揭秘冷暖辐射系统

 近年来，随着建筑节能的技术的发展，以温湿度独立控制系统为理论指导的冷暖辐射系统成为专家、学者和绿色能源企业的追逐的热点。因其包括室内供暖、制冷、湿度调节及空气调节等营造高品质的室内环境，独特的优势深受用户的欢迎；加上能利用可再生能源，极大地实现建筑节能，满足绿色建筑的指标及联合国世界卫生组织规定的健康住宅标准，受到众多开发商的亲睐，朗诗、锋尚、包头中铁、中鹰等房产商纷纷进军该领域，塑造出一个个典型案例。本文通过走访调查以毛细管网冷暖辐射系统为代表的企业、工程商和消费者反馈信息，揭示这种领先技术在历史、现状及未来的发展前景展望。

        历史

       20世纪70年代，随着塑料工业的发展，交联聚乙烯管、聚丙烯管、聚丁烯管等塑料管材的相继出现，使辐射供暖供冷技术引起了世界各国的制造商、设计师以及用户的极大兴趣，新理论新技术的研究开始了飞速发展。1973年，德国科学家发明了毛细管平面辐射式空调末端系统(以下简称“毛细管末端系统”)，被视为一次“末端革命”；并明确规定了辐射吊顶表明温度和供回水温度等技术参数要求，奠定了该技术发展的基础，特别是20世纪90年代以后辐射供冷与空调送风技术相结合，在一定程度上解决了辐射供冷的冷量和冷凝水问题，使辐射供冷的应用区域得到广泛延伸。在德国，先后经过了柏林科技大学的Herrmann Rietschel学院、Fachinstitut für Klimatechnik (空调技术专业机构)、Gies-sen TFH (技术专业大学) 、斯图加特科技大学欧洲标准检测中心、Fachinstitut Gebäude-Klima e.V. (建造气候分析站的专业机构)等的检测和测量；后来一直采用欧洲通用DE 德国“DIN4706”毛细管标准。最早是以金属网片的形式用于军用设施的降温方面的，后来以PPR材料替代，以降低故障率和成本，并成功运用于建筑领域。德国城市柏林的国会大厦和Zollernhof大厦、德累斯顿的Saxonia会展中心、Botschaft von Quatar、Hotel Kempinski、Linder Hotel、Parkhotel Quellenhot Aachen、Grand Hotel Heiligendamm 等；法国巴黎的Beaune酒店和雀巢总部大厦、英国伦敦的肯辛顿宫和Hypo银行等均不同规模的应用了该技术，效果良好。2002年，美国能源部将辐射吊顶列入美国当今和未来15项空调节能技术之一。我国在该领域起步较晚，随着与国际的技术交流加强，冷暖辐射技术逐步进入我国，并有不少企业开始将这一技术与我们的建筑特点和气候环境相结合，技术得到了进一步发展，甚至技术也从曾经的“商业机密”到后来的公开式技术培训，如图博节能科技与上海安贞暖通举办的冷暖辐射系统培训班。由于这种末端技术与新兴的热泵技术相结合，可以利用可再生能源进行供暖供冷，极大地拓展了应用领域，加上技术日趋完善，市场需求呈现快速上升阶段。
 

        技术原理

        高效末端技术

        末端是指传送能量介质载体，传统的地暖末端能效比COP较低，只有0.7～0.9，能源浪费较大，相对于传统的地暖末端，毛细管网换热器与地源热泵或空气源热泵结合，加上合理的控制组成一个节能系统，节能可达70％；如果再配套太阳能和冷热储能系统，节能可达90％左右，COP值达到3以上。所谓高效末端，即在辐射供暖/制冷中通过各种技术优化，大幅提升辐射供暖/制冷效率，节省供暖/制冷耗费的末端形式，它的核心是通过提高单位散热面积最大化来满足“供热低温化、制冷高温化”的散热末端，此末端节能效果更佳，而毛细管网就是这样的高效末端。在夏季可以通过在毛细管网中循环15-19℃冷水，利用热传导原理达到降低室内温度的目的；冬季则可以通过循环30-33℃的热水实现供热。
 

        是利用仿生学原理，模仿人体中的毛细血管，由3.4*0.55mm或4.3*0.8mm的PPR聚丙烯毛细管组成间距在10mm～30mm的网栅。承担运载热量的水媒在管内保持0.05~0.2m/s的流速，而每个平米的毛细管网栅只含有0.4升水，系统运行时水温温差2～3度，毛细管网为大流量小温差的高效辐射末端。通过毛细管网提高单位散热面积最大化来满足“供热低温化、制冷高温化”的散热制冷末端，经过实测供热温度只需35℃以下就可满足室内20℃，设计匹配温差是5℃。毛细管网与热泵组成高效暖通系统，COP值远大于普通暖通系统和空气源热泵系统，与普通系统相比，节能达到50%以上。

        ⑴高效节能：毛细管网栅可直接安装在围护结构的内表面中，如房间的墙面、天花板、地面，通过对超薄的毛细管网栅（4.3*0.8mm）供应冷热水（夏季供水温度16-20℃，回水温度19-23℃；冬季供水温度30-35℃，回水温度28-32℃）来调节室内环境温度，毛细管网本身的散热面积比传统采暖/制冷管道系统大很多，故具有更高效的节能效果。

