毛细管平面辐射空调系统的热舒适性
毛细管平面辐射空调系统的热舒适性
热舒适是一种对环境既不感到热也不感到冷的舒适状态，即是对热环境表示满意的意识状态，也是人对周围热环境所做的主观满意度评价(ISO 773O)。
影响人与环境热交换的因素包括环境因素和人的因素两个方面，环境因素指：空气温度、相对湿度、平均辐射温度以及空气流速；人的因素则是能量代谢和服装。由能量转换和守恒定律，1970年丹麦工业大学PO.fanger教授建立了热平衡方程式，同时并建立《PMV与PPD热舒适模型》，用来评价热舒适。稳态热舒适理论认为，热舒适的基本条件有3个：毛细管平面辐射空调系统的热舒适性
1、人体与环境的换热达到热平衡。人体的产热量与换热量相等，即s=0，蓄热率为零。如果不相等，人体的蓄热失衡，人体会进行自我调节来建立新的平衡，这种状态下，人体不会处于热舒适状态，因此，热平衡是判断人体达到热舒适的充分条件。
2、皮肤平均温度应具有与舒适相适应的水平。人体的热感觉与皮肤平均温度有关。
3、在舒适状态，人体的排汗率在较小范围。
热舒适方程的价值在于将环境变量和人有关的变量统一到一个方程当中，给出了各个变量之间的关系，而热感觉指标确立的关键也在于热感觉等级和六个影响因素的关系。
在影响热舒适的六个因素中，环境因素主要是温度、风速和湿度，空调环境和非空调环境的最大区别在于空调环境各参数相对比较稳定，缺少热刺激，而非空调环境各个环境参数都具有波动性，其中最显著的两个因素就是温度和风速波动。
人多数时间是在室内度过的，如何满足这三个条件，上世纪末，国际上开始重视研究在动态运行建筑中的热舒适，其目的就在于探索人体在何种动态条件下，既能实现热舒适，又 能使难以避免的不舒适过程变得可以接受。这一研究已取得较大进展，提出了一些可操作模式。
同时，除了研究热环境参数组合对人体热舒适的影响外，研究人员还发现尽管环境参数满足热舒适条件，但是由于局部热环境参数造成人体的热不舒适感，会影响人全的整体热感觉。具体的如：
吹风感。吹风感是最常见的局部热不舒适问题之一，吹风感的一般定义为体所不希望的局部降温。
垂直温度。由于空气自然对流作用，很多空间均存在上部温度高，下部温度低的状况。如果头部周围的温度比踝部周围的温度高得越多，不舒适感就越强。
地板温度。地板温度过高或过低同样会引起居住者的不满。人体的不均匀加热或冷却，也会让人感觉到不舒适。
由于人们所处的热环境通常是一个变化的非稳态环境，各参数的瞬态（动态）变化必然会导致人体热平衡及体温调节的改变，并围绕热中性状态进行动态平衡调节。因此很多国际组织都制定了相应的热舒适标准。如英国皇家特许建筑设备工程师学会（CIBSE），美国采暖通风空调工程师协会（ASHRAE），国际标准组织（ISO）等。
目前被国际公认的预测和评价室内热环境舒适性的标准主要是：ISO7730标准。
国际标准化组织（ISO）根据丹麦工业大学PO Fanger教授的PMV研究成果制定了ISO 7730标准《适中的热环境—PMV与PPD指标的确定及热舒适条件的确定》，详细规定了高舒适度室内环境要素和控制值。
1. 室内温度： 20℃-26℃，即冬季满足20℃以上，夏季满足26℃以下。
2. 相对湿度：相对湿度40-60%之间。
3. 声环境控制：白天低于45分贝，夜晚低于35分贝。
4. 室内空气品质：室内新风量要求：30m3/h.人；空气流速：夏季0.3m/s， 冬季0.2m/s，可吸入颗粒PM10低于0.15mg/m3.日；细菌菌落总数低于2500cfu/m3。
5. 光照：保证享受充足的阳光又能阻挡烈日的直射，同时又能随心调节室内的亮度，必要的外遮阳是最好的手段。外遮阳通过阻止太阳光线进入室内，可以大量降低建筑物的能耗，同时又可以隔音。
那么，有没有一种室内环境系统，既能最大程度满足室内热环境舒适性要求，又能达到节能的要求呢。
