国家能源局入编案例：邢台市任泽区地源热泵+空气源热泵耦合式供暖项目

国家能源局入编案例

地源热泵+空气源热泵耦合式供暖项目

一、项目基本情况

项目名称：邢台市任泽区深层地热改造项目

项目类型：地源热泵+空气源热泵耦合式供暖工程

项目规模：93万㎡

建设单位：邢台市任泽区住房和城乡建设局

总 投 资：约 12212.4万元

施工单位：河北华威新能源科技有限公司

建成运行时间：2021年11月1日正式供暖，已完成两个供暖季，第三个供暖季正常运行中。

1. 保护环境，提高供热质量的需要

随着城乡工业和经济的快速发展，民用供暖、工业及生活用热量的迅速增加，环境污染问题越来越严重，发展与环保的矛盾日益突出。分散供热既浪费能源又污染环境的缺点已逐渐被人们所认识，集中供热可以有效地提高能源利用效率，改善环境，提高供热质量；因此，本项目建设是保护环境，提高供热质量的需要。

2. 完善任泽区住宅小区集中供暖基础设施建设，改善人民生活水平的需要。

地源热泵+空气源热泵耦合式供暖是现代化城市的基础设施之一，也是衡量城市公用事业水平的一项重要指标。实行地热集中供暖，不仅能给任泽区提供稳定、可靠、高品位的热源，而且可有效节约能源，减少城区污染，对改善人民生活环境，方便居民日常生活，合理地利用城市有效空间，美化城区环境，都具有积极的意义，其经济效益、环境效益和社会效益均十分显著。

3. 任泽区地处平原地区，境内河道众多，历史上有名的水乡泽国，土壤丰富，物阜民丰，素有“不求天”的美誉，

区域内地热资源丰富。

二、技术路线及工艺流程

2. 技术路线

（1）技术思路

地源热泵系统在夏季制冷时，将建筑内多余的热量通过压缩机做功，交换到地下岩土层；冬季供暖时，地源热泵通过压缩机做功，将地下热量提取出来，送入室内为建筑供暖。地源热泵排入地下的能量是会对地埋管周围的岩土层造成比较大的温度影响的，所以地源热泵不能仅仅用作一种功能，如果夏季进行了制冷工作，那么冬季就应该进行供暖，这样在冬夏两季排入地下的能量才能达到平衡。简单概括为：向地下排入多少热量，就应该从地下取出多少热量。

目前北方地区集中供暖的小区室内末端为地暖盘管或散热片，无用冷的末端。地源热泵使用为仅供暖，冬季提取热量远远大于土壤自行恢复能力，这会导致地埋管周围的岩土层温度常年呈下降趋势，地源热泵想要从低温下的岩土层中提取出热量将会变得非常困难，导致系统效率下降明显，制热温度达不到使用需求。

（2）技术特点

图1  耦合系统示意图

地源热泵+空气源热泵双系统耦合式供暖解决了单供暖地温衰减的问题，使整个地埋井系统达到冷暖平衡。室内供暖温度在18℃以上，用户满意度在95%以上，系统运转平稳。

供暖设计地源热泵占供热总负荷60%（以地源热泵供暖为主），空气源热泵占供热总负荷的40%，此设计既能保证解决单供暖地温衰减问题，同时可以使供热运行成本接近地源热泵，使供热企业盈利实现长期给广大业主提供优质服务的目的。

为了解决单供暖地温衰减的问题，夏季利用空气源热泵对地埋井进行回热。回热原理：夏季时，空气与空气源热泵的表冷器充分接触，表冷器吸收空气热能。压缩机运行，循环泵启动，热量随循环水流经地下土壤，将热能释放给土壤、水体。周而复始，缓慢而不间断地进行热能补充，使整个系统的地下土壤温度平衡。

（3）技术适应性及运行时间

（4）项目专利

河北华威新能源科技有限公司取得了《一种空气源地源热泵耦合式热泵供暖系统》技术专利，专利号ZL 2022 20781134.1和《一中多能源综合控制系统》计算机软件著作权登记证书，登记号2021SR056663。

