毛细管水源热泵技术的现状及发展

毛细管水源热泵技术的现状及发展摘要:传统的供热制冷形式经历了数百年，人们在继承传统文化的同时也在一刻不断地追求着新生事物。对生活环境舒适感的强烈追求，对生存环境的保护和受到能源资源的限制，促使人们不断研究新方法、新手段、新技术和新设备来满足日益增长的需求，也促使着人们从概念到应用都发生着巨大变化。毛细管水源热泵技术是这个领域的一项新技术，它可以根据周围环境自动调整环境的换热量。用水做热媒的毛细管使用的是弹性塑料，直接铺在房间围护结构表面的下方。关键词：毛细管水源热泵辐射换热节能发展趋势1、引言毛细管网于20世纪70年代起源于欧洲，是由德国科学家根据仿生学原理提的一种新型空调末端形式毛细管网热泵集中空调系统采用地源热泵主机为冷热源，前端取能装置可以从土壤地下水污水地表水等能量载体中提取低品位能源并加以利用，末端采用毛细管网形式，利用辐射换热方式来保证室内空气调节的效果［1］。现有的空调系统尽管经历了不断的改进和完善，但是由于系统自身无法避免的问题如:温湿度耦合处理带来的损失、难以适应温湿度比的变化、冷表面滋生霉菌、对流吹风感、盘管送风的噪音以及室内重复安装两套环境调节系统等。因此对暖通空调界提出了更高的要求：除了继续优化建筑外围结构加强保温和隔热外，开发研究高舒适度、节能、低成本的室内环境调节系统是非常有必要的。文中将对毛细管水源热泵技术优点进行探讨，并对其现状和未来的发展趋势进行了研究。2毛细管水源热泵系统的工作原理毛细管顶板辐射采暖空调系统20世纪末起源于欧洲发达国家。是顶棚辐射供冷的第三代（第一代是混凝土楼板埋管式。第二代是金属吊顶辐射式）。它用塑料制成直径小（外径2〜5mm）、间距小（8〜10mm）的密布细管，顶端连接分水或集水联箱。毛细管网模拟植物叶脉和人体皮肤下的毛细血管机制：它们都是通过毛细管内流动的液体来调节自身温度，从而达到与周围环境的平衡。PPR毛细管网是理想的高效换热器，这是由其结构特点和材料特点决定的。毛细管热泵空调系统是指利用毛细管作为采集能量的前端采集器或释放能量的末端散冷散热器。热泵空调根据需要可以采用水源热泵主机，也可以采用空气源热泵主机。在冬季毛细管辐射供热工况，供水水温只需30°C-35°C即能达到室温20°C±2°C；夏季毛细管辐射供冷工况，辅以置换新风的除湿系统，供水水温只需18C即能达到室温26C±2C[2-4]。为了区别于传统工况的空调系统，特命名为毛细管热泵系统。该系统包括三个独立系统：2.1低品位能量采集系统：毛细管网作为水源能量采集器可以置于海洋、江河湖泊、工业废水、生活污水中高效提取能量，把传统开式取水系统变成闭式循环系统，不必考虑水质的影响。毛细管网土壤能量采集器埋置在浅层土壤中采集能量，解决了传统打深孔技术受地质条件影响大和效率低的问题。这样，从初投资和运行管理费用上都会大大节省。2.2热泵主机能量转换系统水源热泵主机从低温水源中提取能量，向室内毛细管辐射末端系统供冷供暖，夏季运行时能能效比可达1：10，冬季供暖运行时可达1：8，远远高于传统的空调系统。如果没有适用的水源，也可以采用空气源热泵空调，直接从空气中提取能量。由于冬季供水水温只需28C，所以空气源热泵空调的运行效率也会大大提高。2.3室内毛细管能量释放系统如果仅用于供暖，超薄的毛细管网也可以当散热器，不占空间，不占层高，可以在地面、墙面和顶棚因地制宜安装，热反应时间10-30分钟，舒适性很强。与地板采暖相比，可以节省50mm豆石蓄热层，减轻建筑荷载，与传统地暖的综合造价相当⑸。毛细管网可以用小温差辐射采暖制冷两用，但是为了避免湿度大露点高辐射供冷产生凝露，就要配套除湿系统。常规采用毛细管网恒温辐射+置换新风方案，实现高舒适低能耗达到最高健康环保要求，称为毛细管网生态空调系统，造价与传统中央空调+地板采暖相当，但是节省了空间和能耗，实现的舒适度则是传统空调技术无法比拟的。