毛细管网辐射供冷空调系统形式介绍

1、毛细管网辐射供冷空调系统形式介绍裴凤1， 陈华1， 吴爱侠1， 安文卓1， 申景延21.天津商业大学 机械工程学院，天津 300134；2.南阳水务集团工程公司，河南 南阳 473000摘要：在阐述毛细管网辐射供冷空调系统特点的根底上，介绍了该系统与各种低品位冷源及新风除湿方法的结合模式，并总结了几种处理结露问题的方法。毛细管网辐射供冷的合理设计和系统匹配对 于节能减排、降低建筑能耗具有积极意义。关键词：毛细管网； 辐射供冷； 低品位冷源； 除湿D O I：10.3969/J.ISSN .2095- 3429.2021.02.011中图分类号：TU83文献标识码：B文章编号：2095- 342

2、9202102- 0035- 04Review of Capillary Mats Radiant Cooling SystemsPEI Feng1， CHEN Hua1， WU Ai-xia1， AN Wen-zhuo1， SHEN Jing-yan21.School of Mechanical Engineering，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China；2.Water Resources Group Engineering of Nanyang，Nanyang 473000，ChinaAbstract：This paper

3、 presented a radiant cooling air conditioning system applied with capillary mats，its characteris-tics and the combination with different kinds of low grade energy and fresh air system processing for dehumidification were introduced. Several ways of dealing with condensation problems were also summar

4、ized. A reasonable design and system matches of the capillary mats radiant cooling system are of positive meaning for energy saving，CO2 emission reduction and building energy consumption reduction.Key words：capillary mats； radiant cooling； low grade energy； dehumidification0引言传统的空调方式会产生令人不舒适的吹风感，头吹风

5、感，是国际上公认的室内舒适程度最高的空调末端系统。此外，该系统节省建筑空间、布置灵活、安装方 便；每个房间采用单独循环结构，便于分室控制，分户 计量；质量轻，寿命长，健康环保。毛细管网辐射供冷空调系统具有诸多优点，但其 制冷能力受空气露点的限制，当辐射板外表温度低于 室内空气露点温度时，会产生结露现象。故毛细管网辐 射供冷空调系统多与新风系统相结合，靠新风承当全 部潜热负荷和局部显热负荷，对冷源温度和新风除湿 有较高要求。我国幅员辽阔，假设能根据各地区不同的气候特点， 配合使用不同的低品位冷源和新风处理方式，定能进 一步增强毛细管网辐射供冷空调系统的节能优势，对 于节能减排、降低建筑能耗具有积

6、极意义。痛、头晕、胸闷等空调病也不断涌现。与此同时，建筑能耗居高不下，能源紧缺、环境问题、气候问题也愈加严 重。人们对空调舒适性要求不断提高与节能减排之间的 矛盾日益突出，传统空调已经不能满足人们的需要。毛 细管网辐射供冷空调系统作为一种低能耗、高舒适性的 新型空调方式，得到越来越广泛的研究和工程应用。1毛细管网辐射供冷空调系统的特点毛细管网辐射供冷空调系统主要靠辐射方式进行热交换，换热效率高，辐射板外表及室内温度分布均匀、垂直温差梯度小、无温度死角、无风机噪音、不产生作者简介： 裴 凤1986-，女，河北涿州人，硕士研究生，研究方向：建筑节能与能耗分析。空 调 技 术般在1618，完全可以满

7、足毛细管网辐射供冷末端的供水需求，这样就充分利用了零费用的高温冷源，且 对环境无副作用。这项技术在我国气候炎热枯燥的西 北地区应用得比拟广泛，尤其是新疆地区，已经有2002毛细管网辐射供冷空调系统冷源介绍普通的风机盘管系统冷水供、回水温度一般为7/12，这在很大程度上限制了低品位冷源的应用。在辐射供冷状态下，人体感受到的温度要比实际温度低 约2，使用毛细管网辐射供冷空调系统，可以把室内 设计温度提高2左右；但如果辐射板外表温度过低， 那么会有结露危险，常规的冷水机组作为毛细管网辐射 供冷空调系统的冷源具有一定的局限性。这一特点恰 好为太阳能、蒸发冷却、地热等低品位冷源的使用提供 了广阔的平台。

