毛细管网系统的供冷性能金梧凤1 余铭锡2 金光禹3（1天津商业大学天津市制冷技术重点实验室，天津 300134）（2首尔大学建筑学科，首尔 151-742）摘 要 根据应用方式把毛细管网供冷方式分为地面辐射供冷方式、吊顶辐射供冷方式，在此基础上通过模拟实验评价了各供冷方式的供冷能力，并分析了辐射供冷方式结合露点控制系统使用时其应用可行性。
其研究结果如下；在一般冷负荷的情况下，地面辐射供冷方式和吊顶辐射供冷方式均能维持室内设计温度，并且不发生结露，但是在最大冷负荷的情况下，地面辐射供冷方式和吊顶辐射供冷方式的供冷能力不充足，并且辐射板的表面发生结露，由此可知，单靠辐射供冷方式在实际应用中供冷能力不充足，辐射供冷方式结合露点控制系统使用时，可以维持设计温度，并且不发生结露。
关键词 毛细管网 地面辐射供冷 吊顶辐射供冷 结露COOLING PERFORMANCE OF CAPILLARY TUBE SYSTEMJin Wu-Feng 1 Yeo Myoung-Souk 2 Kim Kwang-Woo 3（1 Tianjin University of Commerce, Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology,Tianjin 300134，China ）(2 Seoul National University ，Seoul 151-742）Abstract In this study, we made RFC and RCC according to the method by which Polypropylene capillary tube was adopted, and evaluated cooling performance of each system through model experiments. We also investigated an applicability of the combined use of radiant cooling and dew point control system. The results are as follows: In case of normal cooling load, RFC and RCC maintained set temperature without condensation. But, in case of peak cooling load, RFC and RCC resulted in the lack of cooling performance and caused a condensation at the ration surface. Consequently, the only use of polypropylene capillary tube is considered not to be enough for cooling in real application. Using the combination of a dehumidification and radiant cooling sys tem maintained the set temperature without a condensation.Keywords Capillary tube Radiant floor cooling Radiant chilled ceiling Condensation0 引言 目前国内大部分住宅空调采用窗式空调、分体空调、中央空调等强制对流供冷方式，但这些空调方式容易引起因室内温度分布不均、“吹风感”、噪音等现象[1]。
为了解决强制对流空调的这些缺点，在国外对其它供冷方式的开发与研究非常活跃，20世纪90年代中期，德国率先开发了聚丙烯毛细管网系统，此后英国、法国和巴西等国家非常重视对毛细管网供冷方式的研究，其成果显著，应用领域也非常广泛[2]。
在国内2007年北京普来福环境技术有限公司与北京化工大学合作成功实现了毛细管网的国产化，打破了多年来德国企业的高度垄断，国内部分建筑物也开始采用毛细管网供冷方式，但缺乏对其供冷性能等方面的系统研究，因此为普及这一新兴的供冷方式有必要进行更加系统、深入的研究。
本文根据毛细管网供冷方式的实际应用情况首先对其供冷方式进行分类，在此基础上利用模拟住宅传热特性的实验空间（Test cell ）内进行了性能比较实验，并通过实验结果分析、评价了毛细管网各供冷方式的供冷能力和舒适性。
1 毛细管网供冷方式 [4]1.1 毛细管网供冷方式的特点 毛细管网模拟叶脉和人体毛细血管机制，由外w ww .z hu lo ng .co m径为3.5-5.0mm （壁厚0.9 mm 左右）的毛细管和外径20mm （壁厚2 mm 或2.3mm ）的供回水主干管构成毛细管网。
如图1所示，毛细管网以辐射板的形式（管间距为10-30mm ）供冷，毛细管网辐射供冷系统一般由热交换器、带循环泵的分配站、温控调节系统和毛细管网组成，另外配有露点控制系统，以水或其他介质传递热量，以辐射方式调节室温。
毛细管网有极大的散热表面积，以辐射方式供冷，要求供水水温为16－18℃，高效节能。
毛细管网具有安装厚度一般小于5毫米，充满水重量在600－900克/平米，管道的柔软性较好等优点，可以灵活敷设在天花板、地面或墙壁上，并节省空间、减少建筑物荷载。
