毛细管网低温辐射供暖供冷系统探讨

毛细管网低温辐射供暖供冷系统探讨

徐冰

关键词：毛细管网；辐射供暖；供暖供冷系统

引言

毛细管辐射供暖供冷系统末端因其具有人体感觉舒适、温度调节均匀、可以利用低品质冷热源、减少占用有效使用空间等特点逐渐得到推广和应用。除可以利用传统能源（电，煤炭，燃气等），还可以和热泵配合使用，利用空气源、水源、地源等低品位冷热源，满足夏季制冷及冬季供暖的要求。既可以集中设置也可以分散设置，系统灵活多变，可满足大部分用户的需求。

一、毛细管网供热系统的优势

可有效利用低温热源，节能环保：由于毛细管网散热面积较大，供水温度为28~32℃，低于传统地暖热源所需的50~60℃，故可采用空气源、水源、太阳能、地源等可再生低品质能源。以达到节能环保的目的。目前我国也在积极推广这一绿色环保的新型设备。利用可再生能源、工业废热、污废水、空气能、太阳能等能源上，毛细管网系统具有较大潜力和研究价值。毛细管网传热均匀，同时以热辐射、对流的方式向室内散热，体感温度比室内实际温度高2~3℃。与对流散热相比，要想达到同样供暖效果，计算以地板辐射供暖系统热负荷时，所取的室内设计温度降低2~3℃，或辐射供暖热负荷为传统对流供暖总热负荷乘以系数0.90~0.95。

人体感觉舒适，卫生环境良好：毛细管网末端主要通过形成的辐射方式进行供暖或制冷。辐射供暖一般敷设于地面，当地面有效传热面积不足时，可敷设再墙面、顶棚等位置。当敷设于地面时，由于热量从下向上传导，垂直温差小，人体感觉舒适；由于其是辐射供热，不产生强烈的空气对流，故没有吹风感，减小了室内空气中灰尘、病毒细菌、皮屑等扩散传播的可能性，从而提高了室内的卫生环境水平，从一定程度上保障了人体的健康。

系统管材耐用、安全：毛细管网管材一般为PPR，PERT或PB等绿色环保材料，其具有耐高温、耐高压，不易腐蚀等特点，且系统在低温低压状态运行，管路不易破坏。毛细管网是一个封闭的循环系统，低温热水在官网内流动换热，在不超压的情况下，可以安全使用，不易损坏。

其他特点：毛细管网系统可敷设于地面、墙面、吊顶等位置，从而增大了室内可利用空间；毛细系统由多根并联的细管道组成，可根据实际情况方便调整，配合室内设备、装修、用途、人员等灵活运用。

二、毛细管辐射换热过程简析

毛细管网供热一般于地面敷设，现以地板辐射过程为例，简析其换热过程：

1、毛细管地板辐射系统传热过程可以分为三个过程：

1）强制对流换热过程：毛细管内热水与管壁的换热过程。热水通过毛细管壁的传热可视作无惯性、无滞后的传热过程，但毛细管壁的热阻不可忽略。故不能认为供回水温度的平均值就是管外壁的温度。毛细管内流动热水与内管壁之间先进行对流换热，内管壁与外管壁之间再进行热传导。

2）导热过程：毛细管壁通过覆盖层、找平层、地面装饰层、散热面之间的换热。地板构造内部的传热过程首先考虑毛细管外壁与填充层间的导热过程。前面假设不考虑材料间的接触热阻，且管内流体温度沿管长方向温度可以近似看作不变，则管外壁温度也沿管长方向不变。所以两根毛细管的外壁温度可近似看作相等。则毛细管外壁与填充层的导热过程可看作是二维导热过程。

3）对流、辐射换热：地板表面与室内空气的对流换热过程、地板表面与其他壁面间的辐射换热过程。因此散热面的综合换热量可以近似看作是对流换热量和辐射换热量之和。地板散热表面与室内空气的对流换热，属于平板高温面朝上与空气的自然对流换热。对流换热效果受散热面的表面温度、室内空气温度、围护结构、房间使用功能、人体活动、设备散热情况、门窗缝隙冷风渗透量等多个因素的影响。工程设计中近似的认为平板对流换热过程只与散热面表面温度和室内空气温度有关。因为毛细管换热面积大，管网热水温度均匀，所以可以将散热面的表面温度近似看作是均匀一致的。另地板表面与室内围护结构、设备、家具等表面辐射换热，使其有一定的蓄热量后温升，再对室内空气对流换热。从而从多方位为室内提供热量交换。