8、2.1太阳能技术与毛细管网辐射供冷相结合太阳能是取之不尽用之不竭的洁净能源，我国大 局部地区夏季日照资源丰富，可以利用太阳能制冷技 术为毛细管网辐射供冷空调系统提供冷源。太阳能制 冷有两种途径：太阳能光热转换制冷和太阳能光电转 换制冷。由于太阳能光电转换制冷系统本钱较高，故目 前应用较多的是太阳能光热转换制冷。图1是太阳能吸 收式制冷毛细管网辐射供冷空调系统图，水被太阳集 热器加热，进入储热水箱，当水温到达一定值时，储热 水箱向吸收式制冷机提供热水，热水在吸收式制冷机 中降温后，流回太阳集热器继续加热；吸收式制冷机制 得的冷水进入储冷水箱，为毛细管网辐射末端供冷，在 室内进行热交换后回到吸收式

9、制冷机，如此循环。由于 太阳能的利用受天气影响较大，储冷水箱可以保证阴 天或夜间供冷。有研究说明，和普通风机盘管式空调系 统相比，太阳能毛细管网辐射供冷空调系统的COP值 可提高17% ，制冷能力可提高50% 1。假设条件允许，还可 以通过光电控制转换装置，将太阳能转化成电能，用于 供给整个系统的水泵和风机所需的电量。多个工程实例 。图2为蒸发冷却作为辐射供冷冷源系2统原理图，冷却塔提供的冷水不直接进入毛细管，而是进入设置在冷却塔和毛细管网辐射末端之间的高效板 式换热器，在换热器内和毛细管网辐射末端内的循环 水进行逆流换热，以防止冷却水中的灰尘通入毛细管 后产生水垢阻塞毛细管。有研究说明乌鲁木

10、齐地区全 年有8376h可以利用冷却塔循环冷却水直接供冷，夏季 可以实现1930h免费供冷，具有很大的节能空间3。2.3地源热泵与毛细管网辐射供冷相结合地源热泵通过地下热交换器和地热能土壤、地下 水、地表水等进行热交换，在夏季可以从地下获取冷 量，为毛细管网辐射供冷空调系统提供冷源。在我国某 些地区，夏季地下热交换器的出水温度能到达18左 右，可以直接满足室内毛细管网辐射末端供冷需求，此 时可以不开启地源热泵机组，而直接采用自然冷却模 式，从而节约大量电能4。图3为地源热泵毛细管网辐射 供冷空调系统图，地下换热器与土壤进行换热后得到 的冷水进入地源热泵机组，再通过分集水器送至各个 毛细管网辐射

11、末端，在室内进行热交换后回到地下换 热器，实现夏季供冷。在运行过程中可以使用温度控制 系统保证各个房间的供水温度在设计值。2.2蒸发冷却与毛细管网辐射供冷相结合蒸发冷却以水为制冷剂，利用自然条件下空气的 干、湿球温差来获取冷量，它利用冷却塔自然冷却制取 冷水，直接作为辐射末端的冷源，所制取的冷水温度一No.2/2021总第144期 第33卷36空 调 技 术地源热泵与毛细管网辐射供冷相结合，在提高资源利用率的同时，还降低了空调系统的能耗，夏季实 际运行COP值也有所提高。有研究说明，地源热泵与毛 细管网辐射供冷结合使用比传统中央空调节能70% 以 上5。以上介绍的三种低品位冷源与毛细管网辐射供

