空气源热泵+直燃/电热泵串联耦合，让北方供热实现低碳与经济双赢
建筑供热是北京实现“双碳”目标的关键赛道，北方集中采暖更是民用建筑碳排放的核心来源——数据显示，我国民用建筑中北方集中采暖的碳排放占全国碳排放总量的16%，建筑运行能耗占据全国总能耗的30%以上，而北京作为寒冷地区核心城市，冬季供热负荷大、能源消耗高，供热领域的绿色转型迫在眉睫。
为落实可再生能源装机不低于60%、传统能源占比逐步降至40%的“4060”供热要求，北京正加速推进供热能源结构转型，面对北京市要求不能再新建独立热源系统政策要求时，对于原采用直燃型非电空调供冷和供热的一些应用用户，就有了一个新的选择途径，即：可采用空气源热泵与直燃热泵（利旧直燃机直接改造）的串联耦合技术，凭借其高效、经济、适配性强的优势，成为破解这一难题的优质方案，更在实际测试中交出亮眼数据，为超大城市绿色供热提供了可落地、可复制的全新路径。
图：北京冬季集中供热锅炉房实景，北方寒冷地区供热需求高
北京冬季采暖期从11月15日至次年3月15日共计4个月，2023-2024采暖季最冷气温低至-15.7℃，气温低于-10℃的时长达193小时，平均气温-1.5℃，供热工况复杂且低负荷高需求时段长。
此前，空气源热泵与燃气锅炉的并联耦合是主流供热方式，但受低温环境影响，空气源热泵制热效率波动大，且设备频繁切换对控制系统要求极高，难以兼顾可再生能源占比与运行经济性。而北京最新政策明确新建供热项目新能源和可再生能源装机比例不低于总供热装机60%，这不仅为供热技术升级划定红线，更对技术的节能性、稳定性提出了更高要求。
空气源热泵与直燃热泵的串联耦合技术，恰好精准匹配北京的政策要求与供热需求。这一技术的核心逻辑是热水分级升温：空气源热泵作为第一级，仅需制取20~30℃的低温热水，再由直燃热泵进行二次升温至供热所需的50℃，彻底改变了传统耦合系统中热泵与锅炉同温制热的模式。
看似简单的温度调整，却实现了制热效率的质的飞跃——以北京20万平米住宅小区为模型的模拟测试中，耦合系统中的空气源热泵制热性能系数从传统的2.35大幅提升至3.41，平均提升45%，压缩机排气温度大幅降低，故障率显著下降的同时，设备使用寿命也得到有效延长。
图：空气源热泵与直燃热泵串联耦合系统工作原理，实现热水分级升温
为何这一技术能成为北京“4060”供热的最优解？核心在于其完美平衡了可再生能源占比与运行成本两大核心指标，更深度适配北京的分时电价与气象条件，实测数据更印证了其落地价值。
核心优势一：精准达标60%可再生能源占比，远超传统耦合方式
从可再生能源占比来看，耦合系统可轻松突破60%的政策红线。测试数据显示，北京20万平米住宅小区采用该系统采暖时，空气源热泵供热量占总制热量的60.8%，精准达标且无需额外增加设备投入；而双效直燃热泵的搭配，让燃气热量仅占总制热量的40%左右，既严格控制了传统能源占比，又通过吸收式热泵技术实现了低品位热能的回收利用，比传统燃气锅炉碳排放更低。
这一占比表现远超传统空气源热泵与燃气锅炉耦合系统——后者在同等测试条件下，空气源热泵供热量仅占总制热量的58.6%，未达60%的政策要求，难以满足北京新建供热项目的硬性指标。
图：热泵耦合系统VS锅炉耦合系统 可再生能源占比对比
核心优势二：分时电价下成本最优，每平米采暖费低至17.5元
从运行经济性来看，耦合系统的成本优势尤为突出。依托北京谷电0.5755元/度、平电0.8408元/度、峰电1.1687元/度、尖电1.3162元/度的分时电价机制，耦合系统制定了精细化运行策略，实现了能耗与成本的双重优化。
