毛細(xì)管水源熱泵技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

毛細(xì)管水源熱泵技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展摘要:傳統(tǒng)的供熱制冷形式經(jīng)歷了數(shù)百年，人們在繼承傳統(tǒng)文化的同時也在一刻不斷地追求著新生事物。對生活環(huán)境舒適感的強烈追求，對生存環(huán)境的保護和受到能源資源的限制，促使人們不斷研究新方法、新手段、新技術(shù)和新設(shè)備來滿足日益增長的需求，也促使著人們從概念到應(yīng)用都發(fā)生著巨大變化。毛細(xì)管水源熱泵技術(shù)是這個領(lǐng)域的一項新技術(shù)，它可以根據(jù)周圍環(huán)境自動調(diào)整環(huán)境的換熱量。用水做熱媒的毛細(xì)管使用的是彈性塑料，直接鋪在房間圍護結(jié)構(gòu)表面的下方。關(guān)鍵詞：毛細(xì)管水源熱泵輻射換熱節(jié)能發(fā)展趨勢1、引言毛細(xì)管網(wǎng)于20世紀(jì)70年代起源于歐洲，是由德國科學(xué)家根據(jù)仿生學(xué)原理提的一種新型空調(diào)末端形式毛細(xì)管網(wǎng)熱泵集中空調(diào)系統(tǒng)采用地源熱泵主機為冷熱源，前端取能裝置可以從土壤地下水污水地表水等能量載體中提取低品位能源并加以利用，末端采用毛細(xì)管網(wǎng)形式，利用輻射換熱方式來保證室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的效果［1］?，F(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)盡管經(jīng)歷了不斷的改進和完善，但是由于系統(tǒng)自身無法避免的問題如:溫濕度耦合處理帶來的損失、難以適應(yīng)溫濕度比的變化、冷表面滋生霉菌、對流吹風(fēng)感、盤管送風(fēng)的噪音以及室內(nèi)重復(fù)安裝兩套環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。因此對暖通空調(diào)界提出了更高的要求：除了繼續(xù)優(yōu)化建筑外圍結(jié)構(gòu)加強保溫和隔熱外，開發(fā)研究高舒適度、節(jié)能、低成本的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)是非常有必要的。文中將對毛細(xì)管水源熱泵技術(shù)優(yōu)點進行探討，并對其現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢進行了研究。2毛細(xì)管水源熱泵系統(tǒng)的工作原理毛細(xì)管頂板輻射采暖空調(diào)系統(tǒng)20世紀(jì)末起源于歐洲發(fā)達國家。是頂棚輻射供冷的第三代（第一代是混凝土樓板埋管式。第二代是金屬吊頂輻射式）。它用塑料制成直徑?。ㄍ鈴??5mm）、間距小（8?10mm）的密布細(xì)管，頂端連接分水或集水聯(lián)箱。毛細(xì)管網(wǎng)模擬植物葉脈和人體皮膚下的毛細(xì)血管機制：它們都是通過毛細(xì)管內(nèi)流動的液體來調(diào)節(jié)自身溫度，從而達到與周圍環(huán)境的平衡。PPR毛細(xì)管網(wǎng)是理想的高效換熱器，這是由其結(jié)構(gòu)特點和材料特點決定的。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，也可以采用空氣源熱泵主機。在冬季毛細(xì)管輻射供熱工況，供水水溫只需30°C-35°C即能達到室溫20°C±2°C；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18C即能達到室溫26C±2C[2-4]。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)管熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括三個獨立系統(tǒng)：2.1低品位能量采集系統(tǒng)：毛細(xì)管網(wǎng)作為水源能量采集器可以置于海洋、江河湖泊、工業(yè)廢水、生活污水中高效提取能量，把傳統(tǒng)開式取水系統(tǒng)變成閉式循環(huán)系統(tǒng)，不必考慮水質(zhì)的影響。毛細(xì)管網(wǎng)土壤能量采集器埋置在淺層土壤中采集能量，解決了傳統(tǒng)打深孔技術(shù)受地質(zhì)條件影響大和效率低的問題。