（机械设计及理论专业论文）毛细管格栅空调系统的动态仿真与实验研究.pdf

d y n a m i cm o d e l s e x p e r i m e n t a ls t u d y o n c a p i l l a r yg r a t i n gp l a n ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fd o c t o ro f p h i l o s o p h y c a n d i d a t e ：l i ux u e l a i s u p e r v i s o r ：p r o f l ij i z h i ，l iy o n g a n c o l l e g eo f m e c h a n i c a l & e l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 摘要 随着经济的发展和人民生活水平的提高，空调能耗迅猛增加，传统空调采用温湿度 耦合处理技术，消耗了大量高品位的能量，低碳经济催生低碳空调，毛细管格栅平面空 调系统应运而生。 毛细管格栅平面空调系统利用低温辐射技术，将温湿度分开来单独控制，实现了空 调工程能源的梯级利用，使天然冷源、干燥地区蒸发冷源、工业废热、太阳能等能源在 空调工程中应用变得更加可行。毛细管格栅平面空调系统是一种节能、舒适、节约空间、 经济效益显著的空调末端系统。 本文在分析毛细管格栅平面空调系统热过程的基础上，建立了毛细管格栅平面空调 系统的动态数学模型，对毛细管格栅的传热影响因素、室内气流组织、空调负荷计算、 室内设计参数、新风量及设计参数、空调热回收理论及装置结构等进行了研究。最后通 过实验验证了理论分析结果的可靠性，为该空调形式的应用提供了可靠的理论和实践依 据。具体内容包括： ( 1 ) 从研究影响舒适性因素、舒适性指标入手，采用f a n g e r 的热舒适指标作为判 据，在舒适度和相对湿度相同的条件下，得出毛细管格栅平面空调室内设计温度比传统 空调房间在冬季( 夏季) 供暖( 冷) 时低( 高) 1 6 。 ( 2 ) 从分析毛细管格栅传热过程入手，建立了动态数学模型，并对热过程各阶段 分别进行科学的简化，分段研究。 ( 3 ) 在理论研究的基础上，采用m a t l a b 软件通过编程、c f d 计算模拟，找出了影 响毛细管格栅的传热的因素；室内温度、气流速度、污染物浓度分布；得出了毛细管格 栅空调系统负荷的计算方法。 ( 4 ) 建立室内湿平衡方程，分析了室内湿度的计算方法，给出了毛细管格栅平面 空调新风量、新风参数及运行策略。 ( 5 ) 分析空调热回收传热过程，建立了间接蒸发板式热回收装置的数学模型，通 过c f d 模拟得出了合理的结构参数。 ( 6 ) 通过实验对以上理论及模拟结果进行验证，毛细管格栅散热、室内温度、速 度以及污染物浓度场均很好的满足舒适性的要求，达到设计标准：通过搭建实验台，对 间接蒸发板式热回收装置进行测试，测试表明，间接蒸发板式热回收装置回收效率夏季 超过7 0 ，冬季仅为显热热回收的状态下，热回收效率也在6 0 以上。并通过实验对热 回收装置的换热单元数、新排风比等热回收装置参数进行了更好的优化。 关键词：毛细管格栅平面空调系统；低温辐射；温湿度独立控制；舒适度；节能； 独立新风系统 c a p i l l a r yg r a t i n gp l a n ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m u s e st h e l o w - t e m p e r a t u r er a d i a n t t e c h n o l o g y , i t st e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yi n d e p e n d e n tc o n t r o l ，a c h i e v i n gg r a d i n gu t i l i z a t i o no f e n e r g ya n dm a k i n gn a t u r a lc o l ds o u r c e ，e v a p o r a t i o ns o u r c ei nt h ed r ya r e a s ，i n d u s t r i a lw a s t e h e a ta n ds o l a re n e r g ya p p l yt oa i rc o n d i t i o n i n ge n g i n e e r i n g c a p i l l a r yg r a t i n gp l a n ei sa na i r c o n d i t i o n i n gs y s t e mt e r m i n a lo fe n e r g yc o n s e r v a t i o n , c o m f o r t , s p a c es a v i n ga n dr e m a r k