        ⑵极高舒适度：系统的温度调控60%靠辐射，40%靠对流，无论供暖还是制冷，与传统的管道采暖系统相比，温度波动较小，变化均匀，轻柔安静，没有空气流动和设备噪声,能达到最为舒适的室内空间。

        ⑶安装方便、节省空间：毛细管网栅安装厚度一般为15-20mm，充满水重量在600－900g/m2，可以灵活敷设在墙壁、地面或天花板上，安装极为方便。譬如一座20层的使用传统中央空调的大厦，如果使用毛细管网能够节省出2层空间，产生巨大的经济效益，毛细管网冷暖辐射系统不仅适合于新建筑，对于既有建筑的节能改造更有传统空调不可替代的意义。

        ⑷绿色环保：采用PPR原料制造，卫生无毒，可以回收再进行循环使用，不会对环境造成污染，系统封闭运行，不产生废水、废气等污染，空气不对流，无尘且能降噪。

        ⑸寿命长久：系统始终在低温低压下运行，可避免高温高压带来的管路破坏，由于供水温度不高，所以管道内壁不产生水垢。系统完全采用PPR、红铜等防腐蚀材料，优质的PPR毛细管网栅常温常压下使用五十年也能保持如新。

        ⑹免维修：每片毛细管网栅在出厂前都要经过5倍于实际工作压力（2MPa）的长时间严格测试，安装完成后还要用8-10MPa 压力对整个系统进行打压测试，当时如果出现漏点可以热熔焊接方式安全修复，如果打压测试时没有漏点，埋藏部分将可以终身免修。

        温湿度独立控制技术

        温湿度独立控制是一种空调设计方式，是指通过一定的技术手段来分别实现室内的温度、湿度控制。满足温度、湿度控制需求的处理设备、装置可以有多种多样的方案和形式，地源热泵同样也可以作为温度控制、湿度控制的设备应用到温湿度独立控制空调系统中。夏季时，可以利用地源热泵系统制备高温冷水（16~18℃），供给干式风机盘管、辐射板等末端设备来实现温度控制，需要注意的是在制取高温冷水时，热泵系统中压缩机工作的压缩比要明显小于制取低温冷水时的压缩比；也可以利用地源热泵制备低温冷水（如7℃），利用低温冷水对新风冷凝除湿，得到干燥的空气后送入室内排除室内湿负荷，实现湿度控制。冬季时，地源热泵可制取热水（40℃左右），通入干式风机盘管、辐射板等末端设备来实现供热。

       温湿度独立控制空调系统与常规空调系统相比具有以下优势： 　

       1）采用温湿度独立控制的空调方式，机组效率大大增加，夏季热泵式溶液调湿新风机组COP（性能系数）在5.5以上，水源热泵COP（性能系数）也可达到8.5以上； 　　

       2）溶液可有效去除空气中的细菌和可吸入颗粒，有益于提高室内空气品质； 　

       3）系统无冷凝水的潮湿表面，送风空气品质高，确保室内人员舒适健康； 　

       4）真正实现室内温度、湿度独立调节，精确控制室内参数，提高人体舒适性； 　

       5）除湿量可调范围大，可精确控制送风温度和湿度，即使对于潜热变化范围较大的房间（如会议室），也能够始终维持室内环境控制要求； 　

       6）热泵式溶液调湿新风机组与水源热泵均可冬夏两用，与常规系统相比，可以节省蒸汽锅炉与热水换热器的投资费用。

       国内应用现状

       冷暖辐射系统技术在国外主要应用于高端建筑的，在国内一向是曲高和寡，完全掌握该技术的企业凤毛麟角，加上我们的地理气候环境多种多样，建筑结构区域性差别很大，使得该技术在国内的应用难度更高。目前国内的企业早期是首先与科研院所进行联合开发和合作，后期与开发商、新能源企业进行工程合作，经历了不同区域不同气候条件的应用，技术已经逐渐完善，如图博节能科技有限公司，先后与清华大学、同济大学、上海交通大学等国家重点高等院校展开多方面合作，在技术方面获得广泛认可，并成功应用于上海、南京、重庆、北京、包头等地区的绿色建筑项目。

 

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  结论

      人类一方面追求健康舒适的居住环境而消耗大量的能源，另一方面对石化能源的过度消耗导致的生态环境的恶化，使得寻求可持续型能源利用成为了一个解决两者矛盾的关键，加上我国建筑能耗与节能的现状和“十二五”期间节能减排目标，使冷暖辐射技术会在最近几年内得到大范围推广和人们关注的焦点，预示着冷暖辐射系统技术将走向一个快速增长期。

参考资料

《低温热水采暖末端装置》中国建筑工业出版社2011年1月

《温湿度独立控制空调系统》中国建筑工业出版社2006-01-01

www.tube-clima.com 图博节能科技网站

《毛细管网辐射空调末端系统工程技术规程》

编辑：孟扬