国家能源局入编案例：昌平区中铝科学技术研究院二期地源热泵系统

国家能源局入编案例

昌平区中铝科学技术研究院二期

地源热泵系统

一、项目基本情况

项目名称：昌平区中铝科学技术研究院二期地源热泵系统工程。

地理位置：项目位于北京昌平区未来科学城南区C33地块，北临岭上北路，西临海德堡花园东路，南临蓬莱苑南路，东临未来科技城南区四路。

项目类型：可再生能源供暖（制冷）项目。

建设规模：项目规划总用地面积115017㎡，总建筑面积224800㎡。建筑为高层民用公共建筑，共7栋办公楼，主要功能为科研及配套服务工程。本次建设的二期能源站工程供能范围为2#～7#楼，总建筑面积约为13.48万㎡。

建设单位：北京市勘察设计研究院有限公司

业主单位：中铝科学技术研究院有限公司

项目总投资：1863万元（市政府固定资产投资558万元）

建成运行时间：于2021年9月建成投入使用，至今已正常运行4个周期（包含2021－2022年度供暖季、2022年度制冷季、2022－2023年度供暖季及2023年度制冷季）。

所在地能源供应消纳条件：

从能源供应消纳条件，昌平区未来科学城依托良好生态基底吸引产业和人才，建设北京国际科创中心枢纽型主平台，主动践行国家“双碳”战略，聚焦建设具有国际影响力的能源谷，加快打造北京低碳创新产业新高地，形成了产业集群和发展优势，有一定的能源供应消纳条件。

从群众收入水平，据国家统计局昌平调查队消息，2023年前三季度，昌平区人均可支配收入继续保持稳步增长。人均可支配收入48944元，同比增长7.5%，收入绝对值在北京市十个郊区排名第一，增速北京市第二，高于北京市2.2个百分点。

可再生能源资源条件：北京市年累计太阳辐照量达5600～6000MJ/㎡·a，接受太阳能辐射总量约折合26亿t标准煤，按照太阳能资源区划指标属于较丰富地区；项目所在地第四系厚度约为500m，且在项目现场125m深范围内钻探时未钻穿第四系，浅层地热能丰富，属地源热泵适宜区。

生态环境敏感因素：生态环境提升拉动土地增值和产业聚集，反哺生态建设，打通了绿水青山与金山银山间的双向转化通道。守护绿水青山，高水平保护温榆河绿色空间；提升绿水青山，高标准建设低碳园区；打造金山银山，高质量发展低碳产业；反哺绿水青山，高品质培育生态产品。

二、技术路线及工艺流程

1. 负荷情况

本项目能源站满足2#～7#科研楼制冷供暖需求，楼内用能场景即房间功能包括科研用房、会议室、餐厅、厨房等，夏季空调冷负荷10656kW，冬季空调热负荷7221kW，地板供暖负荷581kW，内区冷负荷920kW。

2. 技术路线

技术思路：针对政策导向、项目特点、资源条件、用能需求、能源价格、运维成本等多因素综合考虑，以充分利用可再生能源为原则，辅以其他能源形式联合运行的方式，通过构建智慧能源管理平台，打造安全稳定、绿色低碳、高效节能的智慧能源系统，为业主在节能增效基础上提升项目的整体品质。

技术特点：本项目能源站采用“地源热泵+冷水机组+市政热力”的多能源系统，运行策略通过本地自控系统及智慧能源管理平台实现。夏季总冷负荷10656kW，由“地源热泵+电制冷冷水机组”承担；冬季外区总热负荷7802kW，由“地源热泵+市政热力”承担；冬季内区总冷负荷920kW，采用冷却塔为冷源的供冷方式，最大限度利用天然冷源；共布置964口120m地埋孔。

3. 系统配置

系统构成和配置：能源系统主要设备有变频螺杆式地源热泵机组3台、变频离心式冷水机组2台、离心式冷水机组冷冻水一级循环泵2台、冷却水循环泵2台、中央区供冷冷却水循环泵2台、冷却塔供冷板式换热机组1台、地暖板式换热机组1台、地源侧循环泵4台、地源热泵系统夏季供冷一级循环泵3台、地源热泵系统冬季供暖一级循环泵4台等。

