關于VRV與電熱膜制冷采暖系統可行性分析

張敬超

【摘要】 介紹VRV空調與電熱膜相結合的制冷采暖系統的技術特點，并與地源熱泵系統對比，并以實際工程為例，闡述該技術的可行性

【關鍵詞】 熱工學；VRV；電熱膜；能耗；運行費用；經濟性

近年來，隨著各類制冷采暖設備的不斷創新，使我們的選擇變得多樣化。由于項目現場狀況的不同，某些設備也就受到制約，同時要考慮就更加精細，擇優而選。結合VRV和遠紅外電熱膜兩種技術的優勢，提出一種既能實現高效智能化控制又具有高效節能性的VRV多聯機電熱膜系統。該系統延伸了VRV的適用范圍，克服傳統VRV連管長、落差大的限制，有效節約銅管使用量，排除了地源熱泵對井位場地的限制，避免了高額的供暖管道的配套費用。適用于配套及場地不足的地區。

VRV多聯機電熱膜系統的基本制冷制熱原理和控制原理同傳統VRV系統一樣，區別在于將電熱膜控制集成與一臺控制器上，方便智能化控制。圖1為系統示意圖，系統由VRV室內機、室外機、電熱膜、控制器等組成。

由于環境的特殊性，結合現場周邊配套環境，結合天津某住宅高層的VRV多聯機電熱膜系統，通過與其他常規空調方案進行比較，著重對系統的經濟性可行性進行比較。

一.工程概況和空調系統方案

本工程為天津市某商業VRV空調與電熱膜相結合的制冷采暖系統的設計， 本樓是一棟商業樓，地上二層。空調面積1718㎡ 時。經分析比較， 在建筑物中采用VRV多聯機電熱膜系統較為經濟合理。

二.室內外設計計算參數

2.1室外計算參數

采暖室外計算干球溫度-8℃ 冬季室外平均風速3.1m/s

夏季空調室外計算干球溫度31.4℃ 最大凍土深度59cm

2.2室內計算參數

商服、物業、居委會等20℃

空調室外26℃

2.3建筑冷熱負荷

空氣調節區的夏季冷負荷， 按各項逐時冷負荷的綜合確定最大值。 冬季熱負荷， 按照建筑物散失和獲得的熱量采取穩態傳熱法進行計算， 該建筑物的冷熱負荷數據見表1 。

夏季冷負荷 冬季熱負荷

308.5kw 344.9kw

三.空調系統方案

3.1VRV多聯機電熱膜系統

3.1.1VRV多聯機電熱膜系統原理

VRV多聯機電熱膜系統分為兩部分，制冷部分和制熱部分。制冷是單冷型VRV系統，制熱是遠紅外電熱膜。下面分別介紹原理。

在多元VRV空調系統中，壓縮機通常采用一臺變頻壓縮機，在大系統中，由一臺變頻壓縮機或多極壓縮機與多臺定速壓縮機構成壓縮機組；在各室內機和室外機上，設置有供節流和流量調節的電子膨脹閥（有些系統在室外機上采用普通膨脹閥）；在系統的典型部位安放有溫度傳感器和壓力傳感器。在制冷工況下，室外機電子膨脹閥全開，通過室內機電子膨脹閥節流降壓，控制室內溫度和各室內機熱交換器出口制冷劑的過熱度，由壓縮機頻率調節吸氣壓力；在制熱工況下，室外機電子膨脹閥，控制室外機熱交換器出口制冷劑的過熱度，室內機電子膨脹閥控制室溫和室內熱交換器出口的制冷劑過冷度，通過改變壓縮機頻率調節壓縮機排氣壓力。

圖2 單冷型多元VRV系統圖

電熱膜是將導電高分子材料通過涂覆工藝均勻牢固地附著于已預先織入電極的基材上，外覆絕緣保護層而成的面狀電加熱體。給電熱膜通電，導電高分子將電能轉化為熱能，并主要以遠紅外輻射熱的形式向外傳遞電熱轉化效率可達到98%以上，同樣的耗電量電熱膜采暖可以在短時間使室溫升高，使人感到溫暖。傳統的電采暖熱效率均低于85%，而且由于需要空氣對流采暖，室內升溫緩慢，同等條件達到相同的室溫，電熱膜采暖方式的節能效果明顯優于傳統電采暖。

