国家能源局入编
宁夏回族自治区彭阳县 2020 年无集中供热区域煤改电（清洁取暖） 试点示范项目
一、项目基本情况
1.项目名称：宁夏回族自治区彭阳县2020年无集中供热区域煤改电（清洁取暖）试点示范项目
2.项目类型：采用太阳能平板集热器+高温水源热泵+高温复叠式空气源热泵，三源耦合系统为建筑提供供暖保障
3.项目规模：彭阳综合福利中心总供暖建筑面积18880㎡，太阳能平板集热器2361㎡，高温水源热泵11台，高温复叠式空气源热泵24台。
4.建设单位：固原市生态环境局彭阳分局。
5.总投资：6846267.00元。
6.建成运行时间：3年。
7.所在地能源供应消纳条件：
政策支持：宁夏回族自治区人民政府印发了《宁夏回族自治区可再生能源电力消纳保障实施方案》，明确规定了区内可再生能源电力的消纳责任权重和实施机制，为可再生能源电力消纳提供了政策支持。能源结构调整：宁夏能源供应消纳需要不断优化能源结构，提高可再生能源在能源结构中的比重。通过推广清洁能源和新能源，减少对化石能源的依赖，可以降低能源消费的碳排放强度，实现绿色发展。科技创新：科技创新是推动能源供应消纳的重要手段。通过加强科技创新，研发先进的能源技术和设备，提高能源利用效率，可以降低能源生产成本，促进可再生能源的大规模开发和利用。
8.群众收入水平：
宁夏回族自治区城镇居民人均可支配收入2.29万元，增长了7.7%；农村居民人均可支配收入0.86万元，增长了8.5%。以上数据表明宁夏回族自治区居民的收入水平在稳步提高，居民的生活水平得到了明显改善。
9.可再生能源资源条件：
截至2020年底，宁夏的可再生能源装机容量超过了7500万kW，占全区发电装机容量的62.6%。其中，风电和光伏发电是宁夏可再生能源产业的主导力量。宁夏风电装机容量达到了4800万kW，光伏发电装机容量也达到了2.3万kW。此外，宁夏还拥有丰富的水资源，为水力发电提供了条件。这些数据表明，宁夏在可再生能源资源方面具有较大的潜力和优势，未来可再生能源的发展前景广阔。
10.项目区生态环境敏感因素：
土地荒漠化：宁夏地处沙漠地带，荒漠化现象比较严重，过度放牧、过度开垦、采矿等活动都可能导致土地荒漠化，进而影响生态环境。水资源短缺：宁夏地处内陆，水资源比较匮乏，加上近年来气候变化和人类活动的影响，水资源短缺问题更加严重。水资源短缺不仅影响当地居民的生产生活，还可能对生态环境造成不良影响。植被覆盖率低：由于气候干旱、水资源短缺等原因，宁夏的植被覆盖率比较低，这使得当地的生态环境比较脆弱，容易受到外界因素的干扰。土壤侵蚀：由于植被覆盖率低、水土流失等因素的影响，宁夏项目区的土壤侵蚀比较严重，土壤侵蚀不仅会破坏土地资源，还可能对当地生态环境造成不良影响。自然灾害：宁夏地处沙漠地带，自然灾害比较频繁，例如沙尘暴、干旱、洪水等自然灾害都可能对当地生态环境造成不良影响。
二、技术路线及工艺流程
（一）负荷情况
1.负荷情况：
彭阳综合福利中心总供暖建筑面积18880㎡，建筑热负荷1095kW。
2.用能场景：
供暖面积18880㎡。建筑为三栋楼，东侧综合服务楼和西侧孤儿院救助站两栋建筑均为3层。北侧中心敬老院建筑为4层楼，使用暖气片进行供暖。
