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户式毛细管空调系统设计方案

  毛细管空调是一种新型的高舒适度、低能耗空调,由冷热源主机系统、毛细管冷暖系统、新风调湿系统组成,在住宅公寓和别墅中创造“恒温、恒湿、恒氧”三恒环境。

  项目概述

  本项目位于上海市,建筑形式为联排别墅楼,地下1层,地上3层,建筑面积约600平方米。

  本方案按该建筑热工性能已达到当前国家节能标准为依据进行设计,可采用节能型门窗如断热窗框低辐射Low-e玻璃窗、使用电动外遮阳卷帘等方式提高该房屋的节能水平。

  本项目推介使用毛细管生态空调系统。该系统为具有节能、舒适及健康特征的一体化室内环境解决方案,包含风冷热泵系统、毛细管天棚制冷系统、置换式新风系统以及毛细管超薄地暖系统等四个子系统。

  本项目末端系统形式:地下1层、地下2层采用地面、顶面毛细管席+风机盘管系统,地上1层~4层采用地面、顶面毛细管席系统,其中4层辅助干式风机盘管系统。

  毛细管生态空调系统以冷/热辐射的方式替代传统空调强迫对流的方式,不会再室内产生“吹风感”尤其是“吹冷风感”,也没有室内风机产生空气动力噪音,同时是干式运行,不会产生冷凝水滋生菌藻,因此不仅体感舒适度更高,同时卫生健康度也高。

  冷热源主机系统

  本方案设置风冷热泵系统作为整栋住宅楼的冷热源,夏季提供7/12℃冷冻水用于空调制冷,冬季提供45/40℃热水用于空调供暖。

  风冷热泵系统夏季运行时,由室内侧末端系统吸收空调区域的热量,经热泵机组消耗少量的电能将此热量提升后,再通过室外侧换热器系统排放到周围环境空气中。

  风冷热泵系统冬季运行时,通过室外侧换热器系统从周围环境空气中吸收低位热能,由热泵机组消耗少量的电能将此低位热能提高品位后,再对建筑物供暖。

  当选用三合一型风冷热泵时,除了供给空调和供暖用水外,还可全年提供生活热水用热。尤其是在夏季,在空调制冷时回收冷凝排热用于加热生活热水,可以实现生活热水的“免费”加热。

  风冷热泵机组制冷效率要低于水冷式冷水机组和地源热泵机组,但风冷热泵机组不需要占用机房位置,可以直接布置在室外,不需要设置冷却塔或室外埋管系统等辅助冷却系统,相对而言接管更方便,安装更简便。

  冬季供热时,与锅炉直接燃烧燃料供热不同,风冷热泵除了消耗一部分电能,其余能量取自室外空气中的低位热能,因而制热效率更高,更节能。但在室外空气温度太低时,制热效率会下降,系统的运行稳定性会受到影响。

  考虑风冷热泵冬季供热的稳定性,以及非空调季依然存在的生活热水需求,即使选用三合一型的风冷热泵主机,也建议业主同时选用燃气炉,即为备用,也增加空调和热水系统运行的灵活性、可靠性和稳定性。

  由此,与其他冷热源形式相比,风冷热泵机组结构简单,运转部件少,零部件质量可靠,维护简易,使用寿命可达15年以上。

  本项目设计方案中,冷热源拟采用冷暖型风冷热泵机组,具备夏季制冷、冬季供暖的功能,另配备燃气壁挂炉全年供应生活热水并冬季辅助供暖。

  本方案建筑形式为多层住宅楼(带地下室),综合考虑各区域的最大冷、热负荷及不同功能房间的不同使用时段,初步估算冷负荷为56~63kW。

  毛细管天棚制冷系统

  为强调室内环境的高舒适度需求,本方案针对夏季设置毛细管天棚制冷系统,冷却降温并调节室内的温度。

  毛细管平面辐射式温度调节系统是德国科学家根据仿生学原理在二十世纪七十年代末发明的一种新型空调末端系统形式。

  在自然界中,利用充满水的毛细管进行传热的例子很多,例如植物的叶脉或人的皮下组织都是这种原理。与传统空调方式相比,毛细管显热末端以“水”为媒介,比“氟”更卫生,比“风”能携带更多的能量,没有传统强迫对流的风机动力噪音和“吹风感”,没有气流死角,温度分布更加柔和、均匀。

  毛细管显热末端以辐射传热为主,大面积地加热壁面后直接作用于人体,因而具有更高的体感舒适性并且更为节能。

  毛细管显热末端比传统风机盘管具有更大的换热面积,因而能以更高的冷水温度供冷,能以更低的热水温度供暖。由于与人体之间的温差减小,因而辐射制冷时更为柔和,具有更高的体感舒适性。