12、冷 空调系统的结合模式具有很大的节能优势，但又有其 各自的局限性。蒸发冷却冷源仅在西北枯燥地区效果 较好，其利用受气候条件限制；太阳能冷源受太阳集热 器采光面积限制，目前只适用于层数不多的建筑。故可 根据不同地区的气候条件和设计要求加以选择，必要 时可以复合使用。3.2 吸附除湿吸附除湿是利用吸附剂，通过物理或化学过程吸 附湿空气中的水分子以到达除湿目的。转轮除湿是吸 附除湿中最为常用的一种方法。当新风经过转轮除湿 机时，转轮内的吸附剂可以吸附空气中的水蒸气，对新 风进行除湿处理。和冷却除湿相比，转轮除湿实现了湿 度的独立调节，除湿效果不受冷水温度限制，除湿效率 较高，易于控制。但由于转轮本身

13、的显热和吸附过程产 生的吸附热，使得新风在除湿的同时，温度有所升高， 故在送入室内前，需要对除湿后的枯燥空气作降温处 理。由于转轮除湿再生环节和新风降温处理对水温无 要求，可利用低品位冷源，减少能耗。在转轮除湿的过 程中，还可以对热量进行回收，节约能源。有研究说明， 与传统空调系统相比，转轮除湿辐射供冷空调系统可 以使风机能耗节约78% ，使制冷机组能耗节约60% 8。3.3 溶液除湿溶液除湿是空气直接与具有吸湿特性的盐溶液如溴化锂、氯化锂等接触，当溶液外表蒸汽分压力 比被处理空气的水蒸气分压力低时，高浓度的盐溶液 吸收空气中的水蒸气，从而实现新风除湿。吸湿后的 盐溶液还可以通过加热浓缩循环使

14、用，溶液再生温度 仅5080，可使用太阳能、地热能以及工业余热等低 品味热源9。溶液除湿的过程中，水蒸气凝结释放出凝 结热，使空气温度升高，故枯燥新风送入室内前，仍需 作降温处理。溶液除湿不受冷水温度限制，节能效果 显著。3.4 复合除湿常规冷却除湿的除湿能力受冷水温度限制，为达 到除湿要求，冷水温度通常很低，导致送风温度偏低， 新风在送入室内前需要再热；蒸发冷却除湿仅适用于 西北等气候条件干热地区，对于非枯燥地区，仅靠蒸发 冷却无法到达满意的送风状态；吸附除湿和溶液除湿 的除湿效果较好，且不受冷水温度限制，但除湿过程中 会有局部凝结热产生，使得除湿后的空气温度有所升 高，需要预冷或再冷。故在

15、某些地区的实际应用中，毛 细管网辐射供冷空调系统往往采用复合的除湿方式， 如表冷器转轮复合除湿、蒸发冷却与溶液复合除湿、蒸 发冷却与转轮复合除湿、蒸发冷却与机械复合除湿等 10。复合除湿可以使除湿量不受冷水温度限制，无需再 冷或再热，节约能源，又能到达很好的除湿效果，满足 毛细管网辐射供冷空调系统的新风要求。3毛细管网辐射供冷空调系统的除湿方式为防止结露现象的发生，对新风进行除湿处理是十分必要的。除湿方法主要可以分为三大类：冷却除湿、吸附除湿和溶液除湿。下面介绍一下毛细管网辐射 供冷空调系统通常使用的几种新风除湿方法。3.1 冷却除湿3.1.1 蒸发冷却式蒸发冷却式除湿是利用水分蒸发从空气中吸

