毛细管网低温辐射空调模块墙研究★

周健 邹亚

(南京工程学院建筑工程学院，江苏南京 211100)

由于经济水平的逐步提高，越来越多的人将精力投入到生活品质的追求中，自然对室内热环境的舒适度提出了更高的要求，因此，空调采暖系统的安装使用越来越普遍。然而常规空调和采暖系统不仅能耗高，而且对环境的负影响较大，均需占据一定的室内利用空间，给室内布置带来不必要的麻烦。大面积、高密度的空调使用还会对室外环境造成恶劣影响，造成城市热岛。此外，长时间待在空调房中会对人体机能带来负面影响，可以说常规空调的使用具有很大的弊端，因此寻找新式的能耗更低、更环保的空调采暖系统是未来可持续发展的重要内容。目前已研究出的新式环保空调采暖设备有太阳能热水系统、空气源热泵系统、地源热泵系统、水源热泵系统等，然而这些系统如何与建筑有机结合，空调采暖系统的空气调节终端最有利形式是怎样的这些问题还需要进一步的研究和探索。

现在运用较广泛的空气调节终端的形式有:风机、散热片(见表1)。这几种空气调节终端都有一定的局限性。

表1 空气调节终端局限性

如何解决现有空气调节终端的各种弊端是当前低能耗建筑研究的前沿领域。经过我们的调研考察，决定以形式结构较为规整单一的高校宿舍为研究对象。经过初步研究，我们认为，人体表皮有很好的温度调节能力，而这种调节能力主要依赖于表皮下的毛细血管网，因此我们希望通过深入研究人体表皮下的毛细血管网的组织结构，尝试模拟人体毛细血管网的这种组织结构形式，设计一种适用于大多数新式环保空调采暖系统的空气调节终端——毛细管网低温辐射空调模块墙。如图1所示，该模块墙尺寸为900 mm×600 mm×50 mm，构造层次依次为:饰面板、连接支柱、PE-RT管(直列型)、焊接钢丝网、铝箔反射膜、保温层和结构层。这种终端不仅热转换率较高，室内热舒适度好，而且可以与建筑墙体紧密结合不占据室内空间，符合建筑模数制的要求，利于已建建筑的后期改造和工业化生产，安装方便。

今年年初，我们对南京市江宁大学城的南京工程学院宿舍单元进行了为期3 d的1∶1试验，选择了 d×l×h=3.3×3.9×3.0的两间北向宿舍进行了对比试验，一间无任何采暖设备，另一间安放若干模块墙，利用热水作为热媒进行运作，每隔1 h量取一次两者的温度进行记录，测试当达到人体舒适温度时所用模块墙的数量。数据统计如图2～图4所示(实验证明最高效的是使用2块～3块模块墙，图2～图4为使用2块模块墙的统计数据)。

图1 毛细管网低温辐射空调模块墙

图2 室外温湿度变化

图3 室内温度变化

图4 热水温度变化

我们利用绿色建筑分析软件Ecotect对使用空调采暖系统和毛细管网采暖系统的建筑单元进行了模拟分析:

1)逐月能耗/不舒适度分析见图5～图8。由软件模拟提供的数据可以看出，无论是全年总能耗，还是各月能耗对比，除个别月份毛细管网设备能耗略高于空调能耗外，毛细管网设备在节约能耗方面占据绝对优势。此外，由各月份能耗对比可看出，在冬季采暖方面，毛细管网的节能效益尤为突出。

图5 空调采暖系统各月能耗柱状图

图6 毛细管网采暖系统各月能耗柱状图

图7 空调采暖系统与毛细管网采暖系统总能耗对比

图8 各月份能耗对比

2)逐时得热分析。由逐时得热分析图，从“1”HVAC(空调系统负荷)来看，空调系统较毛细管网设备能耗负荷约高37%，从“4”VENT.(冷风渗透失热)来看，空调系统冷风渗透失热高于毛细管网设备约40.9%(见图9，图10)。

图9 逐时得热分析图

3)温度分布分析图。由图11可知，采用毛细管网设备的室内过低温度比例较低，虽然过高温度略高，但所占比例却很小，因此舒适温度比例就相对较高。

图10 逐时得热/失热分析图

图11 温度分布分析图

由以上实验及分析可知，毛细管网空调模块墙系统较普通空调系统具有能耗低，热舒适度良好等优势，较其他需要首次施工即进行铺设的采暖系统又具有免去二次施工的优点，且尽少占有室内空间，有利于学生公寓及其他住宅和公共建筑的建设和改造。

该项目立足于仿生学原理，以人体表皮组织结构及毛细血管网为研究对象，研究人体表皮以及皮下血管在维持人体恒温上的组织机理，及毛细血管网所采用的分布规律、运作机理等等，在了解相关原理的基础上，将其进行总结和模仿，将建筑墙体类比为人体表皮，提出满足室内热环境舒适度的毛细管网模型，并通过实验分析与模拟，设计出比例结构适用的管网单元体，进行组合安装，用于实际运用，满足不同类型建筑既舒适又节能的需求。

该项目一改外围护构件担任的保温隔热等基础作用的角色，革命性的扩充其内涵，使其充当热媒的发散体和保存体，并与清洁能源的利用相结合，给予人们生产生活时最安全、最经济、最舒适的温度保障，并能在此基础上使其满足工业化生产的需求。

［1］侯兆川.毛细管网生物地板供暖技术——毛细管网平面辐射空调技术之一［J］.供热制冷，2012(8):11-13.

［2］张 洋，郑英姿，韩东太.毛细管网热泵集中空调系统夏季应用实例分析［J］.暖通空调，2011，41(10):73-74.

［3］金梧凤，余铭锡，金光禹.毛细管网系统供冷性能的实验研究［J］.暖通空调，2010，40(9):128-130.