這樣，從初投資和運行管理費用上都會大大節(jié)省。2.2熱泵主機能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)水源熱泵主機從低溫水源中提取能量，向室內(nèi)毛細(xì)管輻射末端系統(tǒng)供冷供暖，夏季運行時能能效比可達1：10，冬季供暖運行時可達1：8，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)。如果沒有適用的水源，也可以采用空氣源熱泵空調(diào)，直接從空氣中提取能量。由于冬季供水水溫只需28C，所以空氣源熱泵空調(diào)的運行效率也會大大提高。2.3室內(nèi)毛細(xì)管能量釋放系統(tǒng)如果僅用于供暖，超薄的毛細(xì)管網(wǎng)也可以當(dāng)散熱器，不占空間，不占層高，可以在地面、墻面和頂棚因地制宜安裝，熱反應(yīng)時間10-30分鐘，舒適性很強。與地板采暖相比，可以節(jié)省50mm豆石蓄熱層，減輕建筑荷載，與傳統(tǒng)地暖的綜合造價相當(dāng)⑸。毛細(xì)管網(wǎng)可以用小溫差輻射采暖制冷兩用，但是為了避免濕度大露點高輻射供冷產(chǎn)生凝露，就要配套除濕系統(tǒng)。常規(guī)采用毛細(xì)管網(wǎng)恒溫輻射+置換新風(fēng)方案，實現(xiàn)高舒適低能耗達到最高健康環(huán)保要求，稱為毛細(xì)管網(wǎng)生態(tài)空調(diào)系統(tǒng)，造價與傳統(tǒng)中央空調(diào)+地板采暖相當(dāng)，但是節(jié)省了空間和能耗，實現(xiàn)的舒適度則是傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)無法比擬的。3毛細(xì)管水源熱泵技術(shù)的優(yōu)勢分析區(qū)別于傳統(tǒng)地源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，毛細(xì)管水源熱泵技術(shù)具有諸多優(yōu)勢：3.1高舒適性作為高舒適度的建筑要符合國際標(biāo)準(zhǔn)的熱環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)ISO7730以及世界衛(wèi)生組織的WHO衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，其中要求傳熱介質(zhì)的溫度與室內(nèi)空氣應(yīng)具有小溫差（10°C以內(nèi)）傳熱的特征。大溫差點熱源是很難形成高舒適度的。常規(guī)的空調(diào)室內(nèi)末端系統(tǒng)采用的是室內(nèi)風(fēng)機盤管加新風(fēng)，缺點是僅依靠室內(nèi)送回風(fēng)口的點傳熱來滿足空間溫度平衡，進而造成室內(nèi)溫度分布不均勻及溫差大、升溫慢等現(xiàn)象出現(xiàn)。而毛細(xì)管頂板空調(diào)方式則從根本克服了這一缺點，它是將通過冷熱水源的毛細(xì)管平鋪于室內(nèi)頂板上，使室內(nèi)由點傳熱轉(zhuǎn)化為平面?zhèn)鳠?、確保了室內(nèi)溫度分布非常均勻。另外由于主要通過輻射的方式供冷供熱，熱輻射交換面積特別大，冷P熱輻射表面基本沒有溫度區(qū)別，室內(nèi)溫度變化速度快、分布均勻，無溫度死角，室內(nèi)無吹風(fēng)感，無風(fēng)機噪音［6。新風(fēng)系統(tǒng)有效地改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，降低室內(nèi)濃度。3.2安裝方便毛細(xì)管網(wǎng)柵可鋪在金屬板上制成模塊化的輻射板產(chǎn)品，也可以直接貼在樓板上,僅占用10mm吊頂?shù)目臻g，安裝也非常方便。先在樓板頂表面上噴上一層水泥砂漿，然后把毛細(xì)管抻緊了，把板子安裝進去就可以了。因而在改造項目中應(yīng)用方便。可以安裝在樓板下、墻面，節(jié)省了室內(nèi)建筑空間。常規(guī)的風(fēng)機盤管系統(tǒng)方式,室內(nèi)為了排列各種送回水管、冷凝水管等而不得不在各房間之間穿墻鑿洞、增加吊頂及不必要造型，這不僅造成了很大的空間占用，而且也破壞了室內(nèi)整體裝飾的完美性。地板輻射供暖系統(tǒng)則需增加鋪設(shè)保溫層、混凝土層等一系列的工序。3.3無環(huán)境污染由于網(wǎng)柵材料本身不含任何有害物質(zhì)。網(wǎng)柵系統(tǒng)內(nèi)不產(chǎn)生廢氣和廢水等對環(huán)境有污染的廢物。網(wǎng)柵材料可百分之百回收再循環(huán)使用。