另外，毛细管网供冷方式所需要的冷水温度比普通辐射供冷方式高，因此可以有效利用太阳能、空气能和地热能等可再生能源。
1.2 毛细管网供冷方式毛细管网供冷方式与常用的其他空调系统一样，根据传热方式的不同可以分为辐射供冷方式和对流供冷方式，辐射供冷方式根据辐射板的安装位置的不同分为地面辐射供冷[4-5]方式，吊顶辐射供冷方式[6-8]和墙壁辐射供冷方式。
但住宅外墙大部分以玻璃窗组成，内墙通常布置家具，因此墙壁供冷方式的应用在住宅空间受较大的限制。
本文以地面辐射供冷方式和吊顶辐射供冷方式为主进行热性能评价实验。
2 模拟实验空间和供冷系统的组成2.1 模拟实验空间(Test cell ）如图 2所示，本实验需要比较的供冷方式为地面辐射供冷方式(RFC: Radiant Floor Cooling)和吊顶辐射供冷方式(RCC: Radiant Chill Ceiling)，为评价各供冷方式在住宅建筑物中的热性能，本实验空 间模拟了普通住宅南向卧室空间，以单位面积冷负荷相同为标准，选定了模拟实验空间外围户结构的图1 聚丙烯毛细管网(a) RFC(b) RCC图2 供冷方式传热系数、外窗大小以及太阳辐射热的入射率等参数，为便于相同的实验条件下比较各供冷方式的性能，如图3所示，实验空间以4个完全相同的模拟空间、控制室和机房组成。
2.2 毛细管网供冷系统的组成如图4所示，毛细管网空调系统由冷源、分集水器、循环泵和辐射板组成，冷源采用空冷式冰蓄冷冷水机组，冷水机组的供水温度为5℃-7℃。
各供冷方式所需要的冷水温度不同，模拟空间1和模拟空间2(RFC, RCC)所需要的冷水温度为16℃-18℃，供应辐射供冷方式的冷水系统因所需要的冷水温度较高（16℃-18℃），需要设置板式换热器和三通调节阀进行调节。
各实验空间的流量利用流量计、流量平衡阀[9-10]进行调节。
露点控制系统[11-12]采用毛细管网供冷系统的配套产品，安装在模拟空间1和模拟空间2。
本实验的控制系统采用商用软件LabVIEW 及SCXI-1001(I/O board)型通讯设备，各实验空间安装温湿度传感器以便控制室内温度并防止实验空间内表面发生结露。
图3 实验室平面w ww .z hu lo ng .co m图4 毛细管网系统表1 实验条件SCXI-1001(I/O board)3 实验内容及方法根据室外温度的不同本实验分两次进行，实验1选择发生最大冷负荷的室外温度区间（26-36℃）进行，系统运行时间为3天，主要测试内容为各供冷方式的供冷能力以及供冷初期的室内温度冷却时间；实验2选择不出现最高温度的室外温度区间（21℃-32℃）进行，启动露点控制系统的条件下，系统连续运行了4天，露点控制系统的流程如图5所示，测试内容包括供冷能力、竖向温度分布和地面温度等参数，具体实验条件如表1所示。
4 实验结果及分析4.1 辐射供冷方式的供冷能力首先选择发生最大冷负荷的室外温度区间进行了毛细管网地面辐射供冷方式的供冷能力测试实验（实验1），其结果如图 6(a)所示，室内平均温度为27.6℃，大于原定的室内设计温度，并地表面发生结露，实验数据统计结果显示，地面辐射供冷方式只能处理全体冷负荷的36%，因此毛细管网地面辐射供冷方式的供冷能力不能满足最大冷负荷的需要。
同时在相同的实验条件下进行了吊顶辐射供冷方式供冷能力实验（实验2），如图7(a)所示，吊顶辐射供冷方式只能处理全体冷负荷的58%，并辐射表面也发生结露，因此辐射供冷方式在最大冷负荷室外温度区间，其供冷能力同样不能满足冷负荷的需要，但是在辐射供冷方式中，吊顶辐射供冷方式的供冷能力优于地面辐射供冷方式，这是由于夏季供冷条件下吊辐射板的对流换热系数大于地面辐射板的对流换热系数的原因。
通过实验结果的分析可知，发生最大冷负荷的室外温度区间地面辐射供冷方式和吊顶辐射供冷方式均不能满足最大冷负荷的需求，但吊顶辐射供冷方式的供冷能力优于地面辐射供冷方式。
www.zh图 5露点控制流程图(a) 实验 1(b) 实验 2图6 地面辐射供冷方式的结果(a) 实验 1(b) 实验 2图7 吊顶辐射供冷方式的结果(a) 地面辐射供冷(b) 吊顶辐射供冷 图8 竖向温度分布w ww .z hu lo ng .co m另外，供冷初期，降低室内温度1℃所需要的 时间地面辐射供冷方式为52分钟；吊顶辐射供冷 方式为32分钟，因此两种供冷方式都需要采取补助降温措施，以便有效减少供冷初期的降温时间。
实验 2在不发生最大冷负荷的普通的室外温度区间(21～32℃)进行，如图6（b ）、7（b ）所示，启动露点控制系统[5]的条件下，地面辐射供冷方式和吊顶辐射供冷方式均能稳定维持室内设计温度，并不发生结露。
因此室外温度小于32℃的区间，两种辐射供冷方式的供冷能力在不发生结露的情况下可以满足建筑物冷负荷的需求。
4.2 辐射供冷方式的舒适性不发生最大冷负荷的普通室外温度区间(21～32℃)，启动露点控制系统的情况下，地面辐射供冷方式的竖向温度分布结果如图8(a)所示，竖向温度差小于1.6℃，满足ASHRAE 推荐的3℃的舒适度 标准(ASHRAE (1992), ISO (1994))，但地面温度在但地面温度在供冷过程中在极少部分区间不能满足ASHRAE 在舒适度方面推荐的最低地面温度标准19℃(ASHRAE (1992), ISO (1994))。