浅析空调方式：水环热泵VRV
摘要：介绍一种近十年在国外兴起的新型空调方式。本文介绍了水环热泵VRV产品在国外的发展应用和相关鼓励政策以及在国内推广的前景。并根据2005年北京市《公共建筑节能设计标准》中对于设备的综合部分负荷性能系数要求，对其进行节能性探讨。
关键词：水环热泵VRV节能
1．水环热泵VRV的应用概况
水环热泵VRV（water-cooledVRV）是VRV系列的一个分支，它在风冷VRV的基础上，将风冷式（风机+表冷器）变成水冷式（冷却水环路+内置板换），形成一种水管不进房间，而仅在竖井和主机的非专用机房内；主机位于室内非专用设备间，体型和重量更小，可做堆叠放置；在使用上集中与分散相结合的一种新型空调方式。
它可以与多种能源形式相结合，应用于各种有现成冷热源，或存在内外区，或同时有冷热需求的新建，改造或加建项目等。建筑规模从几百平米到几十万平米不等。
主机使用R410A冷媒，有热泵型和热回收型两种。其中热回收这个概念，在风冷VRV上已有应用。使用这种机型，可以实现在同一个冷媒系统中同时供冷供热。
水环热泵VRV
1．1．在国外发展概况
上世纪80年代末90年代初，日本经济正处于高速发展的时期。从经济规模看，90年代初日本人均国民生产总值为29524美元，居世界第一位，超过美国20%。社会各项建设迅速发展。也是从这个时期开始，日本政府开始“实施可持续发展战略”，“把发展循环经济，建立循环型社会看作是实现可持续发展战略的重要途径和方式”。
水环热泵VRV正是基于这样的背景，响应当时大量出现的改造/新建项目对与循环利用，可持续发展的需求而产生的。
经过十几年的发展，水环热泵VRV在日本和欧洲等发达国家取得了迅速发展，目前已经发展到了第二代产品。2005年底，该产品相继获得05年度日本节能大奖——节能会长奖（注1）和欧洲的政府税收奖励政策的鼓励应用（注2）。
1．2在国内推广前景
1．2．1能源与环境的可持续发展
进入新世纪以来，随着全面建设小康社会的开始，我国经济规模不断扩大，中国已经成为仅次于美国的第二大世界市场，工业化和城市化全面加速。而资源供需矛盾和环境问题也随之日益加剧。在经济发展的同时，我国还是世界第二大能源消费国和第二大CO2排放国（冷暖空调网《我国集中空调节能的必要性》）。2004年，中国境内各城市大面积拉闸限电，经严重影响了国家的经济发展和老百姓的生活。单位GDP能耗高，环境成本高已经成为制约我国健康持续发展的首要因素。
党的十六届五中全会提出，我国到“十一五”末期（2010年），单位GDP能耗要比“十五”末期降低20％。今后国家统计局、国家发改委对各地方的经济增长评价指标也将把单位GDP能耗列为重要评价内容。
专家们指出，虽然我国能耗浪费惊人，但是节能余地还是很大的。随着全球经济向信息类新兴产业发展及人们对生活舒适性要求的不断提高，越来越多的能源消耗在非传统行业。
在商业、服务业领域，中央空调是主要的耗能设备。按重庆和上海的统计，中央空调的用电量分别占全市总用电量的23％和31.1％。此外，我国的民用、公用及商用建筑的中央空调普遍存在着能耗高的问题，一般中央空调的能耗约占整个建筑总能耗的50％左右，对于商场和综合大楼可能高达60％以上。（冷暖空调网《我国集中空调节能的必要性》）
基于以上背景，在经济发展中节能与新能源开发，可再生能源利用并重，倡导环保技术的应用，对于我国的可持续发展有着重要意义。
因此，水环热泵VRV由于其自身特点，在我国推广和应用有着相当广阔的市场发展空间。
1．2．2水环热泵VRV的应用情况
水环热泵VRV的设计和使用主要有三大部分：能源的选用，冷却水管路和VRV-W。三者的优化结合可以使整个系统的初投资和运行费用达到经济合理。
由于水环热泵VRV的正常工作水温在15-45℃之间，所以它可以采用的能源的种类有三类：常规，低品位能源和可再生/新能源，如下表所示：
表1
能源种类常规可再生能源低品位热源/新能源冷却水踏锅炉市政热网井水土壤湖河水中水电厂废热太阳能制冷√--√√√√√-制热-√√√√√√√√
实际上，水环热泵VRV的可以采用的能源形式是多种多样的，只要能满足提供来的水温度在15-45℃之间即可。另外，此种空调系统也可以和常规的冰蓄冷和水箱蓄热结合使用，可以在一定程度上利用峰谷电差。
冷却水管路的设计，可以参考常规水系统的设计。水环热泵VRV主机的承压可以达到1.96MPa。
VRV-W的设计可以参考风冷VRV的选型设计。
