關(guān)于VRV與電熱膜制冷采暖系統(tǒng)可行性分析

張敬超

【摘要】 介紹VRV空調(diào)與電熱膜相結(jié)合的制冷采暖系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，并與地源熱泵系統(tǒng)對(duì)比，并以實(shí)際工程為例，闡述該技術(shù)的可行性

【關(guān)鍵詞】 熱工學(xué)；VRV；電熱膜；能耗；運(yùn)行費(fèi)用；經(jīng)濟(jì)性

近年來，隨著各類制冷采暖設(shè)備的不斷創(chuàng)新，使我們的選擇變得多樣化。由于項(xiàng)目現(xiàn)場狀況的不同，某些設(shè)備也就受到制約，同時(shí)要考慮就更加精細(xì)，擇優(yōu)而選。結(jié)合VRV和遠(yuǎn)紅外電熱膜兩種技術(shù)的優(yōu)勢，提出一種既能實(shí)現(xiàn)高效智能化控制又具有高效節(jié)能性的VRV多聯(lián)機(jī)電熱膜系統(tǒng)。該系統(tǒng)延伸了VRV的適用范圍，克服傳統(tǒng)VRV連管長、落差大的限制，有效節(jié)約銅管使用量，排除了地源熱泵對(duì)井位場地的限制，避免了高額的供暖管道的配套費(fèi)用。適用于配套及場地不足的地區(qū)。

VRV多聯(lián)機(jī)電熱膜系統(tǒng)的基本制冷制熱原理和控制原理同傳統(tǒng)VRV系統(tǒng)一樣，區(qū)別在于將電熱膜控制集成與一臺(tái)控制器上，方便智能化控制。圖1為系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)由VRV室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)、電熱膜、控制器等組成。

由于環(huán)境的特殊性，結(jié)合現(xiàn)場周邊配套環(huán)境，結(jié)合天津某住宅高層的VRV多聯(lián)機(jī)電熱膜系統(tǒng)，通過與其他常規(guī)空調(diào)方案進(jìn)行比較，著重對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性可行性進(jìn)行比較。

一.工程概況和空調(diào)系統(tǒng)方案

本工程為天津市某商業(yè)VRV空調(diào)與電熱膜相結(jié)合的制冷采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 本樓是一棟商業(yè)樓，地上二層?？照{(diào)面積1718㎡ 時(shí)。經(jīng)分析比較， 在建筑物中采用VRV多聯(lián)機(jī)電熱膜系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)合理。

二.室內(nèi)外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

2.1室外計(jì)算參數(shù)

采暖室外計(jì)算干球溫度-8℃ 冬季室外平均風(fēng)速3.1m/s

夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度31.4℃ 最大凍土深度59cm

2.2室內(nèi)計(jì)算參數(shù)

商服、物業(yè)、居委會(huì)等20℃

空調(diào)室外26℃

2.3建筑冷熱負(fù)荷

空氣調(diào)節(jié)區(qū)的夏季冷負(fù)荷， 按各項(xiàng)逐時(shí)冷負(fù)荷的綜合確定最大值。 冬季熱負(fù)荷， 按照建筑物散失和獲得的熱量采取穩(wěn)態(tài)傳熱法進(jìn)行計(jì)算， 該建筑物的冷熱負(fù)荷數(shù)據(jù)見表1 。

夏季冷負(fù)荷 冬季熱負(fù)荷

308.5kw 344.9kw

三.空調(diào)系統(tǒng)方案

3.1VRV多聯(lián)機(jī)電熱膜系統(tǒng)

3.1.1VRV多聯(lián)機(jī)電熱膜系統(tǒng)原理

VRV多聯(lián)機(jī)電熱膜系統(tǒng)分為兩部分，制冷部分和制熱部分。制冷是單冷型VRV系統(tǒng)，制熱是遠(yuǎn)紅外電熱膜。下面分別介紹原理。