本项目为保证环保要求及节能要求，供暖系统热源我们采用的是三热源的供暖系统形式。分别为太阳能平板集热器、高温水源热泵、高温复叠式空气源热泵组成热源部分，用板式换热器换热，不锈钢保温水箱作为储热单元以及其他辅助设备共同组成来为建筑提供供暖负荷需求。以太阳能平板集热器+水源热泵耦合系统作为基础热源供热、高温复叠式空气源热泵机组为辅助热源供热，这两套热源组成供热系统。在天气良好时以太阳能平板集热器+水源热泵耦合系统作为基本热源，在阴天及太阳能热量不足的情况下启动高温复叠式空气源热泵机组对供热系统进行补充，保证供热系统稳定。为末端暖气片提供75℃的热水。
3.用能需求：
由于该项目为敬老院及孤儿院等特殊建筑，由于老人及小孩对于冬季供暖环境的要求相对较高，不仅要求温度舒适，还需要湿度适宜，健康舒适的供暖环境才更利于老人们生活，这也成为衡量养老院服务水平的关键因素。
故而选择最高75℃出水的三源耦合系统，跟随室外环境温度及室内温度智能调节出水温度达到控制室内24h温度恒定的舒适环境。
在晴好天气下，由太阳能平板集热器+高温水源热泵耦合系统作为基础热源供应，平板集热器收集太阳能热量提供30～45℃介质温度，在这个温度下太阳能吸热效率高，系统高能效运行，充分利用太阳能，通过水源热泵将水温提高到75℃；在阴雨天以及夜间等太阳光照不足的情况下由高温复叠式空气源热泵来供应建筑热负荷需求。使系统在运行费用低的同时提高供暖舒适度。
（二）技术路线
1.技术思路：
本项目采用“太阳能平板集热器+高温水源热泵+高温复叠式空气源热泵”等多能互补的复合能源进行供暖。在白天太阳光照充足时使用太阳能为水源热泵提供初始水温，经水源热泵对初始水温提升温度，从而达到供暖所需水温，当天气良好太阳能集热水箱侧水温超过水源热泵进口水温限制时，经旁通装置进入恒温水箱直接进行供暖循环，当天气情况不好时太阳能无法满足供暖需求，空气源热泵启动为供暖系统提供所需热量。因地制宜，按需供暖。采用环保型产品，无任何废气、废水、废渣排放，绝对环保。使用寿命长的设备，减轻政府能源补贴负担。
2.技术特点：
本项目为保证环保要求及节能要求，供暖系统热源我们采用的是三热源的供暖系统形式。分别为太阳能平板集热器、高温水源热泵、高温复叠式空气源热泵组成热源部分，用板式换热器换热，不锈钢保温水箱作为储热单元以及其他辅助设备共同组成来为建筑提供供暖负荷需求。以太阳能平板集热器+水源热泵耦合系统作为基础热源供热、高温复叠式空气源热泵机组为辅助热源供热，这两套热源组成供热系统。在天气良好时以太阳能平板集热器+水源热泵耦合系统作为基本热源，在阴天及太阳能热量不足的情况下启动高温复叠式空气源热泵机组对供热系统进行补充，保证供热系统稳定。为末端暖气片提供75℃的热水。
在晴好天气下，由太阳能平板集热器+高温水源热泵耦合系统作为基础热源供应，平板集热器收集太阳能热量提供30～45℃介质温度，在这个温度下太阳能吸热效率高，系统高能效运行，充分利用太阳能，通过水源热泵将水温提高到75℃；在阴雨天以及夜间等太阳光照不足的情况下由高温复叠式空气源热泵来供应建筑热负荷需求。
3.技术适应性
针对项目的相关特点，本着以用户的安全使用、系统的稳定运行、能源的高效利用以及对环境友好为设计理念进行方案设计。
安全：这里的用户安全说的是实际使用者，本项目的实际使用者是居民，那么对居民来说，最实际的安全即是保证其环境的舒适、适宜、恒定；
稳定：说的是设计方案所用技术是稳定成熟的，系统能够稳定运行。这里既包括所选设备的成熟，也包括系统控制逻辑的成熟；
高效：能源的高效利用主要体现在系统的节能，而节能有三方面，一是利用先进的技术，二是采用清洁的能源，三是设备之间相互耦合运营，总结来说，即是“围追、堵截”。
