摘要：介紹一種近十年在國外興起的新型空調(diào)方式。本文介紹了水環(huán)熱泵VRV產(chǎn)品在國外的發(fā)展應用和相關(guān)鼓勵政策以及在國內(nèi)推廣的前景。并根據(jù)2005年北京市《公共建筑節(jié)能設計標準》中對于設備的綜合部分負荷性能系數(shù)要求，對其進行節(jié)能性探討。
關(guān)鍵詞：水環(huán)熱泵 VRV 節(jié)能
1．水環(huán)熱泵VRV的應用概況
水環(huán)熱泵VRV（water-cooled VRV）是VRV系列的一個分支，它在風冷VRV的基礎上，將風冷式（風機+表冷器）變成水冷式（冷卻水環(huán)路+內(nèi)置板換），形成一種水管不進房間，而僅在豎井和主機的非專用機房內(nèi)；主機位于室內(nèi)非專用設備間，體型和重量更小，可做堆疊放置；在使用上集中與分散相結(jié)合的一種新型空調(diào)方式。
它可以與多種能源形式相結(jié)合，應用于各種有現(xiàn)成冷熱源，或存在內(nèi)外區(qū)，或同時有冷熱需求的新建，改造或加建項目等。建筑規(guī)模從幾百平米到幾十萬平米不等。
主機使用R410A冷媒，有熱泵型和熱回收型兩種。其中熱回收這個概念，在風冷VRV上已有應用。使用這種機型，可以實現(xiàn)在同一個冷媒系統(tǒng)中同時供冷供熱。
水環(huán)熱泵VRV
1．1．在國外發(fā)展概況
上世紀80年代末90年代初，日本經(jīng)濟正處于高速發(fā)展的時期。從經(jīng)濟規(guī)?？?0年代初日本人均國民生產(chǎn)總值為29524美元，居世界第一位，超過美國20%。社會各項建設迅速發(fā)展。也是從這個時期開始，日本政府開始“實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”，“把發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建立循環(huán)型社會看作是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑和方式”。
水環(huán)熱泵VRV正是基于這樣的背景，響應當時大量出現(xiàn)的改造/新建項目對與循環(huán)利用，可持續(xù)發(fā)展的需求而產(chǎn)生的。
經(jīng)過十幾年的發(fā)展，水環(huán)熱泵VRV在日本和歐洲等發(fā)達國家取得了迅速發(fā)展，目前已經(jīng)發(fā)展到了第二代產(chǎn)品。2005年底，該產(chǎn)品相繼獲得05年度日本節(jié)能大獎——節(jié)能會長獎（注1）和歐洲的政府稅收獎勵政策的鼓勵應用（注2）。
1．2 在國內(nèi)推廣前景
1．2．1 能源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展
進入新世紀以來，隨著全面建設小康社會的開始，我國經(jīng)濟規(guī)模不斷擴大，中國已經(jīng)成為僅次于美國的第二大世界市場，工業(yè)化和城市化全面加速。而資源供需矛盾和環(huán)境問題也隨之日益加劇。在經(jīng)濟發(fā)展的同時，我國還是世界第二大能源消費國和第二大CO2排放國（冷暖空調(diào)網(wǎng)《我國集中空調(diào)節(jié)能的必要性》）。2004 年，中國境內(nèi)各城市大面積拉閘限電，經(jīng)嚴重影響了國家的經(jīng)濟發(fā)展和老百姓的生活。單位GDP能耗高，環(huán)境成本高已經(jīng)成為制約我國健康持續(xù)發(fā)展的首要因素。
黨的十六屆五中全會提出，我國到“十一五”末期（2010年），單位GDP能耗要比“十五”末期降低20％。今后國家統(tǒng)計局、國家發(fā)改委對各地方的經(jīng)濟增長評價指標也將把單位GDP能耗列為重要評價內(nèi)容。