在多元VRV空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)通常采用一臺(tái)變頻壓縮機(jī)，在大系統(tǒng)中，由一臺(tái)變頻壓縮機(jī)或多極壓縮機(jī)與多臺(tái)定速壓縮機(jī)構(gòu)成壓縮機(jī)組；在各室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)上，設(shè)置有供節(jié)流和流量調(diào)節(jié)的電子膨脹閥（有些系統(tǒng)在室外機(jī)上采用普通膨脹閥）；在系統(tǒng)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(jī)電子膨脹閥全開，通過室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥節(jié)流降壓，控制室內(nèi)溫度和各室內(nèi)機(jī)熱交換器出口制冷劑的過熱度，由壓縮機(jī)頻率調(diào)節(jié)吸氣壓力；在制熱工況下，室外機(jī)電子膨脹閥，控制室外機(jī)熱交換器出口制冷劑的過熱度，室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥控制室溫和室內(nèi)熱交換器出口的制冷劑過冷度，通過改變壓縮機(jī)頻率調(diào)節(jié)壓縮機(jī)排氣壓力。

圖2 單冷型多元VRV系統(tǒng)圖

電熱膜是將導(dǎo)電高分子材料通過涂覆工藝均勻牢固地附著于已預(yù)先織入電極的基材上，外覆絕緣保護(hù)層而成的面狀電加熱體。給電熱膜通電，導(dǎo)電高分子將電能轉(zhuǎn)化為熱能，并主要以遠(yuǎn)紅外輻射熱的形式向外傳遞電熱轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到98%以上，同樣的耗電量電熱膜采暖可以在短時(shí)間使室溫升高，使人感到溫暖。傳統(tǒng)的電采暖熱效率均低于85%，而且由于需要空氣對(duì)流采暖，室內(nèi)升溫緩慢，同等條件達(dá)到相同的室溫，電熱膜采暖方式的節(jié)能效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)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(chǎn)品的性能要求具有不同的物理形態(tài)，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(huì)影響其正常高分子電熱膜工作。在局部受到破壞時(shí)，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(huì)影響正常加熱功能，。并且可以加工成一些特殊形狀，對(duì)某些特殊的部件進(jìn)行加熱或保溫。

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

（3）衰減小，壽命長：導(dǎo)電高分子材料熱穩(wěn)定性優(yōu)良，正常使用下不發(fā)生分子脫變及異化裂化反應(yīng)。熱模擬試驗(yàn)（110℃下）結(jié)果表明：該材料50年內(nèi)平均功率變化小于±5%。

（4）適用范圍廣：可廣泛應(yīng)用于建筑供暖、道路及各種設(shè)備融雪化冰、工業(yè)設(shè)備及管保保溫、農(nóng)業(yè)大棚供暖和育種育苗、醫(yī)療保健器械等多個(gè)領(lǐng)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(lián)機(jī)電熱膜系統(tǒng)選型情況

室內(nèi)機(jī)配備表

序號(hào) 樓層 房間名稱 面積㎡ 機(jī)組型號(hào) 冷量（W） 數(shù)量（臺(tái)） 總冷負(fù)荷（W） 室外機(jī)

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(yè)用房 111 MDV-D56T2/N1-C 5600 4 224000 MDV-1065W（38）/DSN1（G）

8 物業(yè)大廳 88 MDV-D56T2/N1-C 5600 3 16800

9 警務(wù)室 9 MDV-D22T2/N1-C3 2200 1 2200

10 二層 物業(yè)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(yè)用房2 27 MDV-D45T2/N1-C 4500 1 4500

14 社區(qū)服務(wù)點(diǎn) 48 MDV-D45T2/N1-C 4500 2 9000

15 物業(yè)用房3 37 MDV-D36T2/N1-C3 3600 2 7200

16 物業(yè)監(jiān)控用房 24 MDV-D45T2/N1-C 4500 1 4500

17 居委會(huì) 42 MDV-D36T2/N1-C3 3600 2 7200

18 文化活動(dòng)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(jì) 308500

電熱膜配備表

序號(hào) 樓層 房間名稱 面積㎡ 機(jī)組型號(hào) 數(shù)量（臺(tái)） 單位負(fù)荷（W/㎡） 總熱負(fù)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(yè)用房 111 463 25200