此外該系統(tǒng)還具有取暖制冷合為一體、網(wǎng)柵可免維修、安全可靠,使用壽命長等特點。4毛細(xì)管水源熱泵技術(shù)在國內(nèi)的使用現(xiàn)狀毛細(xì)管網(wǎng)在歐洲已經(jīng)應(yīng)用20多年，德國柏林TreptowerAllainz保險公司、維也納雙子大廈、德國柏林stolpchensee別墅區(qū)、比利時布魯塞爾UCB藥廠、德國勒沃庫森足球體育館、德國HANNOVER2000展覽會展館、德國柏林動物園企鵝館等項目都采用毛細(xì)管網(wǎng)。2005年毛細(xì)管網(wǎng)進入中國以來，也在很多項目上應(yīng)用。清華大學(xué)節(jié)能示范樓、清華大學(xué)環(huán)境樓、北京科委辦公樓、北京僑福芳草地、南京鋒尚、南京朗詩所有項目樣板間、深圳招商地產(chǎn)總部辦公樓、天津富水一方、綠地能源大廈、山東日照港務(wù)局培訓(xùn)中心、西藏華能水電站基地、重慶錳都大酒店水源熱泵系統(tǒng)改造一期二期等項目中都應(yīng)用了毛細(xì)管網(wǎng)［7-8」毛細(xì)管網(wǎng)不僅只用于空調(diào)系統(tǒng)末端，也開始應(yīng)用于前端，應(yīng)用形式靈活多樣，毛細(xì)管網(wǎng)設(shè)計和安裝技術(shù)已經(jīng)成熟。2010年，新國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》即將頒布，毛細(xì)管網(wǎng)的設(shè)計使用是主要一項增編內(nèi)容。關(guān)于毛細(xì)管網(wǎng)施工的技術(shù)規(guī)程和驗收規(guī)范由同濟大學(xué)牽頭正在制定國家標(biāo)準(zhǔn)，國家十一五科技支撐計劃中有多個課題與毛細(xì)管網(wǎng)有關(guān)。此前，毛細(xì)管網(wǎng)的應(yīng)用曾經(jīng)是德國技術(shù)的標(biāo)榜、科技地產(chǎn)的標(biāo)榜和高端項目的標(biāo)榜，毛細(xì)管網(wǎng)制造技術(shù)為德國企業(yè)壟斷幾十年。北京普來福環(huán)境技術(shù)有限公司和北京化工大學(xué)走產(chǎn)學(xué)研合作的道路實現(xiàn)了毛細(xì)管網(wǎng)的國產(chǎn)化，大大降低了使用成本，為這項先進技術(shù)在我國廣泛推廣應(yīng)用提供了條件。目前，國產(chǎn)化的毛細(xì)管網(wǎng)通過了國家權(quán)威部門各項檢測，通過了住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部的科技成果評估與推廣，并且被部分城市建設(shè)管理部門列入本地優(yōu)先推薦的節(jié)能產(chǎn)品目錄，在政府投資項目中引導(dǎo)使用。5毛細(xì)管水源熱泵技術(shù)的發(fā)展情景為了使毛細(xì)管網(wǎng)技術(shù)真正進入供冷供暖領(lǐng)域，2009年年初，新加坡獨資企業(yè)——鄭州中南科萊空調(diào)設(shè)備有限公司，聯(lián)合北京普來福環(huán)境技術(shù)有限公司共同開發(fā)適用于毛細(xì)管網(wǎng)工況的水地源熱泵產(chǎn)品和空氣源熱泵產(chǎn)品，并深入研究毛細(xì)管網(wǎng)作為前端采集低溫能源的采集裝置施工工藝，以及作為室內(nèi)末端釋放能源的散冷散熱施工工藝。國產(chǎn)毛細(xì)管網(wǎng)還通過了8760H測試，在110°C水溫和19公斤壓力下365天不破裂、不漏不滲，證明常溫常壓下可滿足使用50年以上。因此，作為毛細(xì)管熱泵空調(diào)前端采集低溫能源的采集裝置，可以安全、可靠、高地從江水、湖水、城市污水中水、海水、工業(yè)廢水中提取能量，從而大大拓展了毛細(xì)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍［9-10］。全國暖通空調(diào)與凈化設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會黃維秘書長說，暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展開始追求高舒適和低能耗，輻射可能是最好的解決方式，目前國外散熱器系統(tǒng)的設(shè)計也采用低溫輻射方式［11］。毛細(xì)管熱泵空調(diào)目前較多應(yīng)用于低溫輻射采暖，因為這樣更能體現(xiàn)出投資費用低、運行效果舒適、采暖費用低廉的顯著優(yōu)勢。毛細(xì)管網(wǎng)呼吸式空調(diào)是毛細(xì)管熱泵空調(diào)的靈活應(yīng)用。