a b l e e c o n o m i c a lb e n e f i t s i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h e r m a lp r o c e s so f c a p i l l a r yg r a t i n gp l a n ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m ， e s t a b l i s h e di t sd y n a m i c a lm a t h e m a t i c a lm o d e l ，s t u d i e dt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fi t sh e a t t r a n s f e r , i n d o o ra i r f l o wd i s t r i b u t i o n , l o a dc a l c u l a t i o n , i n d o o rd e s i g np a r a m e t e r s ，f r e s ha i r v o l u m ea n dd e s i g np a r a m e t e r s ，a i rc o n d i t i o n i n gh e a tr e c o v e r yt h e o r ya n dc o n f i g u r a t i o n i nt h e l a s t ，v e r i f i e dt h er e l i a b i l i t yo ft h e o r e t i c a la n a l y s i sb ye x p e r i m e n t ，p r o v i d i n gr e l i a b l et h e o r ya n d p r a c t i c ee v i d e n c e sf o rt h ea p p l i c a t i o no f t h i sa i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m t h ec o n t e n t si n c l u d e ： ( 1 ) b e g i n n i n gw i t hs t u d y i n gf a c t o r so fi n f l u e n c i n gc o m f o r t a b l e n e s sa n dc o m f o r ti n d e x ， b a s e do np r o f e s s o rf a n g e rt h e r m a lc o m f o r ti n d e xa n di nt h es a m ec o n d i t i o n so nc o m f o r ta n d r e l a t i v eh u m i d i t y , c o m et oac o n c l u s i o nt h a tc a p i l l a r yg r a t i n gp l a n ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m i n d o o rd e s i g nt e m p e r a t u r ei sl o w e r1 6 。ct h a nt r a d i t i o n a la i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m sh e a t i n gi n w i n t e ra n do nt h ec o n t r a r yi ns u m m e r ( 2 ) f r o mt h eb e g i n n i n g 晰也a n a l y z i n gc a p i l l a r yg r a t i n gp l a n eh e a t - t r a n s f e rp r o c e s s ， e s t a b l i s h e dad y n a m i c a lm a t h e m a t i c a lm o d e l ，s i m p l i f i e da n ds t u d i e di t st h e r m a lp r o c e s s ( 3 ) b a s e do nt h e o r e t i c a lr e s e a r c h ，f o u n do u tt h ef a c t o r so fi n f l u e n c i n gc a p i l l a r yg r a t i n g p l a n eh e a tt r a n s f e r ；i n d o o rt e m p e r a t u r e ，v e l o c i t ya n dc