8 物業(yè)大廳 88 367 18900

9 警務(wù)室 9 38 2600

10 二層 物業(yè)用房 121 504 24000

11 廁所 8.5 36 2600

12 廁所 8.5 36 2600

13 物業(yè)用房2 27 113 5000

14 社區(qū)服務(wù)點(diǎn) 48 200 1000

15 物業(yè)用房3 37 154 8000

16 物業(yè)監(jiān)控用房 24 100 5000

17 居委會(huì) 42 175 8000

18 文化活動(dòng)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(jì) 344900

3.2VRV系統(tǒng)

3.2.1VRV系統(tǒng)原理

VRV空調(diào)系統(tǒng)是在電力空調(diào)系統(tǒng)中，通過控制壓縮機(jī)的制冷劑循環(huán)量和進(jìn)入室內(nèi)換熱器的制冷劑流量，適時(shí)地滿足室內(nèi)冷熱負(fù)荷要求的高效率冷劑空調(diào)系統(tǒng)。此方案的VRV為帶內(nèi)部熱交換單冷型多元VRV系統(tǒng)。見圖4（A：壓縮機(jī)C：室外熱交換器E：室內(nèi)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(nèi)部熱交換器）

圖5 帶內(nèi)部熱交換單冷型多元VRV系統(tǒng)圖

3.2.2VRV系統(tǒng)選型情況

VRV的現(xiàn)行情況如電熱膜VRV系統(tǒng)中空調(diào)配置，增添部分為電輔熱，增加電線直徑。

3.3地源熱泵系統(tǒng)

3.3.1地源熱泵系統(tǒng)原理

作為自然界的現(xiàn)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(chuàng)造機(jī)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(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進(jìn)行利用，而整個(gè)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(jié)能特點(diǎn)。 地源熱泵是地?zé)崂玫囊环N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(jī)組是制冷機(jī)的逆循環(huán)。

圖6 地源熱泵系統(tǒng)圖

1 制冷模式：

在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，使其進(jìn)行汽-液轉(zhuǎn)化的循環(huán)。通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)所攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)同時(shí)再通過冷凝器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路循環(huán)轉(zhuǎn)移至地表水、地下水或土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過風(fēng)機(jī)盤管，以13℃以下的冷風(fēng)的形式為房間供冷。

2 供暖模式：

在供暖狀態(tài)下，壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，并通過換向閥將冷媒流動(dòng)方向換向。由地下的水路循環(huán)吸收地表水、地下水或土壤里的熱量，通過冷凝器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)再通過蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的冷凝，由風(fēng)機(jī)盤管循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下的熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以35℃以上熱風(fēng)的形式向室內(nèi)供暖。

3.3.2地源熱泵系統(tǒng)選型情況

編號(hào) 規(guī)格及型號(hào) 單位 數(shù)量 備注

1 地源側(cè)循環(huán)泵 臺(tái) 1 H=26m Q=12.5m /h N=4kW

2 地源側(cè)循環(huán)泵 臺(tái) 9 H=22m Q=6.47m /h N=2.2kW

3 WPWE240型地源熱泵機(jī)組（配水利模塊） 臺(tái) 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(bǔ)水閥循環(huán)水泵H=26m，N=1.5kW

4 WPWE120型地源熱泵機(jī)組（配水利模塊） 臺(tái) 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(bǔ)水閥循環(huán)水泵H=22m，N=0.7kW

5 WPWE60型地源熱泵機(jī)組（配水利模塊） 臺(tái) 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(bǔ)水閥循環(huán)水泵H=19.3m，N=0.46kW

6 WPWE40型地源熱泵機(jī)組（配水利模塊） 臺(tái) 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(bǔ)水閥循環(huán)水泵H=18m，N=0.49kW

7 FCU03臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤管 臺(tái) 31 制冷：3.65kW， 制熱：5.62kW， 輸入功率：65W

8 FCU04臥式暗裝風(fēng)機(jī)盤管 臺(tái) 35 制冷：4.45kW， 制熱：7.78kW， 輸入功率：85W

3.4其他系統(tǒng)

