关于VRV与电热膜制冷采暖系统可行性分析

张敬超

【摘要】 介绍VRV空调与电热膜相结合的制冷采暖系统的技术特点，并与地源热泵系统对比，并以实际工程为例，阐述该技术的可行性

【关键词】 热工学；VRV；电热膜；能耗；运行费用；经济性

近年来，随着各类制冷采暖设备的不断创新，使我们的选择变得多样化。由于项目现场状况的不同，某些设备也就受到制约，同时要考虑就更加精细，择优而选。结合VRV和远红外电热膜两种技术的优势，提出一种既能实现高效智能化控制又具有高效节能性的VRV多联机电热膜系统。该系统延伸了VRV的适用范围，克服传统VRV连管长、落差大的限制，有效节约铜管使用量，排除了地源热泵对井位场地的限制，避免了高额的供暖管道的配套费用。适用于配套及场地不足的地区。

VRV多联机电热膜系统的基本制冷制热原理和控制原理同传统VRV系统一样，区别在于将电热膜控制集成与一台控制器上，方便智能化控制。图1为系统示意图，系统由VRV室内机、室外机、电热膜、控制器等组成。

由于环境的特殊性，结合现场周边配套环境，结合天津某住宅高层的VRV多联机电热膜系统，通过与其他常规空调方案进行比较，着重对系统的经济性可行性进行比较。

一.工程概况和空调系统方案

本工程为天津市某商业VRV空调与电热膜相结合的制冷采暖系统的设计， 本楼是一栋商业楼，地上二层。空调面积1718㎡ 时。经分析比较， 在建筑物中采用VRV多联机电热膜系统较为经济合理。

二.室内外设计计算参数

2.1室外计算参数

采暖室外计算干球温度-8℃ 冬季室外平均风速3.1m/s

夏季空调室外计算干球温度31.4℃ 最大冻土深度59cm

2.2室内计算参数

商服、物业、居委会等20℃

空调室外26℃

2.3建筑冷热负荷

空气调节区的夏季冷负荷， 按各项逐时冷负荷的综合确定最大值。 冬季热负荷， 按照建筑物散失和获得的热量采取稳态传热法进行计算， 该建筑物的冷热负荷数据见表1 。

夏季冷负荷 冬季热负荷

308.5kw 344.9kw

三.空调系统方案

3.1VRV多联机电热膜系统

3.1.1VRV多联机电热膜系统原理

VRV多联机电热膜系统分为两部分，制冷部分和制热部分。制冷是单冷型VRV系统，制热是远红外电热膜。下面分别介绍原理。

在多元VRV空调系统中，压缩机通常采用一台变频压缩机，在大系统中，由一台变频压缩机或多极压缩机与多台定速压缩机构成压缩机组；在各室内机和室外机上，设置有供节流和流量调节的电子膨胀阀（有些系统在室外机上采用普通膨胀阀）；在系统的典型部位安放有温度传感器和压力传感器。在制冷工况下，室外机电子膨胀阀全开，通过室内机电子膨胀阀节流降压，控制室内温度和各室内机热交换器出口制冷剂的过热度，由压缩机频率调节吸气压力；在制热工况下，室外机电子膨胀阀，控制室外机热交换器出口制冷剂的过热度，室内机电子膨胀阀控制室温和室内热交换器出口的制冷剂过冷度，通过改变压缩机频率调节压缩机排气压力。

图2 单冷型多元VRV系统图

电热膜是将导电高分子材料通过涂覆工艺均匀牢固地附着于已预先织入电极的基材上，外覆绝缘保护层而成的面状电加热体。给电热膜通电，导电高分子将电能转化为热能，并主要以远红外辐射热的形式向外传递电热转化效率可达到98%以上，同样的耗电量电热膜采暖可以在短时间使室温升高，使人感到温暖。传统的电采暖热效率均低于85%，而且由于需要空气对流采暖，室内升温缓慢，同等条件达到相同的室温，电热膜采暖方式的节能效果明显优于传统电采暖。

图3 高分子多功能电热膜

（1）物理性能良好：高分子电热膜可因产品的性能要求具有不同的物理形态，并且具有良好的绝缘性、密封防水性和阻燃性能等。在弯曲、折压的情况下，不会影响其正常高分子电热膜工作。在局部受到破坏时，如划伤、局部洞穿、与水接触等情况下（形成绝缘体，防止漏电。）不会影响正常加热功能，。并且可以加工成一些特殊形状，对某些特殊的部件进行加热或保温。

（2）电—热转换率高：高分子电热膜的电-热转换效率几乎100%，其中约70%是为远红外辐射热。

（3）衰减小，寿命长：导电高分子材料热稳定性优良，正常使用下不发生分子脱变及异化裂化反应。热模拟试验（110℃下）结果表明：该材料50年内平均功率变化小于±5%。