圖3 高分子多功能電熱膜

（1）物理性能良好：高分子電熱膜可因產品的性能要求具有不同的物理形態，并且具有良好的絕緣性、密封防水性和阻燃性能等。在彎曲、折壓的情況下，不會影響其正常高分子電熱膜工作。在局部受到破壞時，如劃傷、局部洞穿、與水接觸等情況下（形成絕緣體，防止漏電。）不會影響正常加熱功能，。并且可以加工成一些特殊形狀，對某些特殊的部件進行加熱或保溫。

（2）電—熱轉換率高：高分子電熱膜的電-熱轉換效率幾乎100%，其中約70%是為遠紅外輻射熱。

（3）衰減小，壽命長：導電高分子材料熱穩定性優良，正常使用下不發生分子脫變及異化裂化反應。熱模擬試驗（110℃下）結果表明：該材料50年內平均功率變化小于±5%。

（4）適用范圍廣：可廣泛應用于建筑供暖、道路及各種設備融雪化冰、工業設備及管保保溫、農業大棚供暖和育種育苗、醫療保健器械等多個領域。

（5）其他：自限溫特性，升溫快、效率高。釋放8-12μ波長的“人體生命線”。

3.1.2VRV多聯機電熱膜系統選型情況

室內機配備表

序號 樓層 房間名稱 面積㎡ 機組型號 冷量（W） 數量（臺） 總冷負荷（W） 室外機

1 一層 商服4 86 MDV-D56T2/N1-C 5600 3 16800 MDV-335W（12）/DSN1（G）

二層 商服1 80 MDV-D45T2/N1-C 4500 4 18000

2 一層 商服5 72 MDV-D45T2/N1-C 4500 3 13500 MDV-252W（8）/DSN1（G）

二層 商服2 75 MDV-D36T2/N1-C3 3600 4 14400

3 一層 商服6 75 MDV-D45T2/N1-C 4500 3 13500 MDV-252W（8）/DSN1（G）

4 二層 商服3 77 MDV-D36T2/N1-C3 3600 4 14400

5 一層 商服7 133 MDV-D45T2/N1-C 4500 6 27000 MDV-252W（8）/DSN2（G）

6 商服8 130 MDV-D45T2/N1-C 4500 6 27000 MDV-252W（8）/DSN3（G）

7 一層 物業用房 111 MDV-D56T2/N1-C 5600 4 224000 MDV-1065W（38）/DSN1（G）

8 物業大廳 88 MDV-D56T2/N1-C 5600 3 16800

9 警務室 9 MDV-D22T2/N1-C3 2200 1 2200

10 二層 物業用房 121 MDV-D71T2/N1-C 7100 3 21300

11 廁所 8.5 MDV-D22T2/N1-C3 2200 1 2200

12 廁所 8.5 MDV-D22T2/N1-C3 2200 1 2200

13 物業用房2 27 MDV-D45T2/N1-C 4500 1 4500

14 社區服務點 48 MDV-D45T2/N1-C 4500 2 9000

15 物業用房3 37 MDV-D36T2/N1-C3 3600 2 7200

16 物業監控用房 24 MDV-D45T2/N1-C 4500 1 4500

17 居委會 42 MDV-D36T2/N1-C3 3600 2 7200

18 文化活動室 78 MDV-D56T2/N1-C 5600 3 16800

19 一層 商服9 62.5 MDV-D36T2/N1Y-C3 3600 3 10800 MDVH-V100W/N1-521（E1）

20 商服10 81 MDV-D36T2/N1Y-C3 3600 4 14400 MDVH-V100W/N1-521（E2）

21 商服11 103 MDV-D56T2/N1-C 5600 4 22400 MDVH-V100W/N1-521（E3）

合計 308500

