2017年创新应用奖

雅凯热能-裸心堡度假酒店项目

申报单位

案例工程名称

所在城市

技术或产品名称

雅凯热能科技（上海）有限公司

裸心堡度假酒店项目

湖州市德清县

地源热泵+太阳能复合系统

裸心堡位于避暑圣地莫干山脚下的一片广阔却又遗世独立的山谷之中，是一个坐落于自然保护区内的度假村，作为新建建筑，酒店空调和热水是其高品质服务和客户良好体验的重要保证，同时酒店管理方希望采用符合LEED铂金要求的空调解决方案。基于和JAGA公司在裸心谷项目上的良好合作，裸心堡项目也由JAGA公司承担空调系统的设计和施工。针对项目山区冬季气温低，热水需求量大的特点，JAGA采用如下对策：

（1）采用直流变频+喷气增焓的三联供热泵，提供采暖制冷和生活热水。

（2） 利用太阳能对生活热水进行预加热。

（3）采用空调智能控制和能耗监测。

项目概况

该别墅酒店位于浙江省湖州市德清县莫干山，属亚热带湿润季风气候，海拔388m，夏季气温较低，七、八两月平均温度仅24.1度，冬季山区气温最低可达零下15度，该酒店新建别墅多幢。别墅外景如图1所示。

图1  别墅外景图

现取其中一幢作为案例，该别墅建筑面积为426平米，共两层，地上一层为客餐厅和客房，地上2层为客房。总共7个客房，每个客房有一个300L的浴缸，户外有2个9.8平面的按摩池。生活热水需求量巨大，而现场没有条件设定很大的生活水箱，这就对整个系统提出了很大的挑战。建筑平面图如图2，图3所示。

图2 地上一层建筑平面图

图3 地上二层建筑平面图

2  系统设计

图4所示是系统原理图。图4空调/热水系统原理图

   T1-太阳能水箱温度  T2-生活储能水箱温度

T3-耦合水箱温度  T4-太阳能集热器温度

地源热泵，采用雅凯热能科技（上海）有限公司提供的MWH-30-D两台，艾默生直流变频涡旋压缩机，带EVI喷气增焓技术。集采暖、制冷、生活热水功能于一体。制热量8.7-91.6KW之间连续可调，制冷量10.4-100.8kW之间连续可调。制冷制热能效均达到欧洲A级能效及中国一级能效标准^[1]。内置电动三通阀，用于空调系统和生活热水之间的切换，一次泵置于机内。直流变频和EVI喷气增焓技术的结合使用，生活储能水箱温度仍能轻松达到55℃。

空调系统耦合水箱， 容量40L。 直流变频涡旋压缩机具有更宽的输出调节能力，热泵的输出能力随着室内负荷变化实时调整，所以该系统内无需设置缓冲水箱，仅仅设置一个小容量的耦合水箱。热泵内的水流量不随室内末端开启数量的调整而变化，这样就保证了热泵能在最高效率区间运行，同时也有利于延长热泵寿命。系统不设置缓冲水箱，空调系统每次启动后，系统迅速将热泵的能量传到室内，无需花费长时间来加热系统内的水。

空调系统二次泵，末端配置二次水泵。

生活储能水箱， 容量500L，2台，用于储存制备生活热水的系统水，而不是直接储存生活热水。生活热水由强大的内置盘管即时换热制取。生活热水不设电加热，完全由可再生能源制取。

太阳能水箱，500L， 用于生活热水的预加热。

生活热水循环泵，用于生活热水的循环，热水即开即热。

3  地源热泵产品技术特点和优势

地源热泵集制热、制冷及生活热水于一体，夏季制冷运行时可以提供免费热水，冬季提供生活热水。系统设计简单，安装方便，在运行时无任何排放污染，符合绿色环保要求。利用电力驱动，简单，廉价，用来取暖，可使电网资源在冬季充分利用。

采用全直流变频技术，喷气增焓技术及多能源管理和智能控制于一体的地源热泵系统，更是现代低能耗住宅的理想选择。

3.1全直流变频技术

地源热泵配备直流驱动的变频压缩机，电机能耗大大降低，同时可以最大程度的调节系统能力输出，从而更好的适应系统的热负荷需求。即使在小负荷运行时，热泵也能轻松满足需求，并能够在运行成本最小的情况下提供最大的舒适度。

宽广的变频调节能力，可以大大降低热泵的启停次数，使得系统运行更稳定，延长了使用寿命。同时无需配备超大笨重的缓冲水箱，热泵启动后能迅速将热量传递到室内。                                                

压缩机低频启动，可在低电压和低环境温度下启动，这对于某些地区由于电压不稳定或冬天环境温度较低而空调难以启动的情况，有很大的改善作用。而且噪音小，可静音运行。

3.2喷气增焓技术

传统定频热泵系统在低温环境下工作很不理想，在这种背景下，产生了喷气增焓技术。喷气增焓技术是以喷气增焓压缩机为基础，优化了中压段冷媒喷射技术。该压缩机除了常规的排气口和吸气口外，还具有第二个吸气口，即蒸汽喷射口。中压的制冷剂蒸气通过蒸汽喷射口和位于静涡盘的喷射孔喷射到涡盘的中间腔，以增加系统制冷剂有效流量，结合带经济器的系统设计，达到增加系统制热量，、提高压缩机的效率，同时提高运行可靠性的目标。

图5 喷气增焓涡旋压缩机示意图

采用带喷气增焓技术(EVI)的涡旋压缩机的热泵，热泵能在-20℃至46℃环境下稳定运行，并且低温制热时制热量得以增加，大大提高了低温制热的能效比。同样，在制冷运行时制冷量也可以得到提升。