（4）适用范围广：可广泛应用于建筑供暖、道路及各种设备融雪化冰、工业设备及管保保温、农业大棚供暖和育种育苗、医疗保健器械等多个领域。

（5）其他：自限温特性，升温快、效率高。释放8-12μ波长的“人体生命线”。

3.1.2VRV多联机电热膜系统选型情况

室内机配备表

序号 楼层 房间名称 面积㎡ 机组型号 冷量（W） 数量（台） 总冷负荷（W） 室外机

1 一层 商服4 86 MDV-D56T2/N1-C 5600 3 16800 MDV-335W（12）/DSN1（G）

二层 商服1 80 MDV-D45T2/N1-C 4500 4 18000

2 一层 商服5 72 MDV-D45T2/N1-C 4500 3 13500 MDV-252W（8）/DSN1（G）

二层 商服2 75 MDV-D36T2/N1-C3 3600 4 14400

3 一层 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 一层 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 一层 物业用房 111 MDV-D56T2/N1-C 5600 4 224000 MDV-1065W（38）/DSN1（G）

8 物业大厅 88 MDV-D56T2/N1-C 5600 3 16800

9 警务室 9 MDV-D22T2/N1-C3 2200 1 2200

10 二层 物业用房 121 MDV-D71T2/N1-C 7100 3 21300

11 厕所 8.5 MDV-D22T2/N1-C3 2200 1 2200

12 厕所 8.5 MDV-D22T2/N1-C3 2200 1 2200

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

14 社区服务点 48 MDV-D45T2/N1-C 4500 2 9000

15 物业用房3 37 MDV-D36T2/N1-C3 3600 2 7200

16 物业监控用房 24 MDV-D45T2/N1-C 4500 1 4500

17 居委会 42 MDV-D36T2/N1-C3 3600 2 7200

18 文化活动室 78 MDV-D56T2/N1-C 5600 3 16800

19 一层 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）

合计 308500

电热膜配备表

序号 楼层 房间名称 面积㎡ 机组型号 数量（台） 单位负荷（W/㎡） 总热负荷（W）

1 一层 商服4 86 HD-70D-D 358 70 18900

二层 商服1 80 333 20000

2 一层 商服5 72 300 15000

二层 商服2 75 313 16000

3 一层 商服6 75 313 15000

4 二层 商服3 77 321 16000

5 一层 商服7 133 554 30000

6 商服8 130 542 30000

7 一层 物业用房 111 463 25200

8 物业大厅 88 367 18900

9 警务室 9 38 2600

10 二层 物业用房 121 504 24000

11 厕所 8.5 36 2600

12 厕所 8.5 36 2600

13 物业用房2 27 113 5000

14 社区服务点 48 200 1000

15 物业用房3 37 154 8000

16 物业监控用房 24 100 5000

17 居委会 42 175 8000

18 文化活动室 78 325 18900

19 一层 商服9 62.5 258 12000

20 商服10 81 338 16000

21 商服11 103 429 25200

合计 344900

3.2VRV系统

3.2.1VRV系统原理

VRV空调系统是在电力空调系统中，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量，适时地满足室内冷热负荷要求的高效率冷剂空调系统。此方案的VRV为带内部热交换单冷型多元VRV系统。见图4（A：压缩机C：室外热交换器E：室内热交换器F：气液分离器EV1：电子膨胀阀EV2：电子膨胀阀EV3：电子膨胀阀D：内部热交换器）

图5 带内部热交换单冷型多元VRV系统图

3.2.2VRV系统选型情况

VRV的现行情况如电热膜VRV系统中空调配置，增添部分为电辅热，增加电线直径。

3.3地源热泵系统

3.3.1地源热泵系统原理

作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。 地源热泵是地热利用的一种形式 ，是将低位热能用热泵提升为高位热能加以利用。热泵机组是制冷机的逆循环。

图6 地源热泵系统图

1 制冷模式：

在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地表水、地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。

2 供暖模式：

在供暖状态下，压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地表水、地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。