需要注意的有几点：一，水管路设计十，竖井位置的合理选择，可以使主机尽量靠近使用空间，降低冷媒管路的管长损失；二，由于水环热泵VRV主机内置板式换热器尺寸小，对于脏堵和腐蚀比较敏感，故必须采用闭环系统，即采用闭式冷却水塔或开式冷却水塔+板换。
2．水环热泵VRV在国外应用实例简介
2．1新建项目
饭田桥第一大厦
项目位于日本大阪，建筑面积50000平米，用途为办公楼+住宅，投入使用时间为2000年。整个系统采用水环热泵VRV346台(3,086HP)，室内机采用412台(风管式)。新风采用全热交换器277台。该系统满足了用户对于建筑物的高端定位和屋顶空间作为停车场和花园的需求。
饭田桥第一大厦获得了大楼建筑协会奖。
日航城市酒店
项目位于日本东京，建筑面积5400平米，用途为酒店，投入使用时间为1997年。整个系统采用水环热泵VRV33台，闭式冷却水塔1台（175吨）。该系统的采用，解决了用户屋顶和四周空间有限的难题，满足了用户节约有用空间和集中管理的需求。
日本的大部分日航城市酒店采用的都是水环热泵VRV系统。
希尔顿酒店
项目位于英国曼彻斯特，用途为酒店，建成时间为2006年底。整个建筑在客房部份290个房间采用热回收型水环热泵VRV共29台。该系统的采用满足了当地对于CO2排放效率的限制需求。
2．2改建项目
新大大厦
项目位于日本大阪，建筑面积80000平米，单层建筑面积超过8000平米，用途为商铺，改造完成时间为2004年。整个系统采用水环热泵VRV139台，室内机700台，闭式冷却水塔2台（330*2吨）。改造前，整个建筑经过多年使用后，原有空调系统已经不能满足现有负荷要求，但是主要设备如制冷主机，水循环管路等还未到使用年限；由于房间朝向不同，位置不同，冷热需求严重不平衡。该系统满足了用户利用原有冷热源，补充系统不足负荷，分区使用，集中管理和分户计费，最终要的是改造过程中整个大楼不能停止营业的需求。
CLOTHHALLCOURT
项目位于英国立兹大学内，建筑面积3000平米，用途为学院。整个系统采用水环热泵VRV12台，室内机65台。该建筑是当地有名的文物建筑，数二级保存对象，外观不能受到任何改动，而内部空间又十分有限。该系统的采用解决了这些特定情况所带来的限制，同时保证了用户较短的工期和较低的运行费用。
3水环热泵VRV的节能性分析
1）制冷工况：由于国内目前还没有相关规范可以参考，仅根据北京市建委05年颁布的北京市《公共建筑节能设计标准》中，对于蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组的规定，对其做一个简单分析。下表反映了水环热泵VRV和某美国品牌离心机的COP和综合部分负荷性能系数的情况：
IPLV=2.3%×A+41.5%×B+46.1%×C+10.1%×D
A—100%负荷时性能系数（W/W）冷却水进水温度30℃
B—75%负荷时性能系数（W/W）冷却水进水温度26℃
C—50%负荷时性能系数（W/W）冷却水进水温度23℃
D—25%负荷时性能系数（W/W）冷却水进水温度19℃
由上可知，水环热泵VRV的综合部分负荷性能系数要远高于《标准》中对离心机（5.1）的要求。而通常风冷VRV由于室外气温过低而产生的在冬季采暖时的效率衰减问题（要求大于COP1.8），对于水环热泵VRV也完全不存在了。
如果把IPLV作为其运行经济性指标进行分析，将各负荷率情况下耗电量代入A，B，C，D对应位置，可以在一定程度上反映出其耗电情况。
2）采暖工况：以上分析的是制冷工况。在冬季采暖运行时，其节能性由于能源配置和利用方式不同，存在多种情况：
按有无内外分区考虑：
1．有内外分区：通过将内区余热向外区转移，可以实现热源的节省；
2．无内外分区：系统承担整个建筑的热负荷。
按采用的能源形式考虑：
1．常规能源：
如果采用锅炉，可以结合蓄热水箱使用。因为水环热泵VRV所需水温不高，故可以波谷的廉价电，节省运行费用，同时锅炉的选型也可以相应减小。
如果采用市政热网，目前大部分地区还是使用按平米计价，则优势难以体现。
综合使用这些能源，无论是制冷还是采暖，其能耗都是远地于常规能源的。并且由于这些能源在获得时十分廉价，还可以节省大量的运行费用。
需要注意的是在使用某些类型的能源时对环境的影响。
综上所述，于世界各国对于节能，环保和可持续随着发展的日见重视，作为一种新的空调方式，水环热泵VRV将会成为未来空调方式中新的，也是非常重要的一种选择。
参考文献：
1．《公共建筑节能设计标准》DBJ01-602-2004
