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空氣源複合能源耦合技術應用案例延崇高速阪泉服務區地源-空氣源複合能源耦合技術應用案例，地源熱泵是一種利用可再生能源進行供暖製冷的節能技術，近年來逐步在我國推廣應用。但在我國嚴寒及部分寒冷地區，冬季寒冷、夏季涼爽，大多數建築物冬季的供暖時間遠長於夏季的製冷時間，且供暖負荷需求也大於製冷負荷，故地源熱泵系統在長期的運行過程中會存在取熱量遠大於排熱量，造成地源熱泵地埋管系統土壤排、取熱量失衡，逐漸產生"冷堆積"現象，進而導致地源熱泵系統性能的逐漸下降乃至不能使用。

一、背景

地源熱泵是一種利用可再生能源進行供暖製冷的節能技術，近年來逐步在我國推廣應用。但在我國嚴寒及部分寒冷地區，冬季寒冷、夏季涼爽，大多數建築物冬季的供暖時間遠長於夏季的製冷時間，且供暖負荷需求也大於製冷負荷，故地源熱泵系統在長期的運行過程中會存在取熱量遠大於排熱量，造成地源熱泵地埋管系統土壤排、取熱量失衡，逐漸產生"冷堆積"現象，進而導致地源熱泵系統性能的逐漸下降乃至不能使用。

為解決地源熱泵地埋管系統土壤排、取熱量的不平衡問題，可在常規地源熱泵系統上增設輔助熱源，根據輔助熱源用途一般分為兩種形式：一種形式的輔助熱源主要用於承擔部分建築熱負荷，從而減小地源熱泵系統的裝機容量，如採用燃氣鍋爐、市政熱力作為輔助熱源；另一種形式的輔助熱源主要用於季節性蓄熱，對土壤進行補熱，從而降低土壤的冷熱不均衡度，如採用太陽能作為輔助熱源。

地源-空氣源複合能源耦合技術即可採用空氣源熱泵承擔部分的建築熱負荷作為調峰進而降低地源熱泵系統的裝機容量，又可在過渡季進行季節性蓄熱以對土壤補熱，較於其他的能源形式，空氣源熱泵設備相對簡單，且其初投資和運行維護費較低，具有顯著的經濟效益、社會效益和良好的環境效益。

二、應用案例

1. 項目概述

延崇高速公路（北京段）附屬設施工程二標段阪泉服務區工程，項目位於北京市延慶區付余屯村，總建築面積2022.7m2，建築功能為辦公及宿舍，建築冷負荷277.4kW，建築熱負荷200.1kW。北京市勘察設計研究院有限公司負責項目的工程勘察、深化設計、項目施工及運行維護等工作。

項目場區已接駁水、電，但尚未接駁燃氣、熱力管網，也無可供利用的餘熱廢熱，場區屬地埋管地源熱泵系統建造適宜區，地下岩土體第四系厚度適中，地埋孔施工可鑽性較好，成孔效率較高。經技術經濟分析，採用地源-空氣源複合能源耦合系統可解決項目冬季供暖和夏季製冷的需求。項目共布置地埋換熱孔96個，鑽孔深度100米，配置兩台地源熱泵機組，單台機組製冷量133.0kW/制熱量142.0kW；配置兩台空氣源熱泵機組，名義工況（室外環境干/濕球溫度7/6℃）下單台機組制熱量69.0kW。

2. 主要效益

相比於常規能源系統，項目採用地源-空氣源複合能源耦合技術具有顯著的節能減排及環境效益，經計算，本項目每年可節約45.42噸標煤，節能率為65.8%，減少向大氣排放二氧化碳（CO2）112.17噸（按碳計），減少向大氣排放二氧化硫（SO2）0.91噸，減少向大氣排放粉塵0.45噸。

三、技術要點

1. 空氣源熱泵補熱的地源熱泵技術

該技術將地源熱泵機組和空氣源熱泵機組並聯設置，採用可再生能源—空氣源熱泵作為補熱熱源，冬季優先運行空氣源熱泵機組降低地源熱泵系統向土壤的取熱量，同時過渡季運行空氣源熱泵機組通過地埋側換熱器對土壤進行補熱，從而解決嚴寒地區土壤冷熱失衡問題，進而提高地源熱泵系統在該地區的適應性。該技術已被國家知識產權局授予實用新型專利。

2. 基於運行特性的耦合系統控制技術

建築冬季熱負荷與室外溫度呈負相關，供暖初期和末期室外溫度較高，建築熱負荷較小，供暖中期室外溫度較低，建築熱負荷較大。採用基於運行特性的耦合系統控制技術，綜合考慮空氣源熱泵和地源熱泵運行特性以及建築負荷的出現規律，以保證系統高效穩定運行為前提，在供暖季初期和末期有限運行空氣源熱泵系統，在供暖季中期有限運行地源熱泵系統，通過制定縝密的控制邏輯，實現和保障耦合系統的高效穩定運行。

3. 空氣源熱泵冬季運行溫度控制技術

由於空氣源熱泵機組的制熱量隨室外溫度降低而逐漸衰減，因此當冬季空氣源熱泵機組供暖時，通過運行溫度控制技術實時對比室外溫度與設置的空氣源熱泵最低運行溫度、停機溫度及開機溫度，實現空氣源熱泵系統的啟停控制，避免因室外溫度在控制值附近反覆振盪而導致的機組頻繁啟停，保證系統運行安全可靠。

4.空氣源熱泵過渡季運行時間控制技術

綜合考慮室外溫度對空氣源熱泵機組制熱量影響，通過過渡季的運行時間控制技術設置春、秋兩季的補熱時間、間歇補熱的運行模式及系統運行的最佳室外溫度，實現對土壤的精準補熱，不多補、不超補，同時保證系統運行高效穩定。

四、應用前景

2021年1月，國家能源局印發的《關於因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》（國能發新能〔2021〕3號）提出：「因地制宜推廣各類可再生能源供暖技術，積極推廣地熱能開發利用、合理髮展生物質能供暖、繼續推進太陽能和風電供暖」。此外，黑龍江、浙江、陝西、山東、江蘇、河北、河南、貴州等省份陸續出台相關政策措施，推動地熱能對工業建築和民用建築進行集中供暖（冷）。

除上述《關於因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》外，國家能源局綜合司在2021年4月發布的《關於促進地熱能開發利用的若干意見（徵求意見稿）》中也明確提出：「到2025年，各地基本建立起完善規範的地熱能開發利用管理流程，全國地熱能開發利用信息統計和監測體系基本完善，地熱能供暖（製冷）面積比2020年增加50%，在資源條件好的地區建設一批地熱能發電示範項目；到2035年，地熱能供暖（製冷）面積比2025年翻一番」。

這預示着「十四五」時期我國地熱能集中供暖（冷）將進入釋放期，地熱能的有序開發是未來實現城市能源高質量服務與零碳排放協調統一的關鍵環節，具有相當的投資潛力。