环境友好：所用技术不仅需要注重效率的提升，还要兼顾对环境友好的原则，比如减少碳排放等。
热源供热能力保障措施：每个系统安装有多台空气源热泵，当1台设备维修时，每套系统的供热保障率在87.5%以上，满足基本供热需求。
系统防超压、防汽化、防倒空措施：每套系统回水干管上有补水泵定压补水，定压点压力为系统工作压力，确保系统不汽化、不倒空；每套系统回水干管设安全阀，安全阀起跳压力为“工作压力+0.05MPa”，防止系统超压运行。
系统排气措施：在供暖系统相对高点设排气阀，锅炉间设排气集气罐，及时排除系统内空气。
防水击措施：每套系统供热循环泵进出口之间设旁通管，旁通管设止回阀，避免突然停电后发生水击现象。
防热泵堵塞措施：在供回水之间设旁通管，在调试初期，循环水流经旁通管，防止锅炉及热泵堵塞，旁通管设阀门，平时关闭。
（三）系统配置
1.系统构成
本工程热源设备采用太阳能平板集热器+高温水源热泵+高温复叠式空气源热泵等多种热源机组，充分适应供暖末端设备的输出能力、充分利用系统能量的互补性，提高供暖的效果。
设计工况条件为：室内设计供暖温度≥18℃。
机组运行情况：在白天太阳光照充足时使用太阳能为水源热泵提供初始水温，经水源热泵对初始水温提升温度，从而达到供暖所需水温，当天气良好太阳能集热水箱侧水温超过水源热泵进口水温限制时，经旁通装置进入恒温水箱直接进行供暖循环，当天气情况不好时太阳能无法满足供暖需求，空气源热泵启动为供暖系统提供所需热量。
2.系统配置
（1）系统原理图
（2）设备装机参数
1）主设备数量
2）太阳能平板集热器参数
3）高温水源热泵参数
4）高温复叠式空气源热泵参数
（3）系统性能
本系统由太阳能配合水源热泵，进行逐级加热，高温复叠机为稳定热源补充夜间及天气情况不好时对系统提供绿色、稳定、高效的热量。为保证负荷变化时系统能有效、可靠节能的运行，机组可以根据供回水温的变化调节能量输出。为防止管网因杂质和结垢而造成水路堵塞影响使用，在系统回水口及机组之间的总进水口上设Y型过滤器。
供暖管道为镀锌钢管，太阳能集热器连接管为不锈钢管或无缝钢管；所有钢管在安装前做好除锈措施、管道保温前刷两道防锈底漆。
主要体现在：
a）每台机组的进水管装有Y型过滤器，可定期清洗，防止管路堵塞影响运行效果或引起机组故障;
b）每台机组及水泵进出水口处加装有橡胶软接头，使机组和管道之间做到柔性连接，有效降低系统的振动及噪声，起到补偿管道热胀冷缩和减震的作用;
c）通过对现场的勘察，在不阻碍道路通行及消防通道的情况下对太阳能集热器，及高温复叠机及水源热泵在空旷位置进行合理布置。
（4）系统可靠性
该系统由两套独立系统进行供暖供应，在晴好天气下，由太阳能平板集热器+高温水源热泵耦合系统作为基础热源供应，平板集热器收集太阳能热量提供30～45℃介质温度，在这个温度下太阳能吸热效率高，系统高能效运行，充分利用太阳能，通过水源热泵将水温提高到75℃；在阴雨天以及夜间等太阳光照不足的情况下由高温复叠式空气源热泵来供应建筑热负荷需求。
以此既提高了系统能效、降低了系统运行费用，也保证了系统稳定性高。且每个系统安装有多台空气源热泵及水源热泵，当一台设备维修时，每套系统的供热保障率在87.5%以上，满足基本供热需求。从多方面保障系统供应不间断，为老人及小孩提供舒适的供暖温度。
（5）智能控制