3毛细管水源热泵技术的优势分析区别于传统地源热泵中央空调系统，毛细管水源热泵技术具有诸多优势：3.1高舒适性作为高舒适度的建筑要符合国际标准的热环境标准ISO7730以及世界卫生组织的WHO卫生标准，其中要求传热介质的温度与室内空气应具有小温差（10°C以内）传热的特征。大温差点热源是很难形成高舒适度的。常规的空调室内末端系统采用的是室内风机盘管加新风，缺点是仅依靠室内送回风口的点传热来满足空间温度平衡，进而造成室内温度分布不均匀及温差大、升温慢等现象出现。而毛细管顶板空调方式则从根本克服了这一缺点，它是将通过冷热水源的毛细管平铺于室内顶板上，使室内由点传热转化为平面传热、确保了室内温度分布非常均匀。另外由于主要通过辐射的方式供冷供热，热辐射交换面积特别大，冷P热辐射表面基本没有温度区别，室内温度变化速度快、分布均匀，无温度死角，室内无吹风感，无风机噪音［6。新风系统有效地改善室内空气质量，降低室内浓度。3.2安装方便毛细管网栅可铺在金属板上制成模块化的辐射板产品，也可以直接贴在楼板上,仅占用10mm吊顶的空间，安装也非常方便。先在楼板顶表面上喷上一层水泥砂浆，然后把毛细管抻紧了，把板子安装进去就可以了。因而在改造项目中应用方便。可以安装在楼板下、墙面，节省了室内建筑空间。常规的风机盘管系统方式,室内为了排列各种送回水管、冷凝水管等而不得不在各房间之间穿墙凿洞、增加吊顶及不必要造型，这不仅造成了很大的空间占用，而且也破坏了室内整体装饰的完美性。地板辐射供暖系统则需增加铺设保温层、混凝土层等一系列的工序。3.3无环境污染由于网栅材料本身不含任何有害物质。网栅系统内不产生废气和废水等对环境有污染的废物。网栅材料可百分之百回收再循环使用。此外该系统还具有取暖制冷合为一体、网栅可免维修、安全可靠,使用寿命长等特点。4毛细管水源热泵技术在国内的使用现状毛细管网在欧洲已经应用20多年，德国柏林TreptowerAllainz保险公司、维也纳双子大厦、德国柏林stolpchensee别墅区、比利时布鲁塞尔UCB药厂、德国勒沃库森足球体育馆、德国HANNOVER2000展览会展馆、德国柏林动物园企鹅馆等项目都采用毛细管网。2005年毛细管网进入中国以来，也在很多项目上应用。清华大学节能示范楼、清华大学环境楼、北京科委办公楼、北京侨福芳草地、南京锋尚、南京朗诗所有项目样板间、深圳招商地产总部办公楼、天津富水一方、绿地能源大厦、山东日照港务局培训中心、西藏华能水电站基地、重庆锰都大酒店水源热泵系统改造一期二期等项目中都应用了毛细管网［7-8」毛细管网不仅只用于空调系统末端，也开始应用于前端，应用形式灵活多样，毛细管网设计和安装技术已经成熟。2010年，新国家标准《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》即将颁布，毛细管网的设计使用是主要一项增编内容。关于毛细管网施工的技术规程和验收规范由同济大学牵头正在制定国家标准，国家十一五科技支撑计划中有多个课题与毛细管网有关。此前，毛细管网的应用曾经是德国技术的标榜、科技地产的标榜和高端项目的标榜，毛细管网制造技术为德国企业垄断几十年。北京普来福环境技术有限公司和北京化工大学走产学研合作的道路实现了毛细管网的国产化，大大降低了使用成本，为这项先进技术在我国广泛推广应用提供了条件。目前，国产化的毛细管网通过了国家权威部门各项检测，通过了住房与城乡建设部的科技成果评估与推广，并且被部分城市建设管理部门列入本地优先推荐的节能产品目录，在政府投资项目中引导使用。5毛细管水源热泵技术的发展情景为了使毛细管网技术真正进入供冷供暖领域，2009年年初，新加坡独资企业——郑州中南科莱空调设备有限公司，联合北京普来福环境技术有限公司共同开发适用于毛细管网工况的水地源热泵产品和空气源热泵产品，并深入研究毛细管网作为前端采集低温能源的采集装置施工工艺，以及作为室内末端释放能源的散冷散热施工工艺。