o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o na n d t h ec a l c u l a t i o nm e t h o d o fc a p i l l a r y g r a t i n gp l a n ea i rc o n d i t i o n i n gl o a db ym a t l a b p r o g r a m m i n ga n dc f ds i m u l a t i o n ( 4 ) e s t a b l i s h e di n d o o rh u m i d i t ye q u i l i b r i u me q u a t i o n ，a n a l y z e dt h ec a l c u l a t i o nm e t h o do f i n d o o rh u m i d i t ya n dp r o v i d e dt h em e t h o do fe n s u i n gt h ev o l u m ea n dp a r a m e t e r so ff r e s ha i r o fc a p i l l a r yg r a t i n gp l a n ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e ma n di t so p e r a t i o ns t r a t e g y ( 5 ) a n a l y z e dt h eh e a t - t r a n s f e rp r o c e s so fa i rc o n d i t i o n i n gh e a tr e c o v e r y , e s t a b l i s h e dt h e m a t h e m a t i c a lm o d e lo fi n d i r e c te v a p o r a t i o np l a t eh e a tr e c o v e r ye q u i p m e n ta n do b t a i n e di t s r e a s o n a b l es t r u c t u r a lp a r a m e t e r sb yc f ds i m u l a t i o n ( 6 ) a b o v et h e o r i e sa n ds i m u l a t e dr e s u l tw e r ev e r i f i e db ye x p e r i m e n t ，c a p i l l a r yp l a n eh e a t e l i m i n a t i o n ，i n d o o rt e m p e r a t u r e ，v e l o c i t ya n dc o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o na l lc a l lb e s a t i s f i e dt h ec o m f o r t a b l er e q u e s tv e r yw e l la n dc a m et ot h ed e s i g n i n gs t a n d a r d b ys e t t i n gu p l a b o r a t o r yf u r n i t u r e ，t e s t e d i n d i r e c t e v a p o r a t i o np l a t eh e a tr e c o v e r ye q u i p m e n t a n d m a n i f e s t e dt h a ti t sh e a tr e c o v e r ye f f i c i e n c yc o u l db em o r et h a n7 0 i ns u m m e ra n da b o v e 6 0 i nw i n t e r , t h o u g hi ti so n l yi nt h ec o n d i t i o no fs e n s i b l eh e a tr e c o v e r y o p t i m i z e dh e a t r e c o v e r ye q u i p m e n tp a r a m e t e r so fn u m b e ro fh e a t t r a n s f e ru n i t ，f r e s ha i ra n de x h a u s ta i r r a d i ob ye x p e r i m e n t k e yw o r d s ：c a p i l l a r yg r a t i n gp l a n ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m ；l o wt e m p e r a t u r e r a d i a