在自然界中，植物的叶脉和人体皮肤下的血管都是毛细管的自然存在形式，它们都是通过管内流体来调节机体自身的温度与周围环境平衡的成功范例。1985年，德国人Donald Herbs根据仿生学原理发明了一种新型空调末端系统形式，就是毛细管空调系统。毛细管辐射式空调末端系统（毛细管空调系统一般由热交换器、带循环泵的分配站、温控调节系统、毛细管网以及配套除湿系统等组成）。这样，房间表面和人体通过辐射换热的方式进行能量交换。辐射是在自然条件下调整各物体间热平衡的主要传热方式。 研究已经证明，因为这个原因，毛细管网制冷、采暖系统可使人们感觉更舒适，我们来看看该系统在热舒适六个因素中，有哪些条件具备。
一、空气温度。ISO 7730标准要求室内温度： 20℃-26℃，即冬季满足20℃以上，夏季满足26℃以下。毛细管空调系统是如何控制室内温度的呢？
首先从空气温度分布的均匀性上，毛细管的特占是面大壁薄，辐射面是普通地暖盘管的3倍，一块面积更大的散热器总比小的散热器更有优势。毛细管很大的热表面的热量穿透空气直接辐射给四周的墙壁、窗户、家具等，这些固体的材料可以吸收到这些热量，从而使得表面温度升高。使整个房间所有表面温度基本上趋于平衡。室内冷空气流经更大的热表面使得空气温度更容易均匀。毛细管平面辐射空调系统的热舒适性。室内空气温度是室内热环境因素中对人体热感觉最重要的影响因素。由于新陈代谢，人体要不断地与周围环境进行热量交换，而空气温度直接影响人体换热。在过热或过冷的环境中，人体的生理和心理将发生变化。因此，在自然环境中，例如严冬或酷暑环境下，室内热环境当中建筑消减自然环境的作用，并且通过取暖、通风、空调等手段避免极端温度对人体健康带来的危害。所以室内环境控制适宜的温度显得尤为重要。
其次，哪种温度值是我们所需要的舒适温度呢，这就是我们通常说的“舒适体感温度-Operative Temperature”我们通过对舒适体感温度的设定，也就是通过控制毛细管的出水温度，来控制毛细管辐射式空调末端的平均辐射温度，使房间的温达到我们所需要舒适体感温度。舒适体感温度是房间空气平均温度与各个表面的平均温度的平均值。即房间内各个表面，如地面、墙面、窗户、家具表面温度加权平均起来，再加上房间空气温度，除以2，得出的数，就是我们所说的“舒适体感温度”。
毛细管辐射式空调末端系统，采用4.3X0.8 mm 的PPR塑料毛细管组成的间隔为10 mm – 30 mm 的网栅，布设在房间的墙体内、天花板内、或地面，犹如人体中的毛细管，起到着分配、输送和搜集液体的功能。在网栅中和人体毛细管中的液体流动速度基本相同，都在0.05 – 0.2 m/s之间。同时人体皮下组织的毛细血管与周围环境成功地进行了传热交换，达到自身温度调节的目的。使各个房间的表面温度基本上均匀平衡。
普通空调是以空气为介质来传递热量，由于空气的自然对流作用，很多空间存在上部温度高，下部温度低的状况。一些研究者对垂直温度变化对人全热感觉的影响进行了研究，虽然受试都处于热中性状态，但如果头部周围的温度比踝部周围的温度高得多，感觉不舒适的人就越多，这也就是普通空调舒适差的原因。
如果我们将毛细管辐射式空调末端系统放在地面，把散热面放在了底部，较好地平衡了热空气更容易向上流动的趋势，在高大空间的应用上，这种优势更为明显，可以形成温度梯度，也就是空气温度随高度而降低。但是对于现代建筑三米层高以下的房间，这种温度梯度可以忽略不计。从而消除温度梯度带给人体的不舒适感。毛细管平面辐射空调系统的热舒适性
第三，相对湿度，相对湿度40-60%之间。高温高湿对人体的热平衡有非常不利的影响，因为在高温时，人体主要依靠蒸发来维持热平衡，此时相对湿度增高，将妨碍汗液的蒸发，结果导致热平衡破坏。在低温情况下，空气湿芳增高可以加速机体散热，此时人体的热辐射被空气中的水蒸气吸收，同时衣服在潮湿的环境中发后其导热性增高，使人体感到更寒冷。