16、收汽 化潜热，使空气降温，从而降低空气的含湿量。蒸发冷 却除湿可以使用蒸发冷却作为冷源，所得的高温冷水用于消除室内显热负荷，所得的低温枯燥空气用于消 除室内潜热负荷。在我国西北地区，利用蒸发冷却技术 除湿、完全能够满足毛细管网辐射供冷的枯燥新风要求，消除结露隐患。蒸发冷却除湿是一种节能、环保、经 济的除湿方式，应用前景十分乐观。有研究说明，间接 蒸发冷却新风系统与传统新风系统相比，在炎热枯燥 地区可节能80% 90% ，在炎热潮湿地区可节能20%25% ，在中等湿度地区可节能40% ，降低了空调制冷能耗6。3.1.2 表冷器式使用表冷器对新风进行冷却除湿时，表冷器中通 入512的冷水，新风通过

17、表冷器时降温减湿。这种 方法目前在国内比拟常见。通常设置两套制冷系统，毛细管辐射空调系统使用高温冷水系统，表冷器使用低 温冷水系统7，其除湿能力受冷水温度限制。3.1.3 热湿串级处理系统这种方法是利用常规的低温冷水先对新风进行除 湿，待水温有所升高后作为冷源供给毛细管网辐射末 端。热湿串级处理受负荷影响较大，系统控制比热湿单独处理复杂，除湿能力同样受冷水温度的限制。No.2/2021总第144期 第33卷37空 调 技 术第一阶段：空调系统刚开始运行时，室内空气含湿量较高，露点温度相对较高，此时只开启送风系统全 回风模式，关闭辐射系统，利用枯燥低温送风对室内 除湿。第二阶段：当室内空气含湿量

18、到达某一标准时，开 启辐射系统，快速降温、降湿。第三阶段：当温、湿度到达一定程度时，将送风系 统调成全新风模式，辐射系统仍开启。该策略不仅可以解决辐射板外表结露问题，还可 以解决系统大惯性导致的温度响应速度慢问题。但是 如何判断各个阶段的转换节点，较为关键。4.2.2 自动控制系统使用湿度传感器随时对送风和回风的相对湿度进 行监测，使用露点控制器对室内空气进行监测，当检测到有结露危险时，自动切断毛细管网辐射系统的供水 管阀门，不再向毛细管网辐射末端供水，停止向室内供 冷；当辐射板外表温度高于室内空气露点温度一定值时，阀门自动翻开，向毛细管网辐射系统供水，向室内 供冷。这样就起到了结露保护作用。

19、目前常用的方法还 有在辐射板外表设温度传感器，来控制辐射板供水温 度和流量，使辐射板外表温度高于室内露点温度，防止结露。4毛细管网辐射供冷结露问题的解决措施控制供水温度和对新风进行除湿处理，使辐射板的外表温度高于室内空气的露点温度，这种方法从理论上可以防止结露现象发生，但对系统的供冷效果有 影响。当室内人员密度和房间气密性等因素变化较大 时，仍有可能有结露生成。以下介绍几种解决结露问题 的方法，主要分为两种：1物理方法；2从系统运行方 面进行控制的方法。4.1物理方法用物理方法解决结露问题，主要是从辐射板的材 料和结构方面考虑。下面介绍三种。4.1.1在辐射板外表喷涂增水层充分利用自然界“荷叶

20、效应，在辐射板外表喷涂 憎水层，从而增加物体外表的粗糙度，提高水滴与辐射板外表的接触角，减小板面与水珠之间的接触面。即使在辐射板外表温度低于室内空气露点温度的情况下， 空气中的水蒸气也无法凝结在辐射板外表，从而从根 本上解决结露问题，使得系统控制大为简化11，制冷量 也有所提高。4.1.2凝露疏导法在辐射板外表开刻具有一定间距的微型平行凝水 槽，安装时使辐射板倾斜一定角度，使凝水可以在辐射 板一侧聚集并通过凝水管收集排出。这种方法在解决凝露问题的同时，也消除了辐射板对供水温度的限制12， 可以提高辐射板的制冷量。4.1.3使用吸湿建材由于凝结水的形成是个极其缓慢的过程13，故可 使用吸湿建材，