電熱膜配備表

序號 樓層 房間名稱 面積㎡ 機組型號 數量（臺） 單位負荷（W/㎡） 總熱負荷（W）

1 一層 商服4 86 HD-70D-D 358 70 18900

二層 商服1 80 333 20000

2 一層 商服5 72 300 15000

二層 商服2 75 313 16000

3 一層 商服6 75 313 15000

4 二層 商服3 77 321 16000

5 一層 商服7 133 554 30000

6 商服8 130 542 30000

7 一層 物業用房 111 463 25200

8 物業大廳 88 367 18900

9 警務室 9 38 2600

10 二層 物業用房 121 504 24000

11 廁所 8.5 36 2600

12 廁所 8.5 36 2600

13 物業用房2 27 113 5000

14 社區服務點 48 200 1000

15 物業用房3 37 154 8000

16 物業監控用房 24 100 5000

17 居委會 42 175 8000

18 文化活動室 78 325 18900

19 一層 商服9 62.5 258 12000

20 商服10 81 338 16000

21 商服11 103 429 25200

合計 344900

3.2VRV系統

3.2.1VRV系統原理

VRV空調系統是在電力空調系統中，通過控制壓縮機的制冷劑循環量和進入室內換熱器的制冷劑流量，適時地滿足室內冷熱負荷要求的高效率冷劑空調系統。此方案的VRV為帶內部熱交換單冷型多元VRV系統。見圖4（A：壓縮機C：室外熱交換器E：室內熱交換器F：氣液分離器EV1：電子膨脹閥EV2：電子膨脹閥EV3：電子膨脹閥D：內部熱交換器）

圖5 帶內部熱交換單冷型多元VRV系統圖

3.2.2VRV系統選型情況

VRV的現行情況如電熱膜VRV系統中空調配置，增添部分為電輔熱，增加電線直徑。

3.3地源熱泵系統

3.3.1地源熱泵系統原理

作為自然界的現象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫流向低溫。但人們可以創造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環境介質中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節能特點。 地源熱泵是地熱利用的一種形式 ，是將低位熱能用熱泵提升為高位熱能加以利用。熱泵機組是制冷機的逆循環。

圖6 地源熱泵系統圖

1 制冷模式：

在制冷狀態下，地源熱泵機組內的壓縮機對冷媒做功，使其進行汽-液轉化的循環。通過蒸發器內冷媒的蒸發將由風機盤管循環所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環同時再通過冷凝器內冷媒的冷凝，由水路循環將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環轉移至地表水、地下水或土壤里。在室內熱量不斷轉移至地下的過程中，通過風機盤管，以13℃以下的冷風的形式為房間供冷。

2 供暖模式：

在供暖狀態下，壓縮機對冷媒做功，并通過換向閥將冷媒流動方向換向。由地下的水路循環吸收地表水、地下水或土壤里的熱量，通過冷凝器內冷媒的蒸發，將水路循環中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環的同時再通過蒸發器內冷媒的冷凝，由風機盤管循環將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉移至室內的過程中，以35℃以上熱風的形式向室內供暖。