本项目为保证环保要求及节能要求，供暖系统热源我们采用的是三热源的供暖系统形式。分别为太阳能平板集热器、高温水源热泵、高温复叠式空气源热泵组成热源部分，用板式换热器换热，不锈钢保温水箱作为储热单元以及其他辅助设备共同组成来为建筑提供供暖负荷需求。以“太阳能平板集热器+水源热泵耦合系统”作为基础热源供热、高温复叠式空气源热泵机组为辅助热源供热，这两套热源组成供热系统。在天气良好时以“太阳能平板集热器+水源热泵耦合系统”作为基本热源，在阴天及太阳能热量不足的情况下启动高温复叠式空气源热泵机组对供热系统进行补充，保证供热系统稳定。为末端暖气片提供75℃的热水。
在晴好天气下，由太阳能平板集热器+高温水源热泵耦合系统作为基础热源供应，平板集热器收集太阳能热量提供30～45℃介质温度，在这个温度下太阳能吸热效率高，系统高能效运行，充分利用太阳能，通过水源热泵将水温提高到75℃；在阴雨天以及夜间等太阳光照不足的情况下由高温复叠式空气源热泵来供应建筑热负荷需求。
在光照条件充足的情况下，太阳能平板集热器吸收太阳辐照的热量，加热平板系统内的介质1（为避免系统冰冻，此处介质为防冻液），通过循环水泵的输送经由板换加热集热水箱中介质2（此处介质可选经软化处理后的水或是防冻液）到设定温度并输送到集热水箱储存以便供应高温水源热泵热源需求；损失部分热量后的介质1输送回平板集热器系统继续吸收平板集热器得到太阳辐照热量。
而被加热的介质2作为高温水源热泵热源水与制冷剂系统换热，提高制冷剂蒸发温度，让气态制冷剂在压缩机的压缩下产生高温高压的过热气体制冷剂，过热气体与使用侧换热器中介质3（水）进行换热，制取高温热水，输送到供热水箱中储存，由供暖循环侧水泵输送到室内末端散热器对建筑室内空气进行加热，降温后的介质3输送回供热水箱继续加热。
在出现阴雨天气以及夜间等光照不足的情况下，系统检测介质1、2、3未能达到设定温度时，启动高温复叠式空气源热泵，加热供热水箱中介质3，以便能保证供暖介质温度。
（四）运行情况
三、经营模式
该项目投资方式为政府投资，属于公益型项目。
四、效益分析
1.经济效益
投资回报率高：虽然多能耦合系统的初始投资相对较高，但长期运营下来，其节能效果显著，可以快速回收投资成本。
运行费用低：相较于传统的燃煤、燃气等供暖方式，多能耦合系统的运行费用大幅降低，每年可以节省大量的能源费用。
维护成本低：系统结构简单，故障率低，维护成本也相对较低。
2.环保效益
低碳排放：多能耦合系统使用低品位热能作为能源，不产生任何污染物排放，低碳环保。
节能减排：由于其高效的能源利用效率，可以大幅减少化石燃料的消耗，从而减少温室气体的排放。
节能减排量：减排二氧化碳：5470.89t/年；节约标准煤：2194.49t/年。
社会效益：该项目原有供暖形式为燃煤锅炉供暖，煤炭燃烧会释放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体和颗粒物，对环境造成严重的污染。为响应国家政策，减少有害气体的排放，缓解空气和水资源的污染，改善环境质量。采用清洁能源这种安全、清洁、舒适的取暖方式提升居民的生活品质和生活质量。
3.社会效益
提高生活质量：提供舒适的居住环境，改善冬季供暖问题。
促进技术进步和创新：多能耦合系统技术的推广和应用可以促进相关技术的进步和创新。
保障能源安全：推广多能耦合系统供暖有助于减少对传统能源的依赖，提高能源安全。