t i o n ；t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yi n d e p e n d e n tc o n t r o l ；c o m f o r t a b l e n e s s ；e n e r g yc o n s e r v a t i o n ； d e d i c a t e do u t d o o ra i rs y s t e m r e a s o n a b l es t r u c t u r a lp a r a m e t e r sb yc f ds i m u l a t i o n ( 6 ) a b o v et h e o r i e sa n ds i m u l a t e dr e s u l tw e r ev e r i f i e db ye x p e r i m e n t , c a p i l l a r yp l a n eh e a t e l i m i n a t i o n , i n d o o rt e m p e r a t u r e ，v e l o c i t ya n de o n t a r n i n a n tc o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o na l lc a l lb e s a t i s f i e dt h ec o m f o r t a b l er e q u e s tv e r yw e l la n dc a m et ot h ed e s i g n i n gs t a n d a r d 。b ys e t t i n gu p l a b o r a t o r yf u r n i t u r e ，t e s t e d i n d i r e c t e v a p o r a t i o np l a t e h e a t r e c o v e r ye q u i p m e n ta n d m a n i f e s t e dt h a ti t sh e a tr e c o v e r ye f f i c i e n c yc o u l db em o r et h a n7 0 i ns u m m e ra n da b o v e 6 0 i nw i n t e r , t h o u g hi ti so n l yi nt h ec o n d i t i o no fs e n s i b l eh e a tr e c o v e r y o p t i m i z e dh e a t r e c o v e r ye q u i p m e n tp a r a m e t e r so fn u m b e ro fh e a tt r a n s f e ru n i t ，f r e s ha i ra n de x l m u s ta i r r a d i ob ye x p e r i m e n t k e yw o r d s ：c a p i l l a r yg r a t i n gp l a n ea i r - c o n d i t i o n i n gs y s t e m ；l o wt e m p e r a t u r e r a d i a t i o n ；t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yi n d e p e n d e n tc o n t r o l ；c o m f o r t a b l e n e s s ；e n e r g yc o n s e r v a t i o n ； d e d i c a t e do u t d o o ra i rs y s t e m 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 论文创新点摘要。v f 写录、，i 主要符号表x 第1 章绪论。1 1 1 概：t 墨1 1 1 1 传统空调的缺陷1 1 1 2 毛细管格栅空调简介3 1 2 国内外研究的现状5 1 2 1 国外研究现状6 1 2 2 国内研究现状9 1 3 研究现状的总结与问题的提出11 1 4 本课题研究的主要工作12 第2 章毛细管格栅平面空调系统室内设计参数的确定1 3 2 1 室内热舒适理论13 2 1 1 热舒适性及其影响因素1 3 2 1 2 热舒适性的评价方法l5 2 2 毛细管格栅平面空调系统空调房间热平衡分析。1 7 2 2 1 窗、外墙的单位面积导热量18 2 2 2 第i 表面的单位面积对流换热量。18 2 2 3 第f 表面的单位面积辐射换热量。l8 2 2 4 内热源单位散热量19 2 3 数值计算及结果分析1 9 2 3 1 计算基础数据的确定。1 9 2 3 2 计算方法2 0 2 3 3 计算结果及分析。2 0 2 4 本章小结。