一种毛细管辐射结合独立新风一体机的设计计算与研究

　　1 引言

近年来经济发展迅速，各大城市中高档公寓、写字楼数量剧增，而空调的大量使用带来的用电高峰给电力负荷带来了很大波动，用冰蓄冷技术可以“削峰填谷”进行蓄能，但其制冰温度远低于空调温度，使得总的能源利用率也较低，是一种节省运行费用但并不节能的做法。目前夏季常用空调形式主要包括两大类：分散独立的安装于需要空调的房间和集中设置冷源、以水或空气作为媒介输送冷量的集中空调系统。无论哪一种方式，都是通过向室内送入经降温除湿的空气，实现室内温湿度的控制。为排除足够的余热余湿，同时又不使送风温度过低，就要求有较大的循环通风量。这就往往造成室内过大的空气流动，使居住者产生不适的吹风感。为减少这种吹风感，就要通过改进送风口的位置和形式来改善室内气流组织。这往往要在室内布置风道，从而降低室内净高或加大楼层间距。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，为了避免吹风感，即使安装了空调系统，也往往不使用热风，而通过另外的供暖系统由散热器供暖。这样就导致室内重复安装两套环境控制系统，分别供冬夏使用[1]。随着空调的普及，新的空调应该具备的特点为：

a)达到较高的室内温湿要求，无吹风感。

b)灵活布置，美观大方

c)潜热、显热分别处理，消除室内污染

d)有效利用可再生能源

综上所述，现有空调存在的环境、能耗、舒适问题，对空调业界提出了新的挑战，基于此，本文提出了一种毛细管辐射结合独立新风一体机的地源热泵系统，希望能在新型空调系统的设计上提供一定的参考价值。

2 系统介绍

图1为毛细管辐射结合独立新风一体机的系统示意图，该系统由室内毛细管辐射末端、独立除湿新风系统和地源热泵机组三部分组成[2]。之所以称为一体机，是由于系统在夏季能同时提供17～19℃的高温冷水[3]供毛细管末端承担室内显热负荷和7℃的低温冷水承担新风潜热负荷。除此之外，为了让新风满足一定的舒适度要求，地源热泵机组内置余热回收套管换热器，能在夏季毫不增加系统能耗的情况下制取35～40℃的热水通往新风机再热盘管让除湿后的低温新风温度升到17℃以上。

2.1地源热泵机组

地源热泵(ground source heat pump )是以地源能(土壤、地下水、地表水、低温地热水和尾水)作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源,来提供采暖、制冷和生活用水的一种系统。典型的地源热泵通过埋地热交换器从土壤中吸热或向土壤放热，夏季空调时，室内的余热经过热泵转移，通过地埋换热器释放到土壤中，同时为冬季蓄存热量；冬季供暖时，通过地埋换热器从土壤中吸热，经热泵将热量供给用户，同时在土壤中蓄存冷量，以备夏季空调用。地源热泵系统的能量来源于地下能源。它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿专栏协作·色空调”[4]。

在我国某些地区，地埋管换热器的出水温度能达到18℃左右，可以直接满足室内辐射末端需要。所以地源热泵机组可以不用开启，而采用自然冷却模式，节约很大一部分电能。

2.2 独立除湿新风系统

独立除湿新风系统是辐射空调系统正常运行的必要条件。一般将新风的绝对含湿量处理到低于室内绝对含湿量的2g/kg空气，即取“送风湿差”不小于2g/kg空气[5]。这样，处理后的新风除了承担新风本身的湿负荷和房间的散湿量以外，还可以承担一部分室内的显热负荷。业界很多人认为对新风再热会产生冷热抵消，造成能源浪费，为解决这一问题，在热泵机组内设有余热回收套管，利用余热回收产生的热水在丝毫不增加系统能耗的前提下对新风进行再热升温处理。这一技术在目前已经很成熟，包括世博园“汉堡之家”的新风系统中也采用了这一功能，其相比溶液除湿而言具有初投资小，而且不会发生除湿溶液泄露的优点。

2.3毛细管辐射末端

毛细管网辐射式空调末端系统是把毛细管网安装在室内墙面、地面或顶棚上平面布置，以水作为介质，通热水的时候向室内辐射传热，通冷水把室内热量带走，将采暖和制冷在一套系统中体现，就像人体皮肤的毛细血管调节体温一样调节室温，是一种仿生的回归自然的空调系统，能广泛应用于空调领域。

辐射完全不同于对流和传导的热传递方式，以节能、舒适而著称。辐射换热作为在现代建筑空调系统中推广的一种导热方式，其亮点便是，它一种令人舒适的热传递过程。毛细管网平面系统和常规的对流式空调系统相比，毛细管系统主要是通过辐射方式进行换热（毛细管辐射顶板系统夏季供水温度为17-19℃，冬季系统供水温度为28-30℃），而辐射传热的最大优点是：在室内没有吹风感、没有空气流动带来的噪音，创造了健康的室内环境。如图2，室内顶板布有露点传感器，露点传感器随时把采集的房间露点值反馈给机组，若房间湿负荷较大，露点温度升高到接近供水度时，热泵机组内部三通阀会自动切断毛细管侧水路，全力除湿，当露点温度降低后，三通阀恢复正常工作。室内温控仪与电动控制阀连接，电动控制阀可根据温控仪设定值对毛细管水量进行一定范围调节，进而调节室内温度，满足用户舒适度。

室内毛细管辐射系统较常规空调系统具有较好的舒适性、较高的制冷能力，与地源热泵机组配套使用更可极大降低维护费用和系统的能耗.