在能源轉(zhuǎn)型與“雙碳”目標(biāo)的雙重驅(qū)動(dòng)下，推動(dòng)清潔供暖已成為行業(yè)共識(shí)，而穩(wěn)定高效的地?zé)崮苷菍?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵路徑之一。

作為這一領(lǐng)域的長(zhǎng)期探索者，河南省院自2009年便開(kāi)啟了對(duì)中深層、淺層地?zé)崮芗夹g(shù)的系統(tǒng)研究。本期專欄將聚焦“多能互補(bǔ)分布式供暖”，從關(guān)鍵技術(shù)到示范應(yīng)用，完整呈現(xiàn)我們?cè)搫?chuàng)新體系的實(shí)戰(zhàn)成果，希望能為您帶來(lái)啟發(fā)。

 

資源與環(huán)境是當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)展的兩大核心課題。開(kāi)發(fā)新型能源，對(duì)優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、降低溫室氣體排放、遏制環(huán)境污染具有重大戰(zhàn)略意義。中深層、淺層地?zé)崾乔鍧?、可再生能源，目前，政府出臺(tái)了多項(xiàng)支持清潔能源、清潔取暖和大力推廣地?zé)崮軕?yīng)用的相關(guān)政策。

我院自2009年起，系統(tǒng)開(kāi)展中深層、淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)研究，取得了豐碩成果。近期，“中深層與淺層地?zé)崮芏嗄芑パa(bǔ)分布式供暖關(guān)鍵技術(shù)與示范項(xiàng)目”榮獲中州建設(shè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)壹等獎(jiǎng)，標(biāo)志著我院在該領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)踐再獲認(rèn)可。

 

一、項(xiàng)目研究概況

本研究項(xiàng)目為河南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳2021年河南省住房城鄉(xiāng)建設(shè)科技計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)K-2142。發(fā)布《河南省中深層與淺層地?zé)崮芏嗄芑パa(bǔ)分布式供暖關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》研究報(bào)告一份、發(fā)明專利及實(shí)用新型專利共3項(xiàng)（一種地埋管組穿建筑基礎(chǔ)筏板的防水做法ZL 2017 1 0114716.8、一種中深層地?zé)岬芈窆芟到y(tǒng)的調(diào)溫系統(tǒng) ZL 2023 2 1998712.8、一種地源熱泵四管制空調(diào)冷回收系統(tǒng) ZL 2023 2 1920372.7）、論文3篇（《淺層地?zé)岬芈窆軣岜迷O(shè)計(jì)運(yùn)行分析》,暖通空調(diào),ISSN 1002-8501/CN 11-2832/TU,總第415期；《淺層地埋管熱泵系統(tǒng)中的熱回收、冷回收技術(shù)》，中州建設(shè)，CN41-1208/TU/ISSN 1005-4863；《暖通工程地?zé)崮芾眉夹g(shù)》，企業(yè)論文集）。該項(xiàng)目于2024年3月通過(guò)河南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳驗(yàn)收（豫建科驗(yàn)字［2024］第4號(hào)）。

二、項(xiàng)目研究方向

本項(xiàng)目從四個(gè)方面進(jìn)行研究：河南省中深層與淺層地?zé)崮苜Y源分布及溫度梯度研究；中深層地?zé)崮軣o(wú)干擾供熱技術(shù)成井關(guān)鍵工藝研究；分布式能源站、智慧管網(wǎng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究；中深層與淺層地?zé)崮芏嗄芑パa(bǔ)分布式供暖示范工程建設(shè)、效果評(píng)價(jià)。 

 

三、項(xiàng)目研究關(guān)鍵技術(shù)

（一）分布式區(qū)域能源站互備節(jié)能技術(shù)

分布式能源站互備節(jié)能技術(shù)在極端氣候下，當(dāng)某一區(qū)域供冷供熱能力不足時(shí)，可以從相鄰區(qū)域輸送冷熱水補(bǔ)充；過(guò)渡季節(jié)低負(fù)荷下，所有能源站都運(yùn)行時(shí)，熱泵機(jī)組效率低，可以只運(yùn)行部分能源站，輸送冷熱水給其它區(qū)域，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的能效。分布式能源站做到了多能源集成，互聯(lián)互通，相互備用，形成各區(qū)域負(fù)荷互補(bǔ)，該項(xiàng)技術(shù)能夠減少空調(diào)設(shè)備配置負(fù)荷，節(jié)約項(xiàng)目投資。

（二）中深層地?zé)崮軣o(wú)干擾供熱成井關(guān)鍵工藝研究

針對(duì)不同地質(zhì)特點(diǎn)、不同構(gòu)造巖層開(kāi)展鉆井、成井關(guān)鍵技術(shù)研究；針對(duì)深層高壓下的套管式深埋管密封連接技術(shù)、絕熱工藝開(kāi)展研究；針對(duì)套管式深埋管循環(huán)阻力及降阻措施開(kāi)展研究，以降低中深層地埋管系統(tǒng)的施工難度及成本。

（三）區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)分布泵節(jié)能技術(shù)

區(qū)域供熱供冷系統(tǒng)是對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的建筑物群，由一個(gè)或多個(gè)能源站集中制取熱水、冷水或蒸汽等冷媒和熱媒，通過(guò)區(qū)域管網(wǎng)提供給最終用戶，實(shí)現(xiàn)用戶制冷或制熱要求的系統(tǒng)。分布泵是一種高效節(jié)能的供暖設(shè)備，耗電量低，相較于間接換熱方式，混水連接系統(tǒng)的工藝結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，熱網(wǎng)造價(jià)低，分布泵的耗電量低，能夠節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；適應(yīng)性強(qiáng)，可以適應(yīng)供熱對(duì)象的不斷變化，可以進(jìn)行量調(diào)節(jié)供熱運(yùn)行。

（四）中深層無(wú)干擾地?zé)崂眉暗拓?fù)荷直供節(jié)能技術(shù)

在過(guò)渡季節(jié)和供暖初期，中深層地?zé)嶙罡叱鏊疁囟饶苓_(dá)到50℃，熱泵機(jī)組不運(yùn)行，換熱機(jī)組與中深層地埋管換熱后直接供暖或提供生活熱水。如圖：

 

（五）無(wú)干擾地?zé)嵯到y(tǒng)混水調