实测核心数据：该系统应用于20万平米住宅小区时，采暖季总运行费用仅349.5万元，折合每平米仅17.5元；相比之下，空气源热泵耦合燃气锅炉系统总费用393.6万元、每平米19.7元，成本降低11%；单独使用空气源热泵总费用443万元，成本降低21%；甚至比纯燃气锅炉供热的389万元总费用更经济，真正实现了“低碳又省钱”。
空气源热泵在不同环境温度的制热成本
热泵耦合系统在不同环境温度时制热成本
图：供热方式运行成本对比（20万㎡住宅）
核心优势三：电、气能耗双重节约，节能表现亮眼
从能耗消耗来看，耦合系统在满足4.57万GJ总制热量的前提下，能耗控制远超其他供热方式：
✅ 热泵耦合系统：空气源热泵耗电225.9万kWh，直燃热泵及循环泵辅助电耗12.7万kWh，天然气消耗57.8万m³；
❌ 锅炉耦合系统：总耗电320.9万kWh，天然气消耗61.1万m³；
❌ 纯燃气锅炉：天然气消耗147.4万m³（是耦合系统的2.55倍）；
❌ 纯空气源热泵：耗电535万kWh（是耦合系统的2.37倍）。
按北京燃气2.64元/Nm³、分时电价均值计算，单项目采暖季即可节约费用超40万元，电、气能耗实现双重节约，节能效果显著。
图：四种供热方式电、气能耗消耗对比（20万㎡住宅采暖季）
对比传统供热方式，这一耦合技术的优势全方位凸显：纯燃气锅炉采暖无可再生能源贡献，且能耗居高不下；单独空气源热泵虽低碳，但受低温影响能耗剧增，运行成本最高；而空气源热泵耦合燃气锅炉系统，不仅热泵占比难以达标，还存在设备切换频繁、压缩机易损坏等问题，总电力消耗量比耦合系统高42%。
唯有空气源热泵与直燃/电热泵耦合系统，实现了“可再生能源占比达标、运行成本最低、设备运行可靠、能耗消耗最优”的四重目标。
此外，这一耦合技术还具备高度的灵活性，可通过阀门切换实现空气源热泵单独制热、直燃热泵切换为真空锅炉单独制热、二者并联制热等多种模式，既能满足新建建筑的60%可再生能源占比要求，也能适配老旧供热系统的改造升级，无需大规模更换设备，改造成本更低。
同时，直燃热泵可按需选型：双效热泵制热性能系数2.3~2.5，燃气热量占比仅40%，适合高可再生能源占比要求区域；单效热泵制热性能系数1.6~1.8，制热温度最高可达90℃，适合老旧小区或高负荷供热场景。
图：空气源热泵与直燃热泵耦合系统多模式运行切换示意
北京的供热转型，是超大城市能源绿色低碳变革的缩影。我国北方城镇建筑有约150亿㎡冬季需要采暖，未来供暖面积将达200亿㎡，而北方供热中约40%由燃煤、燃气锅炉提供，50%由热电联产电厂提供，仅10%通过电动热泵提取低品位热能，供热能源结构转型空间巨大。
本文基于参与编写并发表于核心期刊的《空气源热泵耦合直燃热泵制热经济性分析》论文创作，所有核心数据、技术观点均为原创研发成果。空气源热泵与直燃/电热泵耦合技术的应用，不仅为北京提供了优质解决方案，更让“可再生能源为主、传统能源为辅”的供热模式从政策要求变成现实可能。
在“双碳”目标指引下，绿色供热不再是单纯的技术选择，更是城市高质量发展的必然要求。空气源热泵与直燃/电热泵的耦合技术，以政策适配性、经济可行性、技术可靠性的三重优势，为北京破局4060供热难题提供了最优解，也为北方寒冷地区城市提供了可复制的参考。
未来，随着这一技术的规模化推广，北方供热领域将逐步从“热电联产+燃气锅炉”的传统模式，向“可再生能源耦合清洁化石能源”的新型模式转型，让绿色供热成为城市发展的新底色。
京公网安备 11011502004515号 