国产毛细管网还通过了8760H测试，在110°C水温和19公斤压力下365天不破裂、不漏不渗，证明常温常压下可满足使用50年以上。因此，作为毛细管热泵空调前端采集低温能源的采集装置，可以安全、可靠、高地从江水、湖水、城市污水中水、海水、工业废水中提取能量，从而大大拓展了毛细热泵空调系统的应用范围［9-10］。全国暖通空调与净化设备标准化技术委员会黄维秘书长说，暖通空调技术的发展开始追求高舒适和低能耗，辐射可能是最好的解决方式，目前国外散热器系统的设计也采用低温辐射方式［11］。毛细管热泵空调目前较多应用于低温辐射采暖，因为这样更能体现出投资费用低、运行效果舒适、采暖费用低廉的显著优势。毛细管网呼吸式空调是毛细管热泵空调的灵活应用。把毛细管网置于墙体内腔中，墙表面上下开风口，不需要风机动力。毛细管网内介质的流动制冷或加热腔体内空气，温度差产生重力差让空气自然循环，一侧风口排气另侧风口吸气，呼吸室内空气进行处理，风速柔和无噪声。呼吸式空调靠毛细管网极大的表冷面积有很好的制冷除湿能力，还能去除室内甲醛及空气悬浮物的污染。这样的系统比较简单，不必考虑毛细管网冷辐射墙面凝露及配套除湿系统的设计。毛细管热泵空调系统适用于大型住宅、别墅、写字楼、酒店、餐饮、医院等民用、公用建筑，更适合于对温湿度要求较高的厂房、酒窖等工业场所［13］。低碳经济鼓励可再生能源的开发利用，毛细管热泵空调系统正是以高效利用低品位能源见长，同时实现了高舒适和低能耗，既符合国家节能减排降耗及住宅产业化政策，又满足人民群众对舒适健康生活的需求，推广应用前景巨大。6结束语以毛细管网技术为核心的恒温恒湿生态空调系统，配合水源热泵技术，只需要极小的安装空间，提供最高的舒适度，没有空气对流或湍流，没有噪音和灰尘污染，没有过热或过冷的局部区域，夏天享受林荫的凉爽，冬天加热时不会口十舌燥，享受阳光的温馨。且可以进行分室分时控制，满足个性化需求，高效的散热末端配合地源热泵技术，使得节能表现更突出。舒适、节能、环保、健康、免维护、免清洗、造价低等特点代表了未来空调的发展方向参考文献姚万祥，张志刚，李峥嵘.毛细管辐射空调系统的研究.天津城市建设学院⑵李永安，崔新阳，刘学来等.毛细管平面辐射空调系统供冷特性的研究.山东建筑大学张亮.地源热泵+毛细管网空调系统的热力学分析.制冷与空调.2010年6月24卷3期马玉奇，刘学来，李永安等.毛细管空调系统的节能性分析.北京建筑工程学院邵宗义.毛细管网辐射供热供冷系统特性分析与空调的发展方向工程应用探讨陶红霞，翁文兵，刘峰.上海理工大学.毛细管辐射空调系统简介及设计要点分析张洋，刘晓蕊，郑英姿等.中国矿业大学.毛细管网热泵集中空调系统夏季应用实例分析任杰,兰海，周井明等.毛细管网平面辐射空调系统应用与推广天津市汇森房地产毛细管网超薄辐射采暖解决方案.北京普来福环境技术有限公司北京普来福环境技术有限公司北京普来福环境技术有限公司北京普来福环境技术有限公司高博，徐彬彬，乔振勇等.地源热泵与毛细管辐射空调系统的设计运用.四川成都建筑科技研究院毛细管网热泵空调系统：空调技术发展趋势.来源：城市化网.2011/8/16/15:38[12]姬生利。热塑性毛细管网生产应用与安全技术[13]毛细管网热泵空调系统是暖通空调技术发展的趋势.郑州中南科莱空调设备有限公司K.Mountzouridis,N.F.Tsagas,LiquidHeating-CoolingAirCondi-tioningSystem,GreekPatentNo.1004485(2004)(inGreek).GJ.Plagakos,N.F.Tsagas,K.Mountzouridis,D.A.Karadimos,I.Afisov,Liquidheating-coolingairconditioningsystem,in:ProceedingsoftheInternationalConferenceonEcologicalProtectionofthePlanetEarthI,Xanthi,Gre