能源转换效率及系统性能：能源系统主要设备有变频螺杆式地源热泵机组3台（单台制冷量1552kW，制热量1538kW）、变频离心式冷水机组2台（单台制冷量2989kW）。

设备寿命：主机设备使用寿命均为15～20年。

4. 运行情况

运行时间：本项目于2021年9月建成，于2021年10月15日投入使用，至今已正常运行4个周期（包含2021－2022年度供暖季、2022年度制冷季、2022－2023年度供暖季及2023年度制冷季）。

运行效果：运行周期内主机、水泵、阀门等设备运转正常，室内温度测定满足设计要求，达到业主及设计预期。

综合能耗：

（1）供暖季能效能耗。1）供暖运行。项目供暖季由地源热泵系统承担基础热负荷，由市政热力承担调峰热负荷，能源消耗种类有热力及电力。已运行完毕的两个供暖季，能源站年均供热量887.17万kWh，年均电耗218.54万kWh，供暖季综合能效4.06，项目单位面积供热量指标0.237GJ/㎡；2）制冷运行。项目供暖季由冷却塔板换机组承担全部内区冷负荷，能源消耗种类仅有电力。已运行完毕的两个供暖季，冷却塔年均免费供冷量134.11万kWh，年均电耗10.59万kWh，冷却塔供冷系统综合能效12.67。

（2）制冷季能效能耗。项目制冷季由地源热泵系统承担基础冷负荷，由冷水机组系统承担调峰冷负荷，能源消耗种类仅有电力。已运行完毕的两个制冷季，能源站年均供冷量618.21万kWh，年均电耗134.47万kWh，制冷季综合能效4.60，项目单位面积制冷耗电量9.98kWh/㎡。

三、经营模式

本项目投资方式为“自建自用”工程。本项目为中铝科学技术研究院有限公司在国内公开招标昌平区中铝科学技术研究院二期地源热泵系统工程，北京市勘察设计研究院有限公司作为中标单位承建地源热泵系统以及能源站内所有设备、管道、附件、电气及自控等深化设计、采购安装、调试检验、验收培训等工作后移交业主，属“自建自用”工程。

能源收费：本项目电价按国网北京市电力公司公布的代理购电工商业用户电价表，每月公布，每月变化；市政热价依据京价（商）字〔2001〕372号、京发改〔2019〕1545号规定的本市城六区外的其他区域现行供热销售价格，本项目市政热力按热计量收费，基本热量为18元/㎡·供暖季，计量热价为91.6元/GJ。

四、效益分析

1. 经济效益

运行数据显示，本项目地源热泵多能耦合系统运行费用约为582.15万元，其中：夏季运行费用约为134.71万元，冬季运行费用约为447.44万元。相较于常规冷水机组+市政热力系统，年均节费90.58万元，节费率13.46%。

2. 环保效益

运行数据显示，本项目地源热泵多能耦合系统运行电耗约为353.00万kWh，运行热耗26.44万kWh（951.93GJ）。相较于常规冷水机组+市政热力系统，年均节约标准煤792.25tce，节能率62.95%，年均减排CO2约1956.85t，减排SO2约15.84t，减排粉尘约7.92t，并减少火电站相应的污废水和温排水等对水域的污染，环保效益显著！

3. 社会效益

加快发展可再生能源是是落实碳达峰、碳中和目标任务的必然选择，是推动城市高质量发展的新生动力。分布式的、去中心化可再生能源供能方式，将会使得能源供给更加民主化、去中心化，更多地依赖于大众的支持和参与，有利于减少对集中能源生产和供应的依赖。

4. 政策补贴

本项目建设阶段执行北京市《关于印发进一步加快热泵系统应用推动清洁供暖的意见》（京发改规〔2019〕1号）。2020年9月9日，中铝科学技术研究院二期地源热泵系统工程项目资金申请报告获北京市发展和改革委员会批复，发文为《关于昌平区中铝科学技术研究院二期地源热泵系统工程项目资金申请报告的批复》（京发改（审）〔2020〕512号），市级批复项目总投资1863万元，由市政府固定资产投资安排558万元用于项目建设，其余资金由业主单位自筹解决。