2 6 第3 章毛细管格栅平面空调系统数学模型的建立2 8 3 1 毛细管格栅平面空调系统介绍。2 8 1 1 毛细管格栅平面空调的分类。2 8 0 1 2 毛细管格栅平面空调系统构成2 9 3 2 毛细管格栅平面空调系统动态模型3 0 3 2 1 毛细管格栅空调系统的物理模型。31 3 2 2 毛细管格栅空调系统传热动态分析3 2 3 2 3 毛细管格栅管内热介质与装饰层的换热3 6 3 2 4 装饰层与室内空气、墙壁表面的换热。4 0 3 3 数学模型的求解。4 2 3 3 1 毛细管格栅与装饰层换热求解。4 2 3 3 2 室内温度场、速度场及浓度场的求解。4 5 3 4 本章小结4 5 第4 章毛细管格栅平面空调系统理论分析4 7 4 1 毛细管格栅与装饰层换热的数值分析。4 7 4 2 2 夏季工况下送风口位置对温度场、速度场及c 0 2 浓度的影响6 2 4 2 3 冬季工况下送风口位置对温度场、速度场及c 0 2 浓度的影响6 7 4 2 4 工位送风对毛细管格栅空调房间c 0 2 浓度场的影响。7 0 4 3 毛细管格栅空调负荷计算7 1 4 4 本章小结 7 3 第5 章毛细管格栅独立新风系统7 4 5 1 独立新风系统设置原理7 4 5 1 1 毛细管格栅空调室内湿平衡方程。7 5 5 i 2 独立新风送风参数的确定。7 6 5 2 新风量的确定7 6 5 2 1 按卫生条件确定最小新风量。7 7 5 2 2 按维持房间正压确定最小新风量7 7 5 2 3 按消除湿负荷确定最小新风量7 7 5 2 4 最小新风量计算实例。7 9 5 2 5 运行方式对新风量的影响。8 0 5 3 独立新风系统的组成。8 2 5 3 1 转轮除湿新风处理8 2 5 3 2 溶液除湿新风处理。8 3 5 3 3 冷凝除湿新风处理。8 4 5 4 间接蒸发空调全热回收装置的研究。8 5 5 4 1 热回收装置数学模型的建立。8 6 5 4 2 热回收装置数学模型的求解。8 9 5 5 本章j 、结9 1 第6 章毛细管格栅平面空调系统的实验研究9 3 6 1 毛细管格栅平面空调系统夏季工况实验9 3 6 1 1 实验对象描述9 3 6 1 2 实验仪器及方法9 5 6 1 3 实验结果分析9 7 6 2 毛细管格栅平面空调系统冬季工况实验9 9 6 2 1 实验对象描述。9 9 6 2 2 实验仪器及方法。101 6 2 3 实验结果分析。10 2 6 3 间接蒸发全热板式空调热回收装置性能实验1 0 4 6 3 1 实验台的搭建。1 0 4 6 3 2 夏季热工性能实验及分析10 5 6 3 3 冬季热工性能实验及分析10 5 6 4 本章，j 、结。10 6 结论与展望10 8 结论10 8 展望11 ( ) 参考文献111 j 致谢；119 攻读博士学位期间取得的研究成果。1 2 0 作者简介12 2 主要符号表 口为导温系数，m 2 s g 为重力加速度，m s 2 4 第f 维护结构内表面面积，m 2 & 、g ，、分别表示x 、y 、z 三个 c 人体外表面向周围环境以对流散发 方向的重力加速度，m s 2 的热量，w m 2 h 表示空气的焓，k j k g 勺为材料的比热容，j ( k g 。c ) 啊为管内强迫对流换热系数， c d ，为水的比热容，j ( k g 。c ) w ( m 2 。c ) c 二，呼吸时的显热损失w m ： 吃为对流换热系数，w ( m2 k ) 届毛细管管内径，衄 辐射强度，w m 2 s t 畋为毛细管外径，m e 汗液蒸发及呼出的水蒸气所带走的 热量，w m 2 k 为传热系数，w ( m 2 。c ) 为管长，m ，壁面定型尺寸，离墙体的最近距离， m m 为人体能量代谢率，决定人体的活 皮肤扩散蒸发损失( 无感觉体液渗动量大小，w m 2 透) w m 2 呼吸时的潜热损失w m 2 人体皮肤表面出汗造成的潜热损 失w m 2 ，为壁面面积，n 1 2 厶服装面积系数 厶人体姿态影响有效表面积的修正 系数 n u 为努谢尔特数，n u - - - 型 刀折算系数 夕表示空气的压力，p a 只为人体周围水蒸气分压力，p a 见为有效压力，p a p r 为普朗特数，p r = 一v 口 q 为第f 维护结构中内热源的散热量， j r 为人体外表面向周围环境以辐射散 g 为管内冷水流量，k g s发的热量，w m 2 g r 为格拉晓夫数，g r = 型翟竺 v ，位置向量 s 为人体蓄热率； 沿程长度，m 品，瓯为单位体积的发热量，w m 3 s 方向向量 s 散射方向 丁为温度场的温度值，( k ) t 为温度， t o 为环境空气温度， 瓦为毛细管管外壁平均温度，。c 乏为参考温度， 乃为人体表面的热力学温度，k 乞为衣服外表面温度， 瓦为管内供水温度，。c 五为回水温度，。c z 环境的平均辐射温度，k 瓦为毛细管内热介质的平均水温，。c f 为流体与壁面温度差， 形人体所做的机械功，w m 2 r s 为相对密度 u ，v 、w 分别表示x 、y 、z 三个方 向的速度，m s u m 为毛细管管内平均流速，m s v 表示速度，m s 为各速度分量，m s 口为对流换热系数，w ( m 2 ) ；吸 收系数：流体容积膨胀系数，1 k 占表向的发射翠；黑度 彳为材料的导热系数，w ( m 。