毛细管平面空调系统在别墅供热中的应用与实验研究

毛细管平面空调系统在别墅供热中的应用与实验研究摘要：结合工程背景，介绍了毛细管平面空调系统的工作原理，对毛细管空调末端系统和定流量变水温调节阶段进行了分析，最后得出了流量对传热性能的影响。

关键词：毛细管平面空调系统；别墅供热；实验

1 工程实验背景

该别墅共三层，地下一层，地上两层。本实验选择在地上一层，该层毛细管网席敷设面积约为65m2。分集水器位于卫生间内，选取一层客厅为研究对象。

围护结构的热工性能参数为:

外墙:k0.35w/m2.℃;屋顶:k 0.23w/m2.℃;外窗:综合k

2.2w/m2.℃;遮阳系数生0.56；冬季采暖热负荷9.9kw。

空调系统冷热源设备:

该实验地点冷热源方式采用土壤源热泵，夏天最大总冷负荷(不含新风和除湿)为9.0kw，最大总热负荷为9.9kw，选用一台热泵机组hlrsw22承担该别墅的冷热负荷。在初夏室内负荷较小的时候，直接利用地下换热器通过板换为末端(毛细管网席)供冷，当负荷增大时，换热器不能满足系统负荷的要求，开启热泵主机为室内末端(毛细管网席)提供16/19℃的冷水，冬季机组提供35/3l℃的热水。系统水泵: chlf(t)8-30型，配用电机 1.1kw，扬程25.5m，流量8m3/h。

2 毛细管平面空调系统的工作原理

毛细管平面空调系统由毛细管辐射系统、独立新风系统和控制系统组成，冷源以土壤热泵为例，其原理图如图1所示。

注：1-土壤热泵机组；2-毛细管席辐射板；3-除湿新风机；4-热回收装置；5-进风口；6-回风口；7-湿度传感器；8-温度传感器；9-地下换热器；

图1 系统原理图

（1）毛细管辐射系统工作原理

毛细管辐射系统由土壤热泵机组1、地下换热器9和毛细管席辐射板2组成。土壤热泵机组1把地下换热器9与土壤换热后所得的冷水（热水）送至毛细管席辐射板2与室内进行热量交换，再把热量交换后所得的热水（冷水）送回地下换热器9，实现夏季供冷、冬季供热的目的。

（2）独立新风系统工作原理

独立新风系统由送风口5、回风口6、热回收装置4和除湿新风机3组成。室内回风经回风口到热回收装置4后，置换出冷量（热量）排出室外。室外新风经由热回收装置4吸收冷量（热量）后，送至除湿新风机3进行除湿，由送风口5送入室内。

（3）控制系统工作原理

带温度控制系统的热泵机组，可保证各个房间的供水温度在设

计值。各房间都装有温度传感器和湿度传感器，房间温度可单独设定，湿度自动控制。

3 毛细管空调末端系统分析

该别墅中空调末端系统选用德国贝卡生产的毛细管席，型号是k.s15，规格根据各个房间进深决定。毛细管网席铺设在楼板的吊顶下，负荷较大的房间部分毛细管席铺设于墙面上。机房内水管及立管选用ppr管材，立管到各个分集水器之间及分集水器至末端毛细管网席之间的管材也选用ppr管材。其中，型号k.s15毛细管网席的介绍如表1：

表1 型号ks15毛细管网席

连接方式:热熔焊或快速接头连接安装方式:砂浆抹灰在天花板上

时间:选定2010年01月10日一12日三天;

系统参数的测量:

（1）毛细管网席的单位面积散热量的测量:通过jtir－ii型建筑热工温度与热度自动测试系统进行测量。它通过对建筑围护结构的内外表温度、空气温度、热流密度的测量，直接计算出建筑围护结构的传热系数k值等数据，采用多路数据采集仪，与保温冷箱、热箱配套实现对环境的控制和测试。建筑热工温度与热度自动测试系统每隔5分钟自动一记录热流密度，实验稳定时段的数据平均值

作为该点该工况下的热流密度。

（2）顶板平均温度的测量:选取9个测点，通过红外线测温仪多点测量后取其平均值。其中顶板测温时尽量避开开启的日光灯，避免影响测温的准确性。

（3）水系统的进出口水温采用k型热电偶测量，其精度为

0.5℃;

（4）水流量测量采用沈阳大河公司的流体振荡式流量计，仪表型号lugb-202;dn25;流量范围1-10m3/h;精度:1.0级;线性度 1.0%;重复性劝2%;介质温度:-40-350℃;公称压力:2.5、4.0mpa。

(5)压力测量采用江苏国仪精密压力表，型号gy-ybs;测量范围:0~1mpa;准确度:1、0.5%fs;采样时间:1-5秒。

4 定流量变水温调节阶段

2010年1月10日、11日两天，室内温度设定为20℃，为研究不同供回水温度对毛细管网席末端系统传热性能的影响，测试时毛细管网席的供回水温度从27℃变化到33℃，分别取到27℃、27.6℃、28.4℃、29.2℃、30.5℃、30.8℃、31.5℃、32.l℃。测量时尽量保证顶板换热达到稳定状态，大约在改变了温度后的2小时后进行测量。得出顶板表面平均温度和单位面积传热量随着不同供回水平均温度时的变化曲线，可通过实验确定单位面积毛细管网席传热量的修正系数。具体的实验数据列于表2中。

表2 变水温时的实验数据

图2 不同供回水温度下，顶板平均温度测量值和理论值的比较由表2和图2的数据看出，在设计温度设定为20℃时，随着供回水平均温度温度的升高，顶板平均也是逐渐提高的，同时室内温度测量值与设定值(20℃)之间存在差距。

顶板平均温度的理论值和测试值的具体数值存在差异，最大差异达到5.9%。这种理论误差(方法误差)的存在是由于测量所依据的理论公式本身的近似性，即未考虑毛细管网席向上部楼板的传热，忽略了热量损失，当考虑到实际情况时，我们需要将理论值进行修正，修正系数大约取为0.9。

5流量对传热性能的影响

确定毛细管供回水平均温度为32.1℃时，通过改变分集水器上流量调节阀开启度，改变该层建筑毛细管网席的流量，分别测出流量为1800kg/h、1500kg/h、1230 kg/h、886 kg/h时的顶板平均温度和单位面积换热量，通过读取分集水器上压力表示数得出压损，如表3所示。

表3变流量时的实验数据

测得顶板平均温度和顶板平均温度，绘于图3（流量变化对室内温度测试值和顶板均温的影响曲线）中。