综上所述，多能耦合系统供暖具有显著的经济效益、环保效益和社会效益。不仅可以降低能源消耗和运营成本，还可以改善环境质量、提高居民生活质量、促进技术进步和推动经济发展。
五、突出亮点
1.本项目为保证环保要求及节能要求，供暖系统热源我们采用的是三热源的供暖系统形式。分别为太阳能平板集热器、高温水源热泵、高温复叠式空气源热泵组成热源部分，用板式换热器换热，不锈钢保温水箱作为储热单元以及其他辅助设备共同组成来为建筑提供供暖负荷需求。以“太阳能平板集热器+水源热泵耦合系统”作为基础热源供热、高温复叠式空气源热泵机组为辅助热源供热，这两套热源组成供热系统。在天气良好时以“太阳能平板集热器+水源热泵耦合系统”作为基本热源，在阴天及太阳能热量不足的情况下启动高温复叠式空气源热泵机组对供热系统进行补充，保证供热系统稳定，为末端暖气片提供75℃的热水。
在晴好天气下，由太阳能平板集热器+高温水源热泵耦合系统作为基础热源供应，平板集热器收集太阳能热量提供30～45℃介质温度，在这个温度下太阳能吸热效率高，系统高能效运行，充分利用太阳能，通过水源热泵将水温提高到75℃；在阴雨天以及夜间等太阳光照不足的情况下由高温复叠式空气源热泵来供应建筑热负荷需求。
2.项目运行费用低，且节能减排量与使用效果与单一系统相比性能显著。
3.随着技术成熟和更大范围的推广应用，可有效改善乡镇等无法供应集中供暖地区人民的生活水平和生活质量。
4.本案例受到“中国发展网”、“国际在线”、“信息新报”等多家媒体报道和转载；当地政府多部门对民生工程高度重视，坚持以人为本，贯彻落实科学发展观，切实保障公民基本权利，提高生活水平，重点关心弱势群体，采取的一系列积极政策举措。
六、问题与建议
（一）存在的问题
1.因项目系统较为复杂，所以初始投资偏高，需进一步优化，降低投资，提高能源利用率。
2.因该项目所使用群体较为特殊，需要相对较高的舒适供暖温度，健康舒适的供暖环境，及更长的供暖周期，以更利于老人们的舒适生活，所以耗热量要高于正常居住建筑，在一定程度上造成系统能耗偏高。
（二）建议
1.建议将本项目列为全国可再生能源供暖（制冷）典型案例进行推广，形成规模效应，进一步降低初始投资，提高效益，推动低碳经济的发展，为实现绿色发展、可持续发展做出贡献。
2.清洁能源供暖的推荐性
环保性：该系统主要利用太阳能、空气能等可再生能源，这些能源对环境无害，不会产生污染物排放，从而减少对大气的污染，减缓生态恶化。
节能性：清洁能源供暖在运行过程中，能够充分利用低谷电、太阳能等可再生能源，有效降低运行成本，比传统供暖方式节能约30%。
舒适性：清洁能源供暖升温快，温度均匀，能保证人体的舒适度。
安全性：清洁能源供暖系统安全可靠，不易发生事故。
寿命长：采用清洁能源供暖，其设备的使用寿命相比传统供暖设备使用寿命长，具有巨大的优势。
灵活性：清洁能源供暖系统可以灵活地进行分户、分室控制，用户可以根据自身需求进行调节，节约能源。
自动化：清洁能源供暖系统可与智能家居系统连接，实现远程控制和自动化管理，提高生活的便利性。
广泛性：清洁能源供暖适用于各种类型的建筑和环境，尤其适合在电力资源丰富、太阳能辐射较强的地区使用。
资源丰富：太阳能、空气能等清洁能源储量丰富，可持续利用，为供暖行业的发展提供了充足的资源保障。
总的来说，清洁能源供暖具有环保、节能、舒适、安全、寿命长、灵活、自动化等优点，是未来供暖行业的发展方向。
京公网安备 11011502004515号 