c ) 五为p p r 毛细管的导热系数， w ( m o c ) 乃为某温度下的导热系数，w ( m 。0 五为流体的导热系数，w ( m 。c ) 万为材料的厚度，m 磊为克罗内克尔( k r o n e c k e r ) 数 f 为时间，s p 为材料的密度，k g i n 3 成为参考密度，k g m 3 岛为水的密度，k g m 3 为空气的参考密度，k g m 3 优一空气的相对湿度，； 为围护结构内表面f 对内表面，的 辐射角系数 为动力粘性系数，n s m 2 “为空气层流动力粘度，n s m 2 “为湍流动力粘度，n s m 2 以为有效粘性系数，n s m 2 y 、嵋为运动粘滞系数，m 2 s 听为施密特数 听为普朗特数 吒散射系数 j - ：? o _ 。 j ，。j。 j ，。 ：? 一 仃斯蒂芬一玻耳兹曼常数 ( 5 6 7 2 1 0 8 w m 2 k 4 ) 吒为h 的当量普朗特数 西相位函数 q 7 空间立体角，s | j ，_ 一- 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 1 1 概述 第1 章绪论 随着我国物质文明的迅速提高，人们对生活环境也有了更高的要求，用于生活环境 改善的能源消耗量也相应增加，随着人们对资源的无节制采用，自然环境出现明显恶化 的迹象。 近3 0 年的研究和实践，认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效 的领域，是缓解能源紧张，解决社会经济发展与能源供应不足这对矛盾的最有效措施之 一【1 】【2 】o 按文献【3 】介绍，建筑能耗是指建筑在正常发挥作用过程中所消耗的能源，具体包括 供暖、空气调节、建筑通风、卫生热水、室内照明、炊事、其他建筑耗电等方面的能耗， 其中供暖、空气调节、建筑通风所消耗的能源占2 3 左右。随着人们生活水平的提高， 空调普及率得到了较大提高，空调用电负荷快速增长。在夏季用电负荷高峰时期，空调 耗电高达总用电量的4 0 以上。 1 1 1 传统空调的缺陷 传统的中央空调系统已应用了百余年，尽管在这一过程中经历了不断的改进和完 善，但是从本质上仍没有根本解决系统自身所固有的问题。如空气处理的热湿耦合处理 问题、对流传导的风感问题、室内盘管的噪音问题等等。 这些不仅与当前人们对居住环境质量越来越高的需求相 矛盾，而且高能耗问题也在当前能源日趋紧张的情况下更 显得突出和严重。因此采用更节能、更先进的空调系统已 经到了必须要给予高度重视阶段。 传统的空调系统，空气处理均采用热湿耦合处理方 法，图1 - 1 表示一次回风的全空气系统，从中不难发现传 统空调系统存在的问题【4 1 。 ( 1 ) 传统空调系统的能量损失问题。传统空气处理 方式需要同时满足降温、排湿的要求，冷冻水的温度就需 要低于室内空气的露点温度，不得不使冷水的温度降到 图1 - 1 一次回风的全空气系 统空气处理示意图 f i g 1 - 1p r i m a r yr e t u r na i r c o m p l e t e l ya i rs y s t e ma i r t r e a t m e n ts c h e m a t i cd i a g r a m 5 7 。造成能源品味的浪费。而且，空气被冷凝除湿后，虽然含湿量满足了室内要求， 第l 章绪论 但空气温度过低，在许多情况下，为了达到室内送风温度的要求，对冷却后除湿后的空 气再热，造成能源重复浪费h 3 。 ( 2 ) 显热负荷与潜热负荷不相协调问题。空调房间的显热热负荷通常是由围护结构 得热、辐射得热、室内的散热设备及人员散热得热等组成；工作人员散湿、室内敞开水 面蒸发散湿、植物散湿等组成空调房间的潜热热负荷。传统空调的热湿耦合空气处理， 由于热湿比变化范围有限，这与空调房间显热负荷、潜热负荷各自独立形成的机理大相 矛盾。一般说来，室内的湿负荷产生于人体，当居住人数不变时，产生的潜热不变。但 显热却随气候、室内设备状况等的不同发生较大幅度的变化。造成室内相对湿度过高或 过低。过高的结果是不舒适，进而通过降低室温来改善热舒适，就造成能源不必要的浪 费。 ( 3 ) 室内环境及空气品质的问题。空调在改善人民生活质量和提高生产效率的同时， 也带来了能源与环境的双重危机。室内环境的健康问题也越来越引起关注，影响室内健 康因素主要有霉菌、粉尘和室内散发的v o c ( 可挥发有机物) 等造成。传统的空调系 统是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。室 外空气中致病微生物进入到组合式空调箱或室内末端风机盘管中，它们就会粘附在冷表 面上和沉降在凝结水盘中。而冷表面高湿的特点正有利于滋生和繁殖大量的病原微生 物，最终导致将其送入房间内。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。 