21、在有结露危险时将空气中的水汽吸附； 当室内湿负荷降低时，所吸附的凝结水又会蒸发。吸湿建材有两种应用形式：1 在辐射板外表贴附多孔材料 或直接采用具有吸湿作用的多孔金属材料，吸湿性能 较大，可用于突发湿负荷较大的场合。日本开发出一种高效吸湿陶瓷建材，其吸湿能力是一般建材的45倍， 吸湿量可达自身重量的30% ，在湿度过低的环境下，可 放出水分，有效控制室内湿度。2在围护结构外表喷涂 具有吸湿性的涂料，对水汽进行吸附，将室内湿度控制在一定范围内，防止结露生成，但吸湿性能相对较小14。4.2系统控制方法4.2.1系统的分阶段运行策略通过控制整个空调系统的运行来防止结露生成， 将整个运行过程分为三个阶

22、段15：5结语本文在阐述毛细管网辐射供冷空调系统特点的基础上，介绍了该系统与各种低品位冷源和新风除湿方式的结合模式，并总结了几种处理结露问题的方法。毛 细管网辐射供冷是一项舒适、环保、节能的空调新方式， 根据不同地区的气候特征，配合使用不同的低品位冷 源、新风除湿方式及防结露控制策略，可以在满足空气 品质需求的同时降低建筑能耗，到达节能减排的目的。参考文献：1SO N G ZH A O PEI，W A N G R U ZH U ，ZH A IX IA O Q IA N G .Solar-driven high tem perature radiantcoolingJ.Chinese Scien

23、ce Bulletin，2021，06：978985.2闫振华，黄翔，宣永梅，等.蒸发冷却与毛细管辐射供冷复合式空调J. 建筑热能通风空调，2021，274：2325.3汪明，李永安.毛细管平面辐射空调系统免费冷源的研究J.制冷与空 调，2021，251：3639.4刘九菲，吴兆林.一种毛细管辐射结合独立新风一体机的设计计算与 研究J.中国建设信息供热制冷，2021，10：5456.5孟召贤，余跃进，周蓓.地源热泵和毛细管网辐射系统在别墅中联合 应用的探讨J.制冷与空调四川，2021，235：102104.下转第 80 页No.2/2021总第144期 第33卷38空 调 技 术统停止时与开启

24、时顺序相反。2组合式空调由中央控制室远程控制，如图4所 示，根据室内外焓值等参数，控制新、回风电动风阀开 启比例，并调节回水管路上的电动两通调节阀，控制供 给冷热量，另外还需控制变频运行的排风机以及排风 电动风阀，实现室内设计参数要求。调节时，优先调节 新回风阀开度，实现新风免费供冷，到达最大节能。另 外，组合式空调还有过滤器压差报警、表冷器防冻开关 信号控制以及风机运行、故障等控制，能实现能量自动 管理，做到无人自动控制。3商场风机盘管每层总管路设双位电动两通阀， 实现整层的开关控制。风机盘管设电动两通阀，可以分 组群控，也可单独设置温控器。风机盘管均配置带风机 三速开关的室温控制器及电动二

25、通阀，可根据不同要 求独立控制室温。4各电动风阀、电动防火阀、排烟防火阀等应与 相应风机联锁启停。5火灾时根据报警信号电动或就近开启着火区 域的排烟风机、补风风机等，切断非消防电源，关闭非 消防用的电动风阀、电动防火阀等。的节能措施为全空气系统的新风免费供冷，但要实现这种节能效果，对自动化控制、空调系统的维护保养以 及整个系统的管理要求水平较高。6结语该工程经实际使用两年后，效果良好，但也存在一参考文献：1赵荣义，范存养，等.空气调节M .第三版.北京：中国建筑工业出版社，1996.2陆耀庆.实用供热空调设计手册M .第二版.北京：中国建筑工业出版 社，2021.3方伟，杨国荣，杨裕敏，任兵.上海世茂国际广场暖通空调设计J.制冷 空调与电力机械，2006，271：4548