專家們指出，雖然我國能耗浪費驚人，但是節(jié)能余地還是很大的。隨著全球經(jīng)濟向信息類新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展及人們對生活舒適性要求的不斷提高，越來越多的能源消耗在非傳統(tǒng)行業(yè)。
在商業(yè)、服務業(yè)領域，中央空調(diào)是主要的耗能設備。按重慶和上海的統(tǒng)計，中央空調(diào)的用電量分別占全市總用電量的 23 ％和 31.1 ％。此外，我國的民用、公用及商用建筑的中央空調(diào)普遍存在著能耗高的問題，一般中央空調(diào)的能耗約占整個建筑總能耗的 50 ％左右，對于商場和綜合大樓可能高達 60 ％以上。（冷暖空調(diào)網(wǎng)《我國集中空調(diào)節(jié)能的必要性》）
基于以上背景，在經(jīng)濟發(fā)展中節(jié)能與新能源開發(fā)，可再生能源利用并重，倡導環(huán)保技術(shù)的應用，對于我國的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。
因此，水環(huán)熱泵VRV由于其自身特點，在我國推廣和應用有著相當廣闊的市場發(fā)展空間。
1．2．2 水環(huán)熱泵VRV的應用情況
水環(huán)熱泵VRV的設計和使用主要有三大部分：能源的選用，冷卻水管路和VRV-W。三者的優(yōu)化結(jié)合可以使整個系統(tǒng)的初投資和運行費用達到經(jīng)濟合理。
由于水環(huán)熱泵VRV的正常工作水溫在15-45℃之間，所以它可以采用的能源的種類有三類：常規(guī)，低品位能源和可再生/新能源。實際上，水環(huán)熱泵VRV的可以采用的能源形式是多種多樣的，只要能滿足提供來的水溫度在15-45℃之間即可。另外，此種空調(diào)系統(tǒng)也可以和常規(guī)的冰蓄冷和水箱蓄熱結(jié)合使用，可以在一定程度上利用峰谷電差。
冷卻水管路的設計，可以參考常規(guī)水系統(tǒng)的設計。水環(huán)熱泵VRV主機的承壓可以達到1.96MPa。
VRV-W的設計可以參考風冷VRV的選型設計。
需要注意的有幾點：一，水管路設計十，豎井位置的合理選擇，可以使主機盡量靠近使用空間，降低冷媒管路的管長損失；二，由于水環(huán)熱泵VRV主機內(nèi)置板式換熱器尺寸小，對于臟堵和腐蝕比較敏感，故必須采用閉環(huán)系統(tǒng)，即采用閉式冷卻水塔或開式冷卻水塔+板換。
2．水環(huán)熱泵VRV在國外應用實例簡介
2．1新建項目
飯?zhí)飿虻谝淮髲B
項目位于日本大阪，建筑面積50000平米，用途為辦公樓+住宅，投入使用時間為2000年。整個系統(tǒng)采用水環(huán)熱泵VRV 346臺 (3,086HP)，室內(nèi)機采用 412臺 (風管式)。新風采用全熱交換器 277臺。該系統(tǒng)滿足了用戶對于建筑物的高端定位和屋頂空間作為停車場和花園的需求。
飯?zhí)飿虻谝淮髲B獲得了大樓建筑協(xié)會獎。
日航城市酒店
項目位于日本東京，建筑面積5400平米，用途為酒店，投入使用時間為1997年。整個系統(tǒng)采用水環(huán)熱泵VRV 33臺，閉式冷卻水塔1臺（175噸）。該系統(tǒng)的采用，解決了用戶屋頂和四周空間有限的難題，滿足了用戶節(jié)約有用空間和集中管理的需求。
日本的大部分日航城市酒店采用的都是水環(huán)熱泵VRV系統(tǒng)。
希爾頓酒店
項目位于英國曼徹斯特，用途為酒店，建成時間為2006年底。整個建筑在客房部份290個房間采用熱回收型水環(huán)熱泵VRV共29臺。該系統(tǒng)的采用滿足了當?shù)貙τ贑O2排放效率的限制需求。
2．2 改建項目
新大大廈