  毛细管天棚系统夏季制冷时为干式运行,制冷时通入的是16℃以上的高温冷水,不存在传统风机盘管冷凝水滋生菌藻的困扰,更为卫生。

  毛细管显热末端系统具有较强的蓄冷能力,在系统关闭或停电等状态下的较长时间内温度都不会升高太多,系统稳定性高。

  本方案中,在夏季由敷设在天棚下的毛细管显热末端系统制冷,以辐射为主、对流为辅,符合冷空气自然下降的自然规律,满足人体“头凉脚暖”的体感舒适性需求。

  本方案夏季制冷采用毛细管天棚系统,选德国进口工艺生产的毛细管,切实保证产品和系统的可靠性。

  置换式新风系统

  为保证一年四季有良好的室内空气品质,本方案室内设置置换式新风系统,全年提供充足的新鲜空气,同时利用新风夏季除湿、冬季加湿以保持室内的湿度恒定。

  置换式新风系统系源于北欧的一种新型通风方式。该通风方式下,新风经调湿、净化处理后采用下送风、顶回风的气流组织方式对室内进行通风换气。

  由于设计的送风温度低、送风风速低,因此送入的新风因密度大而沉积在房间的底部(人员活动区域),形成所谓的“空气湖”。

  当遇到人员、设备等热源时,新鲜空气被加热上升,形成热羽流而成为室内空气流动的主导气流,从而将热量、污染物等带至房间上部,由上部的排风口排出室外。

  置换式新风系统可使人员停留区具有较高的空气品质、热舒适性和通风效率,同时也可以节约建筑能耗。

  置换式地面送新风系统分房间及区域采用均匀送风、集中排风的气流组织方式。在平面上,新风自卧室等空气清洁度相对要求较高的区域送入,依靠室内微正压自门头消音回风器及门缝等处汇集至客厅、卫生间等空气相对污浊处排出。

  与传统空调顶送新风形式相比,置换式新风形式可视人体吸入的新风量增加60%左右。

  合理的气流组织以及机械动力的强迫通风方式,使得室内空气不再受开窗及房间连通等状况限制,能够保证即使在过渡季全新风运行模式下,也会获得自然通风方式无法提供的良好室内空气品质。

  由于该项目不涉及多户系统,本方案新风调湿机组可以采用一次回风方式,降低空调能耗,同时提高冬 、夏季极端室外工况下的系统可靠性。由于本方案为置换式地面送风,人员在竖向上处于最好的温度区域内,从而使得该系统具有更高的空调效率。

  本方案新风调湿机组为定制,具有以下功能:

  过滤段:对新风进行过滤,提高送风清洁度,根据需求定制过滤级别。

  热回收段:对排风能量进行回收,对新风进行预冷除湿或预热。

  盘管段:夏季通冷水对空气进行降温除湿,冬季通热水加热空气。

  加湿段:用于冬季对空气加湿,湿膜加湿或电极加湿。

  回风段:根据回风温湿度联动调节旁通、回风、新风风阀的开关及开度,实现空调工况、不利工况和全新风工况等工作模式。

  综合考虑保证室内人员人均新风量不低于40m3/h以及夏季除湿、空调辅助的需求,本方案初步定制新风调湿机组总风量2500m3/h~3200m3/h。按最终新风机组形式的不同,采用新风调湿机组和新风换气机组组合方式确定系统形式。

  毛细管超薄地暖系统

  为强调室内环境的高舒适度需求,本方案针对冬季设置毛细管超薄地暖系统,以地板辐射供热并调节室内的温度。

  与传统空调采暖相比,地暖系统大面积地加热地面,主要以辐射的形式对室内供暖,符合热空气自然上浮的自然规律,同时热从脚下起,满足人体“脚暖头凉”的体感舒适性需求,是公认的最为舒适的供暖形式。

  与传统地暖相比,毛细管地暖以细管网栅替代粗管串联,有效换热面积增大约一倍,可以更低的水温而达到相同的供暖效果,不仅柔和,而且占用高度更少、加热速度更快,是新一代的地暖发展趋势。

  传统地暖由于进出水温较高,盘管层必须有40~50mm的混凝土保护高度,占用房屋层高多,同时加大建筑物的结构荷载。而毛细管仅需10~15mm的水泥砂浆敷设厚度,可直接作为上层木地板或瓷砖面层的砂浆层。

  更快:毛细管网栅与传统地暖盘管相比,具有更大的有效换热面积,因而能以更短的加热时间达到要求的室内温度。通常毛细管系统仅需要传统地暖系统加热的1/4时间便可达到相同的效果。

  更柔和:传统地暖的进水水温要求不超过60℃,通常平均水温在50℃左右,而毛细管网栅内的平均水温在30℃左右。由于与人体之间的温差减小,因而供暖时比传统地暖更为柔和,具有更高的体感舒适性。

  毛细管超薄地暖系统具有较强的蓄热能力,在系统关闭或停电等状态下的较长时间内温度都不会降低太多,系统稳定性高。

  本方案冬季供暖采用毛细管地暖系统,选用德国进口工艺生产的毛细管,切实保证产品和系统的可靠性。

 
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