崔秋娜, 靳俊杰, 张雪灏, 李慧涛, 张晓雅
(河南城建学院 能源与建筑环境工程学院，河南 平顶山 467036)
随着经济的发展，人们对生活品质的追求也越来越高，配备空调夏季制冷、冬季供暖逐渐成为了人们日常生活中的基本要求。我国建筑能耗占据了社会总能耗的28%左右[1]，而空调系统能耗约占建筑能耗的60%[2]，随着国家提出的“碳达峰、碳中和”目标，空调节能显得至关重要。
近年来，国家大力提倡利用可再生能源，以太阳能为代表的可再生能源越来越受到人们的重视。在太阳能不同形式的利用中，光热转换的效率最高，可达40%[3]。以太阳能热为驱动力的制冷技术已成为制冷空调的研究热点[4]，在热驱动制冷技术中，以吸收式制冷技术应用最为广泛，而溴化锂吸收式制冷是吸收式制冷技术中使用最广泛的一种形式[5]。
毛细管网因其高效节能、节省建筑空间、舒适性高、不易渗漏等优点，越来越受到人们的青睐[6]，然而在夏季制冷时容易产生凝露问题，一直是制约其发展的重要因素，为此，国内学者韩东太等人[7-8]利用毛细管呼吸式重力循环装置来解决这一问题，起到一定的效果。本文提出天花板—地板空腔式毛细管网空调系统，结合太阳能和传统能源天然气，利用溴化锂制冷机组来进行空调的制冷和供热，不仅解决了毛细管网凝露问题，而且达到了节能减排的目的。
夏季制冷时，太阳能集热器产生的热水储存在储水罐中，达到设定的水温即可为溴化锂吸收式制冷机组提供热源进行制冷，而达不到设定温度时，由燃气壁挂炉补充热源使水温达到设定的要求，保证机组的正常制冷过程。制冷机组提供的冷水进入到天花板—地板空腔式毛细管网末端，在空腔内部通过轴流风机产生的气流与毛细管网进行对流换热，然后再通过风口送入到房间内进行制冷。
冬季供暖时，太阳能集热器产生的热水储存在储水罐中，达到设定的水温时即可对房间进行供暖，而遇到阴雨天气或者晚上储水罐中的水温达不到设定温度时，通过燃气壁挂炉加热储水罐中的水来提高温度，确保供暖的正常运行。通过储水罐把热水输送到天花板—地板空腔式毛细管网末端，由贯流风机进行对流换热，产生的热空气经过风口送入到房间内进行采暖。
2.1 夏季空调制冷系统结构
夏季空调制冷系统主要包含太阳能集热器系统、溴化锂吸收式制冷机组系统、燃气炉加热系统以及末端毛细管网系统等，如图1所示。
图1 空调制冷系统示意图
在空调房间，毛细管网布置在天花板腔体和地板腔体中，在天花板腔和地板腔的一侧分别布置有进风口，另一侧有出风口，具体分布如图2所示。
图2 空调房间结构示意图
在天花板腔体中，毛细管悬空布置，上面是防潮保温材料，下面是水槽，出现凝结水时，经水槽排出；
在地板腔体中，同样悬空布置毛细管，下面是水槽，有凝结水时，通过水槽排出，上面是防潮地板。具体如图3和图4所示。
图3 天花板腔体截面结构图
图4 地板腔体截面结构图
2.2 冬季空调供暖系统结构
冬季空调供暖系统与夏季空调制冷系统相比，少了溴化锂吸收式制冷机组系统，主要包含太阳能集热器系统、燃气炉加热系统以及末端毛细管网系统等，其中毛细管网铺设在天花板腔体和地板腔体中，此外还包含循环水泵、分水器、集水器及阀门等部件，如图5所示。
图5 空调供暖系统示意图
3.1 夏季制冷系统工作原理
夏季制冷时，太阳能集热器把储水罐中的水加热，达到符合的温度要求时输送到溴化锂吸收式制冷机组，通过机组产生的冷水，经过分水器送入到房间的毛细管网末端，进行制冷；
当太阳光线强度不够，致使储水罐中的水温达不到要求时，启动燃气炉，对储水罐中的水进行加热，补充热源，从而达到所要求的水温，然后输送到溴化锂吸收式制冷机组产生冷水，从而实现制冷。
当冷水进入到天花板腔体和地板腔体中的毛细管网中时，通过贯流风机提供动力，空气流与毛细管进行对流换热，换热后的冷空气通过出风口送到房间中，达到制冷的目的。当毛细管表面温度低于空气的凝露温度时，空气流遇冷便会产生凝露现象，凝露的水珠随重力作用滴落在水槽中然后排出室外。此外，一部分冷量会通过地板表面和天花板的水槽表面，以冷辐射的方式释放到房间中，进行辐射制冷。
3.2 冬季供暖系统工作原理
冬季供暖时，太阳能集热器产生热水储存在储水罐中，达到设定的温度要求时，通过循环水泵提供动力，输送到房间中的毛细管网末端，进行采暖；
如果太阳光线强度较弱，储水罐中的水温达不到供暖要求，则开启燃气炉对储水罐中的水进行加热，水温达到供暖要求后，输送到毛细管网末端进行供暖。
同制冷形式相似，当供暖热水输送到天花板腔体和地板腔体中的毛细管网中时，同样通过贯流风机，使空气与毛细管进行对流换热，换热后的热空气通过出风口送入到房间而达到供暖的目的。采暖时地板腔体的出风口有别于夏季制冷时的出风口，布置在风道的下侧，有利于减少热量的损失。
太阳能溴化锂吸收式空调制冷技术是目前一种比较成熟的空调节能制冷技术，也是未来空调技术发展的趋势之一，国内学者已做了不少的相关研究[9-11]，将得到越来越广泛的应用。以毛细管网为末端的溴化锂吸收式制冷，用电加热恒温水箱模拟夏季太阳能加热系统，实验研究表明该制冷系统技术是可行的[12]。
受制于毛细管网空调制冷的凝露问题，传统手段通常依靠新风除湿方法，确保不会凝露的干工况条件下，才能进行制冷运行，对控制系统的要求较高。目前常采取毛细管重力循环装置来进行制冷，虽然避免了凝露问题，但往往因铺设面积小所需供水温度较低、难以达到房间制冷要求。本文方案采用的天花板—地板空腔式毛细管网末端，同样避免了凝露问题，且铺设面积大，不影响美观，可使用低品位热能的冷、热水来进行制冷或供暖，节能效果较好，此外安装了贯流风机，强化了对流换热的效果，具备一定的可行性。
该系统充分利用了可再生能源太阳能，结合溴化锂吸收式制冷机组，末段采取毛细管网高效换热器来进行制冷或供暖，当热源不足时，利用燃气壁挂炉燃烧传统能源天然气来补充热量，达到所需求的水温，保证了有效进行制冷或供暖。
毛细管网布置在天花板—地板腔体中，腔体底部设置有水槽，当空气遇冷发生凝露时，滴落到水槽中排出室外，有效地解决了毛细管凝露问题；
在天花板—地板腔中均布置有毛细管网，大大增加了铺设面积，既增加了换热面积，且有贯流风机加大对流换热作用，便于利用低品位热能的冷、热水，更加有利于节能。