3. 系统配置

（1）属再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类第年利用能量的500倍还多，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，地源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

（2）高效节能

地表之下5～180m常年地温为17～19℃。地源热泵机组可利用的土壤温度冬季为17～19℃，土壤温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季土壤温度为17～19℃，土壤温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式及家用空调，机组效率提高。设计安装良好的地源热泵空调系统，平均来说可以节约用户30～-40%的供热制冷空调的运行费用，其节能效果明显。

（3）节水省地、灵活安全

以土壤为源体，向其吸收或放出能量，即不消耗水资源，也不会对其造成污染。没有冷却塔飘水对环境的污染。省去了锅炉房，冷却塔及附属的油罐、蓄热水箱等面积，节约机房空间。真正做到“一机两用”。利用地下水热泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，提高了设备的利用率。机组可灵活地安置在任何地方，节约空间，系统末端亦可作多种选择。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。自动化程度高，无需专业人员操控。地源热泵空调系统主机等设备 放置在专用的机房内，机组振动小，噪音小。对用户无干扰。

（4）系统维护及寿命

系统维修量小，机组故障率极低，而常规的风冷热泵、家用空调器由于机组在室外风吹雨淋，机组故障率高。地下换热器寿命达50年以上，机组寿命25年左右。而一般的家用空调器寿命应在15年左右。

浅层地热能地源热泵技术，是利用输入少量的电能，带动热泵机组做功，通过循环水把地下土壤的恒温传输到热泵机组，热泵机组再把水中的十几度恒温热量“交换”出来并加以提升，释放到末端循环水中，使末端循环水升温达到40～50℃，然后通过末端循环泵把热水送到各个室内末端设备实现供暖。夏季，把室内热量通过热泵机组做功“交换”出来，释放到地下土壤中，完成制冷循环。在这个过程中，热泵只是完成一个能量交换和提升的工作。通常消耗1kW的能量，用户可以得到4kW的热能。

地源热泵正在取代锅炉加中央空调冷水机等传统的供暖方式，比传统的空调节能50%，它不向外界排放任何废气、废水、废渣，使人们远离粉尘、废气和霉菌，是一种理想的绿色节能中央空调技术。

地源热泵+空气源热泵耦合系统供暖解决了单供暖小区地温衰减问题，其运行成本接近地源热泵。是一个稳定的供暖系统。

（5）设备配置

（6）智慧管理群控系统

系统可根据室外温度、进出水温度精准控制，达到保证使用效果的节能运行，并将监控数据传送到控制中心记录保存或查看。

根据季节气候和环境温度、湿度控制系统运行模式，采集环境温度、供热供回水温度、地源供回水温度来调节机组的运行配置比例和运行系数，运行时间。采集供热系统供回水压力、空气能和地源热泵供回水压力、地源系统供回水压力来调节循环水泵的启停时间和运行频率，以及补水系统的启停和状态。云控制系统，可以远程操作系统启停和运行模式，设定运行数据。记录运行数据、运行状态、故障信息和耗电量。

数据中心指挥管理云系统，随时掌握设备和系统的运行状态，传输并保存运行数据，按需设置运行数据，精准控制设备，达到节能、高效、稳定、便捷、的完美系统。

动态监测网及监测工作：

本项目安装了温度传感器、数据采集仪及GPRS远程数据传输系统，建立了地温场监测及采集系统，不仅对150m深度范围内的地层温度进行监测，而且对浅部（0-30m）的地层温度同时进行监测，为研究浅表层地温的分布范围提供实测数据。同时，通过中心站监测系统基本的运行状态，随着各个系统的运行，开展人系统运转的能效、水位、水质等监测，评估浅层地热能源的开发利用对地质环境的影响，积累的大量的工作经验，也为浅层地热能资源的进一步开发利用提供可靠的试验依据。监测工作具体实施分为：信息及技术调研-数据中心维护-监测点维护-网络维护几部分，保证监测系统良好运行。