3.3.2地源热泵系统选型情况

编号 规格及型号 单位 数量 备注

1 地源侧循环泵 台 1 H=26m Q=12.5m /h N=4kW

2 地源侧循环泵 台 9 H=22m Q=6.47m /h N=2.2kW

3 WPWE240型地源热泵机组（配水利模块） 台 1 制冷：59.5kW， 制热：82.4kW， 输入功率：18kW水利模块：膨胀水罐5L，配有安全阀、补水阀循环水泵H=26m，N=1.5kW

4 WPWE120型地源热泵机组（配水利模块） 台 6 制冷：29.6kW， 制热：40kW， 输入功率：9.4kW水利模块：膨胀水罐5L，配有安全阀、补水阀循环水泵H=22m，N=0.7kW

5 WPWE60型地源热泵机组（配水利模块） 台 2 制冷：15kW， 制热：20kW， 输入功率：4.7kW水利模块：膨胀水罐5L，配有安全阀、补水阀循环水泵H=19.3m，N=0.46kW

6 WPWE40型地源热泵机组（配水利模块） 台 1 制冷：10.3kW， 制热：13kW， 输入功率：3.1kW水利模块：膨胀水罐5L，配有安全阀、补水阀循环水泵H=18m，N=0.49kW

7 FCU03卧式暗装风机盘管 台 31 制冷：3.65kW， 制热：5.62kW， 输入功率：65W

8 FCU04卧式暗装风机盘管 台 35 制冷：4.45kW， 制热：7.78kW， 输入功率：85W

3.4其他系统

此处说明一下市政供暖，该地区没有市政供暖接口，需要高达500万元的配套费。故此不考虑市政供暖。

四.各方案能耗

VRV电热膜系统所需额定功率420.405kw，实际功率为258.29kw，每天用电度数为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系統所需额定功率341.98kw，实际功率为273.59kw，每天用电度数为2188.8度。

Pjs=Pe*Kx*cosФ=341.98*1*0.8=273.59kw

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

地源热泵系统所需额定功率374.5kw，实际功率为299.6kw，每天用电度数为2396.8度。

Pjs=Pe*Kx*cosФ=374.5*1*0.8=299.6kw

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

五.经济性分析

5.1各方案初投资

初投资指系统各部分投资之和，主要包含设备费用、安装费用、土建费用、材料费用、钻孔费用等。钻孔费用=孔深*每米孔深的价格，每米孔深价格按35元/米计算。从初投资看（见图7），市政供热最大，VRV电热膜系统、VRV系统次之，地源热泵系统最小。但是现场实际中场地限制导致地源热泵系统前期投资较大，较费时（见图8）。

5.2运行费用

年运行费用主要包含电费、水费、燃料费及设备维护管理费用（含维修费及人员工资）。电费按照天津市天津港地区商业平均电价0.8元/度计算，本地区无市政供暖，故采用天津市塘沽地区供暖价格25元/平米，水费主要指系统补水水费，取补水率为2%～3%，自来水6.65元/吨。全年运行费用中（见图9），市政供暖比VRV电热膜略小，其次是VRV，最大是地源热泵。

5.3运行寿命及环保分析

市政供暖忽略不计，电热膜使用寿命50年，地埋管使用寿命50年，其他设备均为20年左右。从此看出来，供暖使用电热膜是较为合理的。

市政供暖本地区没有外网，市政方提出500万元的配套费，较为昂贵，此方案排除。VRV电热膜系统是综合了VRV只能制冷不能供热与电热膜只能制热不能制冷有效的结合，综合利用两者的相辅相成，既节约又环保，故障概率低，可以基本做到免维护的方案。VRV系统是普通的一拖多系统，加上电辅热提供供暖，电辅热造成了能源的浪费，也可做到免维护。地源热泵系统是较新型的环保空调系统，只节能不环保。地源热泵、水源热泵两套设备采用的都是一类交换器，产生大量的氯离子，泄露会污染土地，众所周知，土壤是不可再生的资源。氯离子污染后寸草不生，氯离子随着降雨、水渗漏等自然运动，渗入到地下水系导致地下水的污染，很难复原。而且地源热泵破坏地下微生物环境，造成另一种破坏。跟VRV比起来。地源热泵系统也没有很“节能”。

六.结论

通过以上分析，在以上几种方案中，从能耗、经济性、环保方面几个角度分析，得到以下结论：

以消耗的费用上看，VRV电热膜系统要好于VRV系统，最后是地源热泵系统。

以50年投资及经济上，VRV电热膜系统要好于VRV系统，其次是地源热泵系统、市政供暖。VRV电热膜系统对于地源热泵具有施工方便、节省工期的优势；对比VRV系统及其他系统又节能环保的优势。

综合考虑，本案VRV电热膜系统虽然初投资费用较大，在考虑能耗方面相对较小，在对比环保等方面的优势，VRV电热膜系统是最好的选择。

参考文献：

（1） 毛会敏.土壤源热泵空调系统的设计与经济性分析.哈尔滨.哈尔滨工业大学，2006

（2） 董丽娟.VRV多联机地源热泵系统的技术经济案例分析.上海.同济大学，2011

（3） 刘碧翠.浅谈VRV空调的设计与特点.四川.《四川建材》，2006

（4） 袁东立.地源热泵与VRV技术的结合与运用实例.北京.中国建筑科学研究院空调所，2007

（5） 王金墩.潍坊某办公楼地源热泵加地板辐射供热供冷系统分析与研究.山东.潍坊市建设工程施工图审查中心，2009

（6） 贾瑞英.采暖用远红外辐射电热膜的节能机理.辽宁.沈阳大学，2006

（7） 马国欣.热红外辐射涂层技术及产业化发展.广东.华南理工大学，2009