关于VRV与电热膜制冷采暖系统可行性分析

1、    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

2、，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

3、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59cm2.2室内计算参数商服、物业、居委会等20空调室外262.3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

4、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

5、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

6、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

7、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8-12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 180002 一层 商服5 72 mdv-d45t2/n1-c 4500 3 13500 mdv-252w（8）/dsn1（g）二层 商服2 7

8、5 mdv-d36t2/n1-c3 3600 4 144003 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 144005 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（3

9、8）/dsn1（g）8 物业大厅 88 mdv-d56t2/n1-c 5600 3 168009 警务室 9 mdv-d22t2/n1-c3 2200 1 220010 二层 物业用房 121 mdv-d71t2/n1-c 7100 3 2130011 厕所 8.5 mdv-d22t2/n1-c3 2200 1 220012 厕所 8.5 mdv-d22t2/n1-c3 2200 1 220013 物業用房2 27 mdv-d45t2/n1-c 4500 1 450014 社区服务点 48 mdv-d45t2/n1-c 4500 2 900015 物业用房3 37 mdv-d36t2/n1-c

10、3 3600 2 720016 物业监控用房 24 mdv-d45t2/n1-c 4500 1 450017 居委会 42 mdv-d36t2/n1-c3 3600 2 720018 文化活动室 78 mdv-d56t2/n1-c 5600 3 1680019 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

11、-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 200002 一层 商服5 72 300 15000二层 商服2 75 313 160003 一层 商服6 75 313 150004 二层 商服3 77 321 160005 一层 商服7 133 554 300006 商服8 130 542 300007 一层 物业用房 111 463 252008 物业大厅 88 367 189009 警务室 9 38

12、 260010 二层 物业用房 121 504 2400011 厕所 8.5 36 260012 厕所 8.5 36 260013 物业用房2 27 113 500014 社区服务点 48 200 100015 物业用房3 37 154 800016 物业监控用房 24 100 500017 居委会 42 175 800018 文化活动室 78 325 1890019 一层 商服9 62.5 258 1200020 商服10 81 338 1600021 商服11 103 429 25200合计 3449003.2vrv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

13、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，

14、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

15、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=4kw2 地源侧循环泵 台 9 h=22m q=6

16、.47m /h n=2.2kw3 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=1.5kw4 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=0.7kw5 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.

17、46kw6 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=0.49kw7 fcu03卧式暗装风机盘管 台 31 制冷：3.65kw， 制热：5.62kw， 输入功率：65w8 fcu04卧式暗装风机盘管 台 35 制冷：4.45kw， 制热：7.78kw， 输入功率：85w3.4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

18、，每天用电度数为1869.2度。pjs=pe*kx*cos=273.59*1*0.8+78.825*0.5*0.8=258.29w=pjs*t=273.59*8+78.825*3=1869.2kwhvrv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*cos=341.98*1*0.8=273.59kww=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*cos=374.5*1*0.8=299.6kww=pjs*t=29

19、9.6*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，

20、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