3.3.2地源熱泵系統選型情況

編號 規格及型號 單位 數量 備注

1 地源側循環泵 臺 1 H=26m Q=12.5m /h N=4kW

2 地源側循環泵 臺 9 H=22m Q=6.47m /h N=2.2kW

3 WPWE240型地源熱泵機組（配水利模塊） 臺 1 制冷：59.5kW， 制熱：82.4kW， 輸入功率：18kW水利模塊：膨脹水罐5L，配有安全閥、補水閥循環水泵H=26m，N=1.5kW

4 WPWE120型地源熱泵機組（配水利模塊） 臺 6 制冷：29.6kW， 制熱：40kW， 輸入功率：9.4kW水利模塊：膨脹水罐5L，配有安全閥、補水閥循環水泵H=22m，N=0.7kW

5 WPWE60型地源熱泵機組（配水利模塊） 臺 2 制冷：15kW， 制熱：20kW， 輸入功率：4.7kW水利模塊：膨脹水罐5L，配有安全閥、補水閥循環水泵H=19.3m，N=0.46kW

6 WPWE40型地源熱泵機組（配水利模塊） 臺 1 制冷：10.3kW， 制熱：13kW， 輸入功率：3.1kW水利模塊：膨脹水罐5L，配有安全閥、補水閥循環水泵H=18m，N=0.49kW

7 FCU03臥式暗裝風機盤管 臺 31 制冷：3.65kW， 制熱：5.62kW， 輸入功率：65W

8 FCU04臥式暗裝風機盤管 臺 35 制冷：4.45kW， 制熱：7.78kW， 輸入功率：85W

3.4其他系統

此處說明一下市政供暖，該地區沒有市政供暖接口，需要高達500萬元的配套費。故此不考慮市政供暖。

四.各方案能耗

VRV電熱膜系統所需額定功率420.405kw，實際功率為258.29kw，每天用電度數為1869.2度。

Pjs=Pe*Kx*cosФ=273.59*1*0.8+78.825*0.5*0.8=258.29

W=Pjs*t=273.59*8+78.825*3=1869.2kwh

VRV系統所需額定功率341.98kw，實際功率為273.59kw，每天用電度數為2188.8度。

Pjs=Pe*Kx*cosФ=341.98*1*0.8=273.59kw

W=Pjs*t=273.59*8=2188.8kwh

地源熱泵系統所需額定功率374.5kw，實際功率為299.6kw，每天用電度數為2396.8度。

Pjs=Pe*Kx*cosФ=374.5*1*0.8=299.6kw

W=Pjs*t=299.6*8=2396.8kwh

五.經濟性分析

5.1各方案初投資

初投資指系統各部分投資之和，主要包含設備費用、安裝費用、土建費用、材料費用、鉆孔費用等。鉆孔費用=孔深*每米孔深的價格，每米孔深價格按35元/米計算。從初投資看（見圖7），市政供熱最大，VRV電熱膜系統、VRV系統次之，地源熱泵系統最小。但是現場實際中場地限制導致地源熱泵系統前期投資較大，較費時（見圖8）。

5.2運行費用

年運行費用主要包含電費、水費、燃料費及設備維護管理費用（含維修費及人員工資）。電費按照天津市天津港地區商業平均電價0.8元/度計算，本地區無市政供暖，故采用天津市塘沽地區供暖價格25元/平米，水費主要指系統補水水費，取補水率為2%～3%，自來水6.65元/噸。全年運行費用中（見圖9），市政供暖比VRV電熱膜略小，其次是VRV，最大是地源熱泵。

5.3運行壽命及環保分析

市政供暖忽略不計，電熱膜使用壽命50年，地埋管使用壽命50年，其他設備均為20年左右。從此看出來，供暖使用電熱膜是較為合理的。

市政供暖本地區沒有外網，市政方提出500萬元的配套費，較為昂貴，此方案排除。VRV電熱膜系統是綜合了VRV只能制冷不能供熱與電熱膜只能制熱不能制冷有效的結合，綜合利用兩者的相輔相成，既節約又環保，故障概率低，可以基本做到免維護的方案。VRV系統是普通的一拖多系統，加上電輔熱提供供暖，電輔熱造成了能源的浪費，也可做到免維護。地源熱泵系統是較新型的環保空調系統，只節能不環保。地源熱泵、水源熱泵兩套設備采用的都是一類交換器，產生大量的氯離子，泄露會污染土地，眾所周知，土壤是不可再生的資源。氯離子污染后寸草不生，氯離子隨著降雨、水滲漏等自然運動，滲入到地下水系導致地下水的污染，很難復原。而且地源熱泵破壞地下微生物環境，造成另一種破壞。跟VRV比起來。地源熱泵系統也沒有很“節能”。

六.結論

通過以上分析，在以上幾種方案中，從能耗、經濟性、環保方面幾個角度分析，得到以下結論：

以消耗的費用上看，VRV電熱膜系統要好于VRV系統，最后是地源熱泵系統。

以50年投資及經濟上，VRV電熱膜系統要好于VRV系統，其次是地源熱泵系統、市政供暖。VRV電熱膜系統對于地源熱泵具有施工方便、節省工期的優勢；對比VRV系統及其他系統又節能環保的優勢。

綜合考慮，本案VRV電熱膜系統雖然初投資費用較大，在考慮能耗方面相對較小，在對比環保等方面的優勢，VRV電熱膜系統是最好的選擇。

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