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

四.各方案能耗

VRV電熱膜系統(tǒng)所需額定功率420.405kw，實(shí)際功率為258.29kw，每天用電度數(shù)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(tǒng)所需額定功率341.98kw，實(shí)際功率為273.59kw，每天用電度數(shù)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(tǒng)所需額定功率374.5kw，實(shí)際功率為299.6kw，每天用電度數(shù)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(jīng)濟(jì)性分析

5.1各方案初投資

初投資指系統(tǒng)各部分投資之和，主要包含設(shè)備費(fèi)用、安裝費(fèi)用、土建費(fèi)用、材料費(fèi)用、鉆孔費(fèi)用等。鉆孔費(fèi)用=孔深*每米孔深的價(jià)格，每米孔深價(jià)格按35元/米計(jì)算。從初投資看（見圖7），市政供熱最大，VRV電熱膜系統(tǒng)、VRV系統(tǒng)次之，地源熱泵系統(tǒng)最小。但是現(xiàn)場實(shí)際中場地限制導(dǎo)致地源熱泵系統(tǒng)前期投資較大，較費(fèi)時(shí)（見圖8）。

5.2運(yùn)行費(fèi)用

年運(yùn)行費(fèi)用主要包含電費(fèi)、水費(fèi)、燃料費(fèi)及設(shè)備維護(hù)管理費(fèi)用（含維修費(fèi)及人員工資）。電費(fèi)按照天津市天津港地區(qū)商業(yè)平均電價(jià)0.8元/度計(jì)算，本地區(qū)無市政供暖，故采用天津市塘沽地區(qū)供暖價(jià)格25元/平米，水費(fèi)主要指系統(tǒng)補(bǔ)水水費(fèi)，取補(bǔ)水率為2%～3%，自來水6.65元/噸。全年運(yùn)行費(fèi)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(yùn)行壽命及環(huán)保分析

市政供暖忽略不計(jì)，電熱膜使用壽命50年，地埋管使用壽命50年，其他設(shè)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(qū)沒有外網(wǎng)，市政方提出500萬元的配套費(fèi)，較為昂貴，此方案排除。VRV電熱膜系統(tǒng)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(jié)合，綜合利用兩者的相輔相成，既節(jié)約又環(huán)保，故障概率低，可以基本做到免維護(hù)的方案。VRV系統(tǒng)是普通的一拖多系統(tǒng)，加上電輔熱提供供暖，電輔熱造成了能源的浪費(fèi)，也可做到免維護(hù)。地源熱泵系統(tǒng)是較新型的環(huán)?？照{(diào)系統(tǒng)，只節(jié)能不環(huán)保。地源熱泵、水源熱泵兩套設(shè)備采用的都是一類交換器，產(chǎn)生大量的氯離子，泄露會(huì)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(yùn)動(dòng)，滲入到地下水系導(dǎo)致地下水的污染，很難復(fù)原。而且地源熱泵破壞地下微生物環(huán)境，造成另一種破壞。跟VRV比起來。地源熱泵系統(tǒng)也沒有很“節(jié)能”。

六.結(jié)論

通過以上分析，在以上幾種方案中，從能耗、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保方面幾個(gè)角度分析，得到以下結(jié)論：

以消耗的費(fèi)用上看，VRV電熱膜系統(tǒng)要好于VRV系統(tǒng)，最后是地源熱泵系統(tǒng)。

以50年投資及經(jīng)濟(jì)上，VRV電熱膜系統(tǒng)要好于VRV系統(tǒng)，其次是地源熱泵系統(tǒng)、市政供暖。VRV電熱膜系統(tǒng)對(duì)于地源熱泵具有施工方便、節(jié)省工期的優(yōu)勢；對(duì)比VRV系統(tǒng)及其他系統(tǒng)又節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢。

綜合考慮，本案VRV電熱膜系統(tǒng)雖然初投資費(fèi)用較大，在考慮能耗方面相對(duì)較小，在對(duì)比環(huán)保等方面的優(yōu)勢，VRV電熱膜系統(tǒng)是最好的選擇。

參考文獻(xiàn)：

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