把毛細(xì)管網(wǎng)置于墻體內(nèi)腔中，墻表面上下開風(fēng)口，不需要風(fēng)機動力。毛細(xì)管網(wǎng)內(nèi)介質(zhì)的流動制冷或加熱腔體內(nèi)空氣，溫度差產(chǎn)生重力差讓空氣自然循環(huán)，一側(cè)風(fēng)口排氣另側(cè)風(fēng)口吸氣，呼吸室內(nèi)空氣進行處理，風(fēng)速柔和無噪聲。呼吸式空調(diào)靠毛細(xì)管網(wǎng)極大的表冷面積有很好的制冷除濕能力，還能去除室內(nèi)甲醛及空氣懸浮物的污染。這樣的系統(tǒng)比較簡單，不必考慮毛細(xì)管網(wǎng)冷輻射墻面凝露及配套除濕系統(tǒng)的設(shè)計。毛細(xì)管熱泵空調(diào)系統(tǒng)適用于大型住宅、別墅、寫字樓、酒店、餐飲、醫(yī)院等民用、公用建筑，更適合于對溫濕度要求較高的廠房、酒窖等工業(yè)場所［13］。低碳經(jīng)濟鼓勵可再生能源的開發(fā)利用，毛細(xì)管熱泵空調(diào)系統(tǒng)正是以高效利用低品位能源見長，同時實現(xiàn)了高舒適和低能耗，既符合國家節(jié)能減排降耗及住宅產(chǎn)業(yè)化政策，又滿足人民群眾對舒適健康生活的需求，推廣應(yīng)用前景巨大。6結(jié)束語以毛細(xì)管網(wǎng)技術(shù)為核心的恒溫恒濕生態(tài)空調(diào)系統(tǒng)，配合水源熱泵技術(shù)，只需要極小的安裝空間，提供最高的舒適度，沒有空氣對流或湍流，沒有噪音和灰塵污染，沒有過熱或過冷的局部區(qū)域，夏天享受林蔭的涼爽，冬天加熱時不會口十舌燥，享受陽光的溫馨。且可以進行分室分時控制，滿足個性化需求，高效的散熱末端配合地源熱泵技術(shù)，使得節(jié)能表現(xiàn)更突出。舒適、節(jié)能、環(huán)保、健康、免維護、免清洗、造價低等特點代表了未來空調(diào)的發(fā)展方向參考文獻姚萬祥，張志剛，李崢嶸.毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)的研究.天津城市建設(shè)學(xué)院⑵李永安，崔新陽，劉學(xué)來等.毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)供冷特性的研究.山東建筑大學(xué)張亮.地源熱泵+毛細(xì)管網(wǎng)空調(diào)系統(tǒng)的熱力學(xué)分析.制冷與空調(diào).2010年6月24卷3期馬玉奇，劉學(xué)來，李永安等.毛細(xì)管空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性分析.北京建筑工程學(xué)院邵宗義.毛細(xì)管網(wǎng)輻射供熱供冷系統(tǒng)特性分析與空調(diào)的發(fā)展方向工程應(yīng)用探討陶紅霞，翁文兵，劉峰.上海理工大學(xué).毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)簡介及設(shè)計要點分析張洋，劉曉蕊，鄭英姿等.中國礦業(yè)大學(xué).毛細(xì)管網(wǎng)熱泵集中空調(diào)系統(tǒng)夏季應(yīng)用實例分析任杰,蘭海，周井明等.毛細(xì)管網(wǎng)平面輻射空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用與推廣天津市匯森房地產(chǎn)毛細(xì)管網(wǎng)超薄輻射采暖解決方案.北京普來福環(huán)境技術(shù)有限公司北京普來福環(huán)境技術(shù)有限公司北京普來福環(huán)境技術(shù)有限公司北京普來福環(huán)境技術(shù)有限公司高博，徐彬彬，喬振勇等.地源熱泵與毛細(xì)管輻射空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計運用.四川成都建筑科技研究院毛細(xì)管網(wǎng)熱泵空調(diào)系統(tǒng)：空調(diào)技術(shù)發(fā)展趨勢.來源：城市化網(wǎng).2011/8/16/15:38[12]姬生利。熱塑性毛細(xì)管網(wǎng)生產(chǎn)應(yīng)用與安全技術(shù)[13]毛細(xì)管網(wǎng)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是暖通空調(diào)技術(shù)發(fā)展的趨勢.鄭州中南科萊空調(diào)設(shè)備有限公司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