同时，湿度不同会影响室内微生物的生长，从而影响人体的健康。例如霉菌多喜欢在室温20℃以上、湿度60%以上的环境中生长，从而引发各种过敏症；如果空气过于干燥，室内环境容易飞扬尘土，也会影响人体健康。
毛细管平面辐射空调系统具有除湿功能。通过除湿新风系统，将引入室内的新鲜空气中多的水蒸气除掉，将湿度适宜的空气送入室内。同时，由于呼吸、生活等排放在室内饱和气体，通过换风设备抽出室外排放。这样就保证了室内环境始终保持稳定的相对湿度。
第四、室内空气品质：室内新风量要求：30m3/h.人；空气流速：夏季0.3m/s， 冬季0.2m/s，可吸入颗粒PM10低于0.15mg/m3.日；细菌菌落总数低于2500cfu/m3。
先说说新风量和空气品质，简单的理解就是室内人员呼吸所需要的氧含量是否充足，以及空气中悬浮颗粒、有害物质的含量等。随着现代建筑气密性越来越高，阻断了室内、室外气流交换的通道，室内通风就显得越来越重要。人作为主要污染源而普遍新风不足时，CO2浓度常常超标，使得人们的注意力不集中，精神不振，甚至传染疾病。
室内空气中的头号污染物是可吸入颗粒物。它们通过人的呼吸气管，进入人体肺部，引起支气管炎、肺炎、哮喘、心血管等疾病。病毒病菌以颗粒物为载体漂浮在空气中，传染病也是通过污染的空气传播的。小于0.3um的颗粒物可以穿透人体细胞，直接进入血液，对人体的健康危害更大。由于装修，缓慢释放的甲醛等有害气体，直接危害人体健康。世界卫生组织发表的资料表明，80%的人类癌症与环境因素有关，60%的家庭具有不同程度的甲醛污染，甲醛是人类一类致癌物质，小儿白血病与甲醛有直接的关系。
治理室内空气环境，最有效的办法是使用新风系统，不间断循环保持室内的新风量，可以高效对室内空气进行置换，把室内高浓度的污染空气置换到室外，从而引进经过净化过滤的新鲜空气。保持室内空气新鲜、洁净。
再说说室内空气流速。室内空气流速除影响人体与环境的显热和潜热换热量外，还影响人体的触觉感受。空气流动会使人体产生冷的感觉，破坏人体的热平衡，我们把这种空气流动造成的不舒适感称为“吹风感”。引起吹风感的原因很多，包括气流速度、空气温度的差异等。空气流速过高或者吹风时间过久都会引起人体产生不良后果，如皮肤紧绷、眼睛干涩、呼吸受阻甚至头晕等症状。
回过头来看毛细管平面辐射空调系统又是如何实现的。毛细管空调系统中的除湿新风采用的是“置换式通风系统”，这种通风方式是源于北欧的一种新型的通风方式，由于送风温度和风速低，因此送入的新风密度大而沉积在房间的下半部分（人体活动区域），形成空气湖，当遇到人员、设备等热源时，新鲜空气被加热上升，形成热羽流作为室内空气流动的主导气流，从而将热量和污浊空气等带至房间上部，由排风口排出室外，再加上调湿、PM2.5除尘、全热回收处理，可以使人停留的区域具有较高的空气品质（IAQ）、热/湿舒适性和柔和的穿堂风效应，有效杜绝空调病和建筑综合症，同时可以节约建筑能耗。第五、声环境控制：白天低于45分贝，夜晚低于35分贝。建筑噪音源主要是室外噪音源和室内噪音源。室外噪音源主要通过提高建筑隔声性能来满足要求。室内噪音源来源于运行的家电设备及人为撞击声。对于家电运行产生的噪音，是室内声污染的主要来源。噪音对人体的危害非常大，如损害听力，有害与人的心血管系统，影响人的神经系统、使人急躁易怒，影响睡眠、造成疲倦等。防止噪音的措施有在声源处减弱，如：改造噪声大的机器或换用噪声小的机器，在内燃机排气管上加消声器；在传播过程中减弱，如：在噪音直线传播过程中，增加障碍物；在人耳处减弱，如：戴防噪耳塞，或在耳孔中塞一团棉花。毛细管平面辐射空调系统对噪音的控制是相当理想的。实现了噪音源机器与室内毛细管辐射末端的分离。也就是将噪音源设置在室外或储物间内，通过墙体、门窗以物理方式阻断，室内基本上达到静音状态运行。
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