摘要：内嵌管道式建筑结构可以在依赖建筑结构本身蓄热性能及管内循环流体和管壁面大面积接触的基础上充分应用低品位能源，如内嵌管道式空调系统，不仅能够减少高品位能源的消耗，还能控制能源成本。本文从主动式利用低品位能源内嵌管道式建筑结构入手，对内嵌管道式空调系统的技术及应用展开了深入分析，为建筑结构的发展奠定扎实的基础。
关键词：建筑结构；内嵌管道式；空调系统；技术
由于受到全球气温变暖、各种自然资源枯竭的影响，人们开始将重点放在节能、可再生能源以及低品位能源的研究上面。现阶段，出现了一种被西方广泛应用的内嵌管道式空调系统技术，主要对建筑结构本身储热性能进行充分利用。该种技术不仅降低了高品位能源的消耗，也对能源的经济成本实现了节约。基于此，本文重点分析了建筑结构内嵌管道式中空调系统技术及应用进行了分析，希望对相关领域的发展起到一定帮助。
1主动式利用低品位能源的内嵌管道式建筑结构
对于建筑工程而言，天花板、楼板等结构中具有很多内嵌管道，冷热水的流通能够收集、传递冷热量，就算是很小的温差也能够在管道中实现冷热量的转换。也就是说，建筑结构内嵌管道能够有效应用低品位能源，如自然冷源、地热源等。国外有很多学者对建筑结构内嵌管道式空调系统进行了深入研究，充分体现了该种系统的价值，部分系统还需要水泵为其提供动力，所以该种结构也被称为主动式利用低品位能源内嵌管道式建筑结构。上述结构形式在西方国家已经得到了广泛应用，但是我国对其研究较少，通过研究技术现状及国外运用情况，不仅能够实现可再生能源的有效应用，还能促进绿色建筑的可持续发展[1]。
2建筑结构内嵌管道式空调系统相关技术
对于内嵌管道式建筑结构的管道而言，能够实现管道水与周围介质的热交换，该种结构与热交换器的性能大致相同，却又有着自身的特殊性。
2.1开放系统外加冷却塔装置
内嵌管道式空调开放系统一般采用湿式冷却塔进行冷却水的制造。在实际应用过程中，如果管道周围的环境温度比较低，就会制造冷却水，该种系统一般情况下都在夜间运行，在天花板、楼板经过管道水循环而达到降温效果时，内嵌管道中的流体会带走热量，最终经过冷却塔冷却流体。通常情况下，天花板、楼板具有较为突出的热容性质，能够在夜间积累冷能量，在白天用于室内空气制冷，而白天管道内的水会吸收室内的热气，确保室内空气无论是白天还是夜间都处于适当的范围，积累到的热量会顺着管道流体吸收后进入冷却塔，供第二天使用。除此之外，该种管道水循环式交换体系能够将白天不需要的热量进行转换，从而实现低品位能源的有效应用，降低传统空调的耗能。开放系统的效率虽然比较高，但是在管道内部污垢处理方面却远远比不上闭式系统。
2.2闭式系统外加制冷装置
闭式系统中的管道内部循环水也可以通过制冷机来制备。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆首先，制冷机应该为管道水循环系统提供高出楼板表面空气的露点温度，其根本目的为防止天花板顶部结露。循环水的温度能够处于13°，这时制冷机会蒸发，温度提升，有效增加了制冷机局部运行效率。如果室内需要供热，可以采用热泵为其提供温度较低的热水，实现与冷却塔装置的共同运行。夜间运行期间，一旦发现管道周围温度较低，可以发挥冷却塔装置的作用，在制备冷却水的基础上降低天花板热度，使储存的冷能量在第二天使用，保障室内温度环境的舒适度。
2.3基于地下水的开放系统
夏季期间，地下水的温度也要低于周围环境空气温度，含水层及蓄水层的地下水能够作为管道中冷却水使用。大部分情况下会需要两口井，一口用于采集地下水，另一口用于注回到地下蓄水层，具体如图1所示。冬季期间，地下水温度要高于周围环境温度，就可以作为热交换器中的热量。如果地下水的供热、冷却能力不足，可以充分发挥热泵的作用，从而提升或降低循环水温度。
图1 基于地下水的开放系统
2.4基于地下热交换器的闭式系统
经过相关研究可知，地面10m以下的土壤温度被认为是比较稳定的，而且与周围环境温度比较相近。对于室外温度变化比较大的区域，地热能是非常好的再生能源，地下热交换器能够与内嵌管道式空调系统结合在一起使用[2]。夏天，冷量会在地下热交换器的基础上由地下传输到天花板等区域，有效降低室内的温度，而天花板的热量会传递到地下并积累起来。冬天，热量会通过上述方式传递到天花板、楼板等地区，提升室内的环境温度，而冷量则积累在地下供第二年使用。地下热交换器所使用的材料通常为高密度聚乙烯或聚丁烯，可以是单U形管，也可以是双U形管，埋深能够达到100m左右。
3建筑结构内嵌管道式空调系统的应用
利用热水的地板辐射热系统被看作是内嵌管道式空调系统的拓展，在中国、北美以及欧洲而达到了有效应用。该种系统恒温器温度设定比较低，不仅能够提升热舒适度，还能达到节约耗能的效果。对比传统供热系统，该系统的节能效率大约在35%左右。以主动式利用低品位能源的内嵌管道式建筑结构为主，在瑞典、德国等国家都实现了有效应用，采取地下蓄水层或土壤完成季节性蓄冷或储热。某地区的一个办公楼就采用了该技术，办公楼总面积为65000m2，内嵌管道式建筑结构在直接使用含水层中冷量的方式实现夏天办公室的供冷。在冬天，两口热水井能够提供15℃的地下水作为热泵热源，经过热泵蒸发器的低温水会被引进另外两口冷水井中。夏天，可以在冷水井中采取12℃的水经过主动式内嵌管道式结构进行制冷。由于使用了含水层中的热量和冷量，就代表实现了储热与蓄冷的结合。由此可见，内嵌管道式空调系统在建筑结构中具有非常重要的作用[3]。
结束语
综上所述，建筑结构内嵌管道式空调系统是一种与常规不同的新式空调系统，主要是将空调系统管道结构设计在天花板、楼板的混凝土中，从而增加管道内流体与混凝土之间的换热面积。通过该技术的应用，在降低高品位能源消耗的同时，还具有非常大的经济价值。
参考文献
[1]任国学，李登明，杨国富.超高层建筑结构竖井中的大型空调管道安装及保温施工[J].建筑施工，2015（2）：235-236.
[2]姚木申，孙占文.轻钢龙骨结构建筑中空调系统的安装[J].洁净与空调技术，2013（4）：117-119.
[3]张欢，李金洋，王津利，等.办公建筑围护结构节能措施对空调能耗的影响及经济性分析[J].暖通空调，2015，45（11）：5-9.
论文作者:沈彬
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/25
标签：管道论文; 内嵌论文; 建筑结构论文; 空调系统论文; 系统论文; 热交换器论文; 温度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;