3.3多能源管理

为满足极端工况下的热需求，地源热泵根据需求，可接入备用热源（燃气锅炉、燃木颗粒锅炉），通过内置的备用热源管理模块，实现轻松管理，确保系统效益最大化。在热泵供应不足时，备用热源可自动启动。在太阳能丰富的地区，地源热泵可以接入太阳能作为辅助热源，通过内置的管理程序，使太阳能不仅能接入生活热水系统，而且能接入到采暖系统，实现太阳能辅助采暖。

3.4智能控制

智能制也是舒适家居系统不可缺少的一部分。配备智能控制系统的空气源热泵主机，通过Iphone系统和Android系统的客户端都可以操作热泵，并且在任何时候，都可以接入热泵系统，即使在移动中。也就是说可以控制系统的运行以适应自己的日程表，包括任何可能发生的意外情况。

对于加装了扩展单元的智能控制系统，还可以对新风、灯光、窗帘、家庭影院进行控制。

对于需要帮助的客户，可以授权技术人员，使他们通过智能系统远程进入热泵，快速进行故障诊断、参数重设、系统重启等，或者对客户进行远程操作培训。

4 地埋部分设计

地埋设计由专业的公司完成，采用单U，单井深度100m, 本项目打井22口，井间距4m-6m不等， 由于需要避开一些名贵的树木，整个井的布局根据现场实际确定。管材采用已经保温好的PE管。

5  系统运行控制

夏季热泵模式为制冷+生活热水，冬季运行模式为制热+生活热水，春秋季节仅仅为生活热水模式。热泵始终为生活热水优先模式，在有生活热水需求时，优先制取生活热水。

生活热水由太阳能和热泵共同提供，太阳能作为初级加热，优先使用太阳能水箱的热量，不足时由生活储能水箱补充。

为满足酒店的热水需求，并且保证热水水质及热水量，该系统采用全新设计的生活储能热水箱。储能水箱结构见图6。

图6 储能水箱结构示意图

与大多数常用生活热水箱不同，储能水箱并不是直接储存生活热水，而是储存由热泵所捕获的能量，内置强大的生活热水换热盘管，生活热水按需即时制取，如果同时有多个用水点时，生活热水箱也应该能够提供足够的热水。

热泵优先制取生活热水，生活热水储能水箱温度设定为55℃，低于49℃时，热泵开启制取生活热水，达到55℃后停止。冬季热泵将生活热水储能水箱温度从49℃加热到55℃，用时仅仅8分钟，对室内采暖基本没有影响。

定时制生活热水功能

生活水箱设定温度为55℃，T2低于49℃时，1#热泵切换切换制取生活热水，如果此时生活热水继续下降到46℃，2#热泵也切换制取生活热水，达到55℃停止制取生活热水。

每日下午16:30， 系统检测T1温度，如果T1<T2-8，太阳能水箱和生活水箱间循环泵P4开启，利用生活储能水箱的热量加热太阳能水箱，在此过程中，如果T2<49℃，热泵开启制取生活热水，T2达到55℃后热泵停止制取生活热水，同时停止循环泵P4.

按摩池在系统中作为生活热水的一个用水点，初次加热由生活水箱供应热水。维持时，由板换和生活水箱换热，提供维持热量。

即时连续制取生活热水

当大量连续使用生活热水时，生活热水储能水箱温度迅速下降到49℃，热泵开启制取生活热水模式。此时热泵全频运行，从储能水箱下部抽取温度低的水加热后送入储能水箱上部，这样通过水箱内置的强大的换热盘管，能连续不限量提供9L/min流量的不低于45℃的热水。

为保证生活热水即开即用，设置了生活热水微循环水泵，由热泵根据室外环境温度来自动控制微循环泵的运行。

上述所有的温度传感器、水泵均接入到热泵，由功能强大的热泵控制器集中进行控制。

太阳能补热功能

在热泵不进行制冷，太阳能集热板温度高度40℃时，太阳能水箱温度高于60℃，由太阳能向地源侧补充热量，以尽量维持比较平衡的地温环境。

6 智能控制

热泵配备Greenwire智能控制功能（图7），可远程对整个空调及生活热水系统进行控制及维护，通过加装扩展功能模块，实现能耗管理等控制，为酒店节约了大量的管理成本，同时使客人参与节能。

图7 智能控制系统架构

JAGA为裸心提供的智能控制界面见下图。能源中心界面，控制主机开启/关闭，设置出水温度；空调界面，控制不同区域的空调开启/关闭，设置温度；在能耗监测界面可以查看客人入住后到离开的总耗水，耗电数据。

图8 能源中心界面

图9 空调控制界面

图10 能耗监测界面

7 结语

该系统完全利用可再生能源，可以根据热泵进出水监测温度和水箱监测温度，满足设计要求。借助于直流变频和EVI技术的结合，加上合理的系统设计，采用地源热泵系统用于全年供暖空调和生活热水供应是一种高效、稳定、节能的解决方案。

创新的智能控制和能耗监测，既能辅助酒店管理，也使得客人参与节能。

参考文献

[1] 《冷水机组能效限定值及能源效率等级》 GB19577-2004．

[2] 李兆坚，江亿. 我国城镇住宅夏季空调能耗状况分析

 

公司简介：

雅凯热能科技（上海）有限公司

总部位于比利时，是目前全球智能空调系统及低温低容水采暖系统的领导者；

公司业务遍布全球四十二个国家和地区，目前在比利时、捷克、加拿大设有生产工厂。从 2004 年开始，Jaga 在中国进行原材料及零部件的采购。2012 年，Jaga在中国成立分公司，开始在中国销售产品，并且于2014年在中国建设第一家全资工厂.

上海市黄浦区外马路653号207，021-32140929

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