传统空调系统为排除室内装修材料、家具产生的v o c 、人体散发的异味、室内c o ， 等室内污染物，常常加大室内通风换气量。然而增大引入室外空气，在维持室内热湿环 境相对舒适的情况下，就需要消耗更多的能量来抵消室外环境对室内所产生负荷。 ( 4 ) 传统空调的噪声问题。为了在维持室内较舒适环境下，消除室内的热湿负荷， 适当加大室内循环风量是常见的作法，较大风量必然增加空气流动，就会使居住者产生 不适的吹风感。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， 为了避免吹冷风，还要增加一套暖气系统实现供热，造成室内重复安装两套环境控制系 统。 ( 5 ) 输送能耗问题。为完成室内环境控制的任务，室内余热、余湿、c o ，、气味 等就需要合适输送系统将其排走。在中央空调系统中，风机、水泵等动力能耗占空调总 耗能的4 0 7 0 。 2 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 可见，传统空调系统存在难以克服、固有的弊端，不论从室内舒适性要求、健康的 室内环境、环保的地球环境；还是从保证国民经济持续健康的发展，发展新型节能健康 的新型空调系统都有着深远的意义。 1 1 2 毛细管格栅空调简介 毛细管格栅源于人体皮肤下的毛细血管散热和植物叶脉水分传输及蒸发机制，由外 径为3 5 - 一5 0 r a m 毛细管和外径2 0 r a m 的供回水联管构成管网格栅，又称为毛细管席。 通过毛细管内流动的冷热水来调节室内温度，如图1 2 所示。毛细管格栅平面辐射空调 主要是以辐射方式调节室内温度，其辐射传热量占全部换热量的5 0 以上。 ( a )( b ) 图1 - 2 毛细管格栅的三种产品形式 f i g l - 2c a p i l l a r yt u b eg r a t i n gt h r e ek i n d so fp r o d u c tf o r m 毛细管格栅平面辐射空调在冬季供暖时，在系统中循环的热水温度为2 8 - 一3 2 ， 夏季供冷时，循环水温为1 8 2 0 ，可直接或用热泵间接利用各种工业废热、太阳能、 地热或其它低温能源，节约煤、油、气等有限的、不可再生的矿物能源。并能减少废物 排放，保护环境。毛细管格栅平面辐射空调单位面积供热和制冷效率高，可实现快速供 冷供热；毛细管格栅平面辐射空调交换面积大，室内温度非常均匀，能有效解决传统空 调在大房间出现温度死角的问题。其具体的优点有瞄3 ： ( 1 ) 创造优雅的室内环境 传统的风机盘管空调系统，在室内排列各种送回水管、冷凝水管，吊装风机盘管、 风口，在各房间要穿墙凿洞、房间内要吊顶及制造造型，这就造成了很大空间浪费，增 加层高，造成投资的浪费。 而毛细管格栅平面辐射空调是一种隐形空调，安装厚度一般小于5 毫米，充满水重 3 第1 章绪论 量在6 0 0 - 9 0 0 克平方米，可以灵活布设在天花板、墙壁或地面上，且安装极为方便。 这就大大减少了室内空间占用和造型的复杂，即节省了建筑空间，又增加了室内美观。 ( 2 ) 舒适性高 在较为舒适的情况下，人体产生的热量，按以下比例散发的，辐射4 5 ，对流3 0 ， 蒸发2 5 。辐射换热对人体的舒适感是极为重要的。毛细管格栅平面辐射空调弥补了传 统空调以对流传热为主，使人体散热不适的缺点，增加了人体的瞬时辐射换热。毛细管 格栅系统主要是以辐射方式换热，这种以长波辐射为主的散热模式产生更接近自然的舒 适环境，人在这种环境中具有更高的工作效益，具体表现为： 毛细管格栅较为均匀地布置在房间的顶棚、墙壁内，散热面积大、室内温度均 匀； 毛细管格栅空调系统，室内只有少量的新风，送风速度低，空调房间垂直温差 小，不会使人产生不适； 以辐射方式供冷供暖，室内温度变化速度快，轻柔安静，无空气流动和设备产 生的噪声。 ( 3 ) 室内无运转装置，噪声很小。 ( 4 ) 毛细管格栅平面辐射空调系统的节能性 由于辐射换热作用，综合温度实际上要比空气温度要高( 或低) ，而人体的实感 温度实际上是综合温度，而不只是空气温度。因此在相同的热感下，采用毛细管格栅平 面空调系统，室内设计温度在夏季可以略高，冬季略低，使空调能耗降低。 毛细管格栅平面承担大部分的负荷，只需要处理少量新风，送风量减小带来空气 输送动力消耗的降低； 墙体表面、地面和设备表面等吸收热，形成蓄热体，这样就减小了空调负荷峰值， 推迟了空调负荷的峰值出现的时间； 毛细管格栅平面辐射空调使用较高温度的冷冻水，可以采用天然低温水等，也 可以提高制冷机的制冷系数，大大减少制冷机的耗能与制冷设备的投资。采暖使用较低 水温热水，可直接或间接利用各种工业余热、太阳能、天然温泉水等，节约能源。 ( 5 ) 毛细管格栅平面辐射空调绿色环保 毛细管格栅平面辐射空调系统封闭运行，不产生废水、废气污染。原材料卫生无毒， 可回收再利用。 毛细管格栅平面辐射空调系统是一种全新的空调设计方法，它能够满足更高层面的 4 中国石油大学( 华东) 博士学位论文 创造良好的舒适环境、提高室内空气品质和节能的发展方向，是一种值得推广的舒适、 节能的空调系统【6 】。 1 2 国内外研究的现状 我国采用辐射供暖具有悠久的历史，