三、毛细管吊顶辐射制冷原理和热交换分析

毛细管网应用于制冷作用或者制冷供热左右时，一般敷设于吊顶，由辐射向室内供冷。下面介绍一下毛细管吊顶辐射制冷的原理和热交换情况：

毛细管吊顶辐射供冷，指的是在毛细管内流动低温水，通过管壁降低吊顶表面温度向室内的围护结构、人体、设备等进行热交换，其中辐射换热起主导作用，同时对流换热的制冷技术。毛细管热交换面在于室内空气达成热交换后，室内会呈现上冷下热的情况，冷空气自然下沉。在下部工作区的人们整体感觉舒适，没有吹风感，且不会将地面的灰尘、碎屑等带到空中，从而从一定程度上保障了室内空气品质的要求。

辐射制冷技术的主要换热方式是辐射和对流，冷冻水在毛细管网辐射末端内循环流动，降低了毛细管壁的温度，冷辐射面通过辐射作用，降低了其他辐射表面和围护结构、人体等表面的温度。物体表面温度降低后，通过热传导的方式将室内局部空气降温，冷空气再与热空气形成对流换热，从而达到全室内空气温度降低的目的。

毛细管吊顶制冷技术在世界上诞生后，由于其结构轻便，安装灵活，改装简单，维护简易，从而受到很多的关注及应用。由于其能成功利用低品质冷源且中间损耗较小，故其也成为节能环保的一门技术。在没有高品质冷源的情况下，毛细管供冷系统可以配合可再生能源、二次能源、传统能源等多种低品质冷源，就可以达到室内舒适的体感要求，但是由于地区性差异，还有一些问题等待完善改进。

自然条件下辐射、对流、蒸发散热占散热总量的比例分别为45%，30%，25%。有关数据表面在辐射吊顶制冷房间内人体的辐射散热量是自然条件下的1.5倍，同时人体的周围环境的散热量在会增加10%。因此仅仅依靠室内空气温度来评价室内的热环境是不充分的，引入平均辐射温度（MRT）及作用温度（OT），为准确评价室内舒适性提供更可靠的依据。

假定在封闭的环境内，人体只和周围环境进行热交换，而通过人体对周围的辐射换热全部被环境吸收，环境内表面为黑体，则平均辐射温度就是黑体表面的温度。当人体与环境的辐射、对流换热量与实际环境内的辐射、对流换热量相等时，那么此时环境的温度就是作用温度。引入这两个温度概念是对室内舒适度评价的一个要求，因为室内温度是不均匀的，而人体在室内的活动是不固定，就会造成局部热岛效应，影响整体舒适度要求。同时也可为日后室内进行功能改造、功能分区等情况拆改毛细管吊顶供冷系统提供一定的数据参考，从而节省人力物力。

结语

由于毛细管网系统地板辐射供热水温为30~40℃，毛细管网系统吊顶辐射供冷水温为15~20℃，成功有效利用了低品质冷热源。除配合传统冷热源（电、燃气、煤炭等）还可以配合新型清洁绿色环保能源（空气源、地源、水源、太阳能等）进行系统设计及应用。同时毛细管网由于自身的重量轻、安装位置占用小、改造灵活等特点，可以广泛应用于我国的非集中采暖地区，做到冬天供暖、夏天供冷的需求，使室内环境更加舒适健康，同时也减少由于室内温度问题引起的不必要的人体健康损失和室内设备的损耗浪费等间接经济损失。

参考文献：

[1]王梓，姜伟等.毛细管网在冬季供暖中的热工性能实验研究.建筑节能.2014（11）：P16-18.

[2]王冬梅，刘志伟.低温地板辐射供暖系统的设计与应用[J].黑龙江科技信息，2002（6）