩比时能获得较高的效率,则是对制冷机制造者提出的新课题。图3是微型离心式高温冷水机组的工作原理,采用“双级压缩+经济器”的制冷循环形式和传热性能优异的高效传热管,优化设计离心式压缩机叶轮和轴承,不仅突破了离心式冷水机组难以小型化的误区,而且还具有非常高的性能系数COP。利用该微型离心式冷水机组制备高温冷水时的性能计算值。从图中可以看出:当冷冻水进、出水温度为21/18℃、冷却水进、出水温度为37/32℃时,其COP=7.1,在部分负荷条件下或冷却水温度降低时,其性能则更为优越。
(4)结论
与目前普遍使用的风机盘管加新风方式或全空气方式相比,温湿度独立控制系统的特点可总结如下:
适应室内热湿比的变化。温湿度独立控制系统分别控制房间的温度和湿度,能够满足建筑热湿比随时间与使用情况的变化,全面控制室内环境。并根据室内人员数量调节新风量,因此可获得更好的室内环境控制效果和空气质量。
末端方式不同。可采用辐射式末端或者干式风机盘管吸收或提供显热,采用置换通风等方式送出干燥的新风去除显热,冬夏共用同样的末端装置。处理显热的系统只需要18℃的冷水,这可通过多种低成本的和节能的方式提供,降低了运行能耗。
可以利用低品位能源,即使采用普通空调机组系统能效也会大大提高。这个特点有利于能源的广泛选择利用,特别有利于开发利用低品位的再生能源:如太阳能、地能、热电厂余热回收等,对节能减排降耗意义重大。
舒适度大大提高。没有强风感、没有噪声、不传播细菌,是一种健康绿色的空调方式。

+ 展开毛细管网换热器是温湿度独立控制空调技术的基石

一、毛细管网换热器的结构
毛细管网是一种集配式结构(见图5),具有以下特点:
1、换热均匀;
    2、水力损失小;
    3、换热面积大;
    4、换热效果好。
因此,毛细管网是一种高效换热器。毛细管网是PP-R原料制造,因此又具备了耐高温、耐高压、耐腐蚀的特点,用途广泛。毛细管网与散热层和保温层的结合使用进一步提高换热效率,合称为毛细管网换热器,是理想的高效换热器(见图6)。
二、正确应用毛细管网需要解决的问题
1、防止冷辐射表面凝露
这是人们在使用毛细管网制冷时首先要考虑的问题。实际上掌握了温湿度独立控制空调技术原理后就知道这个问题很容易解决了,有多种可靠的技术可以选择,关键在于以下两点。
(1)采用高温冷源。供水温度保证冷辐射表面在室温设计温度以下满足制冷要求,同时在室内露点温度以上不发生凝露。
(2)利用新风除湿。新风系统往往是高档建筑必备的,利用新风控制室内露点始终低于冷辐射表面的温度。
系统的组成与控制:高温冷源、毛细管网换热器、新风机组、除湿机组、温度-露点探测器、执行器。当有了露点信号的时候,通过提高循环介质的温度、加大新风量、降低新风温度等手段都可以避免凝露。
2、防止毛细管阻塞
(1) 建议采用独立的小型循环系统,与大系统连接时通过板式换热器隔开。
(2) 循环系统全部采用耐腐蚀的管道及阀部件,如塑料管、铜镀镍阀部件和连接件等。金属氧化物沉积会阻塞管道,游离的金属离子会对塑料管材老化产生影响。
(3)对系统的补充水进行过滤,防止大型颗粒物阻塞管道。如果系统始终在冷水状态下运行,不必考虑水质的软化问题。
(4)系统中需要加防冻液或除氧剂,或采取真空脱气措施。原因是塑料管是透氧的,采取以上措施可以防止管道内滋生微生物形成生物粘泥。
3、漏水修复
CLINA毛细管网是由PERT原料制造,干管漏水可以热熔修复,毛细管漏水可断开通过热熔手段焊死。毛细管网一般安装在装饰层下面,漏水点寻找及恢复比较方便,但是还是建议加强成品保护及警告措施,尽量避免破坏。
4、与装饰面层结合
毛细管网与装饰面层结合时可以随面层形状随意安装,但是要与装饰层结合紧密避免产生空气隔层影响换热。面层抹灰时应该注意有一定的厚度及使用聚合物砂浆,防止开裂。