4. 运行情况

项目于2021年10月31日完工，11月1日正式开始供暖。系统开始运行后，达到了预期效果。测试时室外温度5℃，室内温度20-24℃。供暖时按末端温差5℃左右控制系统的供水温度和流量。同时为了检验系统的供暖能力和效率，进行了系统满负荷运行，机组供回水温度达到了44℃/38℃，并稳定运行了72h。系统运行稳定，系统满负荷效率达到了3.64。

项目于2021年开始运行，已经圆满运行了两个供暖季，第三个供暖季运行中，系统运行稳定，室内温度在20-24℃，达到用户要求。

三、经营模式

项目投资方式：自有资金+政府债券

价格政策：19元/㎡。

收费模式：集中供暖收费

交易模式：网络+线下收费

经营方式：委托第三方运行

四、效益分析

1. 项目的经济效益

本项目结合其他试点城市类似建设项目，并考虑当地实际情况分析各种具体运营内容。本项目运营收入来源于暖气费。项目运营支出为电费，无其他能源消耗。用电设备为螺杆机，空气源热泵，循环水泵。项目运营收入为供暖费，本项目可满足93万㎡的小区供暖，每平方米供暖费为19元，每年预计收入为1767万元。根据设备运行情况，设备总功率15345kW，累计有效功率估算为11508.75kW，供暖期按照120天计算，平均日工作h14h。电费约为677万元。设备维修约50万元。

2. 环境效益

改造前，小区采用水源热泵供暖，燃气热泵、燃煤锅炉等形式供暖。目前低区水源的不稳定性需提前测量水源的充足度及检测水质的可靠、可信度。绝对禁止在水源的上游存在相同的使用源，否则机组将无法正常工作，冬季供暖效果不理想，比正常的供暖温度低5-6℃，需配置辅助加热设备。机组在整体系统的维修保养更为复杂与困难。

改造后，土壤源热泵不采取地下水，取热不取水，真正环保，实现零排放，无污染。

3. 项目的社会效益

通过本工程的实施建设，有效地改善项目区域内小区的取暖状况，提供任泽区环境质量水平。对于改善任泽区的大气环境，提高人民群众的生活质量，提供城市集中供热普及率，实现资源优化配置和可持续发展，构建社会主义和谐社会都具有现实意义和深远的历史意义。

项目的建设具有深远的社会意义和经济效益，必将产生巨大的社会效益，促进经济的发展。

五、突出亮点

1. 技术路线：供暖设计地源热泵占供热总负荷60%（以地源热泵供暖为主），空气源热泵占供热总负荷的40%，此设计既能保证解决单供暖地温衰减问题。 为了解决单供暖地温衰减的问题，夏季利用空气源热泵对地埋井进行回热。回热原理：夏季时，空气与空气源热泵的表冷器充分接触，表冷器吸收空气热能。压缩机运行，循环泵启动，热量随循环水流经地下土壤，将热能释放给土壤、水体。周而复始，缓慢而不间断地进行热能补充，使整个系统的地下土壤温度平衡。

2. 系统集成：地源热泵+空气源热泵双系统耦合式供暖解决了单供暖地温衰减的问题，使整个地埋井系统达到冷暖平衡。室内供暖温度在18℃以上。

3. 2021年8月-2021年11月建设完成邢台市任泽区深层地热改造工程（城区12个小区供暖设备安装工程），项目总供热面积93万㎡，新建地源井4121口，空气源热泵99台，项目在不改动原有地上规划，改造供热面积93万㎡，目前已稳定运行了两个完整的供暖季。系统自投运以来，没有出现任何故障，运行十分稳定、可靠、安全；基本实现无人值守，人工巡检，维护十分简单。当室外环境温度零下19℃时，室内平均气温可达21～24℃。

市场经济是开发的经济，具有很大的流动性和互补性，用灵活的市场规则调整自主的经济适应性活动，是保持可持续发展的基本原则。邢台市任泽区深层地热改造工程建设及落成使用，将会从建材使用、用地补偿、配套设施、服务运转、提供就业机会等方面促进周边地区的经济发展和增长。“地源热泵+空气源热泵”耦合式供暖已被河北省住建厅作为第一批可再生能源建筑应用典型案例在全省进行推广。