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空气源复合能源耦合技术应用案例延崇高速阪泉服务区地源-空气源复合能源耦合技术应用案例，地源热泵是一种利用可再生能源进行供暖制冷的节能技术，近年来逐步在我国推广应用。但在我国严寒及部分寒冷地区，冬季寒冷、夏季凉爽，大多数建筑物冬季的供暖时间远长于夏季的制冷时间，且供暖负荷需求也大于制冷负荷，故地源热泵系统在长期的运行过程中会存在取热量远大于排热量，造成地源热泵地埋管系统土壤排、取热量失衡，逐渐产生"冷堆积"现象，进而导致地源热泵系统性能的逐渐下降乃至不能使用。

一、背景

地源热泵是一种利用可再生能源进行供暖制冷的节能技术，近年来逐步在我国推广应用。但在我国严寒及部分寒冷地区，冬季寒冷、夏季凉爽，大多数建筑物冬季的供暖时间远长于夏季的制冷时间，且供暖负荷需求也大于制冷负荷，故地源热泵系统在长期的运行过程中会存在取热量远大于排热量，造成地源热泵地埋管系统土壤排、取热量失衡，逐渐产生"冷堆积"现象，进而导致地源热泵系统性能的逐渐下降乃至不能使用。

为解决地源热泵地埋管系统土壤排、取热量的不平衡问题，可在常规地源热泵系统上增设辅助热源，根据辅助热源用途一般分为两种形式：一种形式的辅助热源主要用于承担部分建筑热负荷，从而减小地源热泵系统的装机容量，如采用燃气锅炉、市政热力作为辅助热源；另一种形式的辅助热源主要用于季节性蓄热，对土壤进行补热，从而降低土壤的冷热不均衡度，如采用太阳能作为辅助热源。

地源-空气源复合能源耦合技术即可采用空气源热泵承担部分的建筑热负荷作为调峰进而降低地源热泵系统的装机容量，又可在过渡季进行季节性蓄热以对土壤补热，较于其他的能源形式，空气源热泵设备相对简单，且其初投资和运行维护费较低，具有显著的经济效益、社会效益和良好的环境效益。

二、应用案例

1. 项目概述

延崇高速公路（北京段）附属设施工程二标段阪泉服务区工程，项目位于北京市延庆区付余屯村，总建筑面积2022.7m2，建筑功能为办公及宿舍，建筑冷负荷277.4kW，建筑热负荷200.1kW。北京市勘察设计研究院有限公司负责项目的工程勘察、深化设计、项目施工及运行维护等工作。

项目场区已接驳水、电，但尚未接驳燃气、热力管网，也无可供利用的余热废热，场区属地埋管地源热泵系统建造适宜区，地下岩土体第四系厚度适中，地埋孔施工可钻性较好，成孔效率较高。经技术经济分析，采用地源-空气源复合能源耦合系统可解决项目冬季供暖和夏季制冷的需求。项目共布置地埋换热孔96个，钻孔深度100米，配置两台地源热泵机组，单台机组制冷量133.0kW/制热量142.0kW；配置两台空气源热泵机组，名义工况（室外环境干/湿球温度7/6℃）下单台机组制热量69.0kW。

2. 主要效益

相比于常规能源系统，项目采用地源-空气源复合能源耦合技术具有显著的节能减排及环境效益，经计算，本项目每年可节约45.42吨标煤，节能率为65.8%，减少向大气排放二氧化碳（CO2）112.17吨（按碳计），减少向大气排放二氧化硫（SO2）0.91吨，减少向大气排放粉尘0.45吨。

三、技术要点

1. 空气源热泵补热的地源热泵技术

该技术将地源热泵机组和空气源热泵机组并联设置，采用可再生能源—空气源热泵作为补热热源，冬季优先运行空气源热泵机组降低地源热泵系统向土壤的取热量，同时过渡季运行空气源热泵机组通过地埋侧换热器对土壤进行补热，从而解决严寒地区土壤冷热失衡问题，进而提高地源热泵系统在该地区的适应性。该技术已被国家知识产权局授予实用新型专利。

2. 基于运行特性的耦合系统控制技术

建筑冬季热负荷与室外温度呈负相关，供暖初期和末期室外温度较高，建筑热负荷较小，供暖中期室外温度较低，建筑热负荷较大。采用基于运行特性的耦合系统控制技术，综合考虑空气源热泵和地源热泵运行特性以及建筑负荷的出现规律，以保证系统高效稳定运行为前提，在供暖季初期和末期有限运行空气源热泵系统，在供暖季中期有限运行地源热泵系统，通过制定缜密的控制逻辑，实现和保障耦合系统的高效稳定运行。

3. 空气源热泵冬季运行温度控制技术

由于空气源热泵机组的制热量随室外温度降低而逐渐衰减，因此当冬季空气源热泵机组供暖时，通过运行温度控制技术实时对比室外温度与设置的空气源热泵最低运行温度、停机温度及开机温度，实现空气源热泵系统的启停控制，避免因室外温度在控制值附近反复振荡而导致的机组频繁启停，保证系统运行安全可靠。

4.空气源热泵过渡季运行时间控制技术

综合考虑室外温度对空气源热泵机组制热量影响，通过过渡季的运行时间控制技术设置春、秋两季的补热时间、间歇补热的运行模式及系统运行的最佳室外温度，实现对土壤的精准补热，不多补、不超补，同时保证系统运行高效稳定。

四、应用前景

2021年1月，国家能源局印发的《关于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》（国能发新能〔2021〕3号）提出：“因地制宜推广各类可再生能源供暖技术，积极推广地热能开发利用、合理发展生物质能供暖、继续推进太阳能和风电供暖”。此外，黑龙江、浙江、陕西、山东、江苏、河北、河南、贵州等省份陆续出台相关政策措施，推动地热能对工业建筑和民用建筑进行集中供暖（冷）。

除上述《关于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》外，国家能源局综合司在2021年4月发布的《关于促进地热能开发利用的若干意见（征求意见稿）》中也明确提出：“到2025年，各地基本建立起完善规范的地热能开发利用管理流程，全国地热能开发利用信息统计和监测体系基本完善，地热能供暖（制冷）面积比2020年增加50%，在资源条件好的地区建设一批地热能发电示范项目；到2035年，地热能供暖（制冷）面积比2025年翻一番”。

这预示着“十四五”时期我国地热能集中供暖（冷）将进入释放期，地热能的有序开发是未来实现城市能源高质量服务与零碳排放协调统一的关键环节，具有相当的投资潜力。