五、突出亮点

1. 多能耦合

本项目以充分利用可再生能源为原则，辅以其他能源形式联合运行的方式，采用“地源热泵+冷水机组+市政热力”多能耦合系统，符合国家及地区政策导向。

该种多能耦合系统一方面充分利用地源热泵系统运行高效、环保型好的特点，承担大部分建筑基础负荷，节约能源系统运行费用；另一方面，选用冷水机组、市政热力等可靠的常规能源系统，保证建筑供能需求及供能品质，使能源系统的安全性、稳定性、可靠性。

2. 精细设计

一方面，利用BIM软件，细化能源站及室外地埋换热系统等暖通专业图纸在施工图深化设计阶段的几何实体模型，应用三维可视化技术完成项目设计图纸范围内的各种管线布设与建筑、结构等其他专业平面布置及竖向高程相协调的三维协同设计工作，减少碰撞交叉，规避空间冲突，避免设计错误传递到施工阶段。

另一方面，通过调整地源热泵和冷水机组运行时间，保证地源热泵埋管区域地下岩土体排取热量平衡，保证系统长期高效稳定运行；设置7个环境监测孔，长期监测埋管区域地温场情况，为运行策略优化提供数据支撑。

3. 核心控制

配置能源站群控系统，以综合能效最高为目标，对能源站运行控制策略进行定制化、精细化调适。通过最优效率优化算法、出水温度重置技术、室外气候补偿技术实现冷热源侧智寻优；通过趋向湿球温度技术、近最优风量比技术实现冷却侧智追随；通过多泵台数控制优先技术、多泵频率控制优先技术实现输送侧智适应，打造高效能源站。

4. 管理集成

一方面，能源站内配置本地智能控制系统，嵌入智能控制算法，用户通过标准的Web浏览器直接访问数据管理服务器，在授权许可的范围内监视、操作建筑设备监控系统，界面直观、易用、无需专门培训或查看操作手册也可轻松使用。

另一方面，配置智慧能源管理平台即可再生能源利用展示平台，具有管理信息化、运行智能化、能源智慧化、系统安全化、监控实时化、创新多维化、数据多元化及界面多样化等特点，满足层级高效工作，实现智慧化展示和无人值守。

六、问题和建议

为更好地推广指导各地做好可再生能源供暖（制冷）相关工作，为北方地区冬季清洁取暖，南方地区温暖过冬、清凉度夏提供可复制的成熟方案，进一步推动可再生能源供热在综合利用、现代农业、工业减碳方面的应用，并带动行业高质量规模化发展。为此，我司提出如下建议。

1. 制定评价标准，健全考核体系

完善、健全的统计标准和方法是准确了解掌握可再生能源建筑应用状况和制定发展规划的重要基础，建议尽快研究制定可再生能源建筑应用评价体系，明确可再生能源建筑应用的种类、用途、利用方式及节能计算方法和标准。建立健全可再生能源建筑应用统计上报制度与考核体系，将可再生能源应用指标纳入基层建筑节能管理部门业绩考核体系。

2. 加强社会宣传，提升社会意识

建立健全可再生能源宣传推广的工作机制，通过举办可再生能源建筑应用技术论坛、出版可再生能源建筑一体化应用指导手册、建设“低碳社区”及“绿色建筑”示范、开办“新能源网”、开展“绿色能源进社区”活动等多种方式，在全社会普及可再生能源利用的知识宣传及技术培训，培养民众绿色生活消费理念，提高绿色能源利用意识。

3. 强化科研引领，提高技术水平

建立与科研院所、高等学校、大型能源集团总部和研发中心的联系沟通机制，加大对资源勘查、系统设计优化等方面的资金投入，积极引进国外成熟的先进技术和经验，从本质上解决应用发展中的瓶颈问题、污染问题和监控技术问题，建立技术含量高的示范性项目，提高技术起点。