+ 展开德国CLINA毛细管网栅的优点

1、最高效节能:毛细管网有极大的散热表面积,以辐射方式供暖制冷,采暖要求供水水温28-32℃,制冷要求供水水温16-18℃,高效节能。毛细管网与地源/水源热泵结 合使用可以达到最高热效率,比传统中央空调节能70%以上。
2、极高舒适度:以辐射方式采暖制冷,室内温度变化速度快,变化均匀,轻柔安静,没有空气流动和设备噪声。
3、安装方便: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—900克/平方米),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。产品一般免维修、免清洗。
4、节省空间、不增加建筑物荷载: 毛细管网栅安装厚度一般小于5毫米,充满水重量在600-900克/平米,可以灵活敷设在天花板、地面或墙壁上,安装极为方便。譬如一座20层的使用传统中央空调的大厦,如果使用毛细管网能够节省出2层空间, 产生巨大的经济效益。毛细管网平面辐射空调不仅适合于新建筑,对于旧建筑的节能改造更有传统空调不可替代的意义。
5、绿色环保:采用PERT进口原料制造,可靠使用五十年以上,原料卫生无毒,可以回收再循环使用,不会对环境造成污染。系统封闭运行,不产生废水废气污染。空气不对流,无尘降噪。
6、寿命长久:系统低温低压运行,避免高温高压带来的管路破坏,内壁不产生水垢。系统完全采用PERT、红铜等防腐蚀材料,并且通过合金钢热交换器与主循环隔开,氧气渗透不会导致腐蚀或郁积堵塞现象。优质的PERT毛细管网常温常压下使用五十年也能保持如新。
7、 免维修:一般每片管网在出厂前都要经过10倍工作压力(2MPa)的长时间严格测试,安装完成后还要用1MPa 压力对整个系统进行测试,当时如果出现漏点可以热熔焊接方式安全修复。日常使用中一般不会有损坏,可免维修。
德国CLINA毛细管网平面辐射空调与传统空调对比表

类别 

舒适健康

节能环保

安装

经济性

维护清洗

传统
空调

强风感、噪声、干燥、滋生细菌并潜伏军团菌、刺激呼吸道,易引发感冒。

能耗高,排放大,室外热岛效应。

安装复杂,风管占据空间,受室内条件限制。

运行费用高,还要花费清洗费用。

需要定期清洗和维护更换部分部件。设备寿命一般10-15年

毛细管网平面辐射空调

接近体温,均匀舒适,柔和安静,高舒适度,有利健康。

超低能耗、排放小、可利用低品位能源。

厚度4.3mm,荷载小,柔软,可隐形安装,灵活方便

初投资略高。运行费用低。免清洗。

五十年内基本免于维修和清洗。特殊情况下破损后可以热熔修复。

+ 展开CLINA毛细管网其它特性

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。
1、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《GB10798-89 热塑性塑料管材通用壁厚表》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1.9m,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。
2、毛细管网加工工艺的技术创新:
(1) 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。
(2) 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。
(3) 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。
1主管,2支管,3加强垫片,11侧面开孔,21支管端面
二、毛细管网的主要用途
1、用于热湿独立处理空调系统,辐射供暖制冷,用能品位低,可以提高空调机组的能效,或直接利用可再生能源。
2、用于制作呼吸式空调墙(又称重力循环空调),调温调湿,使用方便,受限制条件少。
3、用于供暖,可以替代传统散热器或普通地板采暖,安装方便,供热效率高。
4、用于农业大棚,利用土壤的蓄热能力,均衡大棚内昼夜及季节的温差,提高大棚的生产效率。
5、用于制成毛细管网箱,作为地表水(海水、江、河、湖泊水等)源热泵的前端集热,集热效率高、不受环境的水质影响。这种毛细管网箱也可以收集生活污水、热电厂和炼钢厂等工业废水的余热,高效回收利用可再生能源。
6、利用毛细管网的加工工艺和塑料优良的理化性能可以制造各种暖通空调、给排水产品,在农业、工业和民用领域用途广泛。
德国CLINA毛细管网适用类型
德国CLINA毛细管的管径细小,可以弯曲,因此适合各种形状的天花板,即使拱形和三角形的表面也可以安装。毛细管用于金属吊顶安装时,由于毛细管的充水少,吊顶的荷载不会增加很多,因此对一些金属吊顶的旧建筑物进行空调系统改造时,毛细管辐射顶板系统是最佳选择。
1)顶棚辐射制冷:
2)墙体制冷采暖 :
3)低温采暖:
德国CLINA毛细管网栅的毛细管管径极小,可有效降低地面加热系统的高度。与传统的地面加热系统不同,该系统可在地面表面以下极短距离内供热。因此,使用CLINA毛细管网栅的地面加热系统的响应非常迅速,而且可在较低供水温度下工作。将毛细管用于地面采暖辐射或者墙面辐射时,可以先将毛细管用胶水、大头钉固定,然后用砂浆覆盖。由于毛细管席非常接近表面,因此传热效率很高。供回水主管道可以在墙上开槽砌入。由于加热时,管内的流体温度仅为30度左右(最高不超过45度),不会损坏砂浆材料,毛细管的热力膨胀程度很小,均可被砂浆吸收。 (根据地区气候特点,空调系统设计以夏季负荷为准,采暖负荷按60W/m2建筑面积,能满足各户型要求。)