項目位于日本大阪，建筑面積80000平米，單層建筑面積超過8000平米，用途為商鋪，改造完成時間為2004年。整個系統(tǒng)采用水環(huán)熱泵VRV 139臺，室內(nèi)機700臺，閉式冷卻水塔2臺（330*2噸）。改造前，整個建筑經(jīng)過多年使用后，原有空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有負荷要求，但是主要設備如制冷主機，水循環(huán)管路等還未到使用年限；由于房間朝向不同，位置不同，冷熱需求嚴重不平衡。該系統(tǒng)滿足了用戶利用原有冷熱源，補充系統(tǒng)不足負荷，分區(qū)使用，集中管理和分戶計費，最終要的是改造過程中整個大樓不能停止營業(yè)的需求。
CLOTH HALL COURT
項目位于英國立茲大學內(nèi)，建筑面積3000平米，用途為學院。整個系統(tǒng)采用水環(huán)熱泵VRV12臺，室內(nèi)機65臺。該建筑是當?shù)赜忻奈奈锝ㄖ?，?shù)二級保存對象，外觀不能受到任何改動，而內(nèi)部空間又十分有限。該系統(tǒng)的采用解決了這些特定情況所帶來的限制，同時保證了用戶較短的工期和較低的運行費用。
3 水環(huán)熱泵VRV的節(jié)能性分析
1）制冷工況：由于國內(nèi)目前還沒有相關(guān)規(guī)范可以參考，僅根據(jù)北京市建委05年頒布的北京市《公共建筑節(jié)能設計標準》中，對于蒸汽壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機組的規(guī)定，對其做一個簡單分析。下表反映了水環(huán)熱泵VRV和某美國品牌離心機的COP和綜合部分負荷性能系數(shù)的情況：
IPLV=2.3%×A+41.5% ×B+46.1% ×C+10.1% ×D
A—100%負荷時性能系數(shù)（W/W） 冷卻水進水溫度30℃
B—75% 負荷時性能系數(shù)（W/W） 冷卻水進水溫度26℃
C—50% 負荷時性能系數(shù)（W/W） 冷卻水進水溫度23℃
D—25% 負荷時性能系數(shù)（W/W） 冷卻水進水溫度19℃
由上可知，水環(huán)熱泵VRV的綜合部分負荷性能系數(shù)要遠高于《標準》中對離心機（5.1）的要求。而通常風冷VRV由于室外氣溫過低而產(chǎn)生的在冬季采暖時的效率衰減問題（要求大于COP1.8），對于水環(huán)熱泵VRV也完全不存在了。
如果把IPLV作為其運行經(jīng)濟性指標進行分析，將各負荷率情況下耗電量代入A，B，C，D對應位置，可以在一定程度上反映出其耗電情況。
2）采暖工況：以上分析的是制冷工況。在冬季采暖運行時，其節(jié)能性由于能源配置和利用方式不同，存在多種情況：
按有無內(nèi)外分區(qū)考慮：
1．有內(nèi)外分區(qū)：通過將內(nèi)區(qū)余熱向外區(qū)轉(zhuǎn)移，可以實現(xiàn)熱源的節(jié)??；
2．無內(nèi)外分區(qū)：系統(tǒng)承擔整個建筑的熱負荷。
按采用的能源形式考慮：
1．常規(guī)能源：
如果采用鍋爐，可以結(jié)合蓄熱水箱使用。因為水環(huán)熱泵VRV所需水溫不高，故可以波谷的廉價電，節(jié)省運行費用，同時鍋爐的選型也可以相應減小。
如果采用市政熱網(wǎng)，目前大部分地區(qū)還是使用按平米計價，則優(yōu)勢難以體現(xiàn)。
2．低品位能源和可再生/新能源
綜合使用這些能源，無論是制冷還是采暖，其能耗都是遠地于常規(guī)能源的。并且由于這些能源在獲得時十分廉價，還可以節(jié)省大量的運行費用。
需要注意的是在使用某些類型的能源時對環(huán)境的影響。
綜上所述，于世界各國對于節(jié)能，環(huán)保和可持續(xù)隨著發(fā)展的日見重視，作為一種新的空調(diào)方式，水環(huán)熱泵VRV將會成為未來空調(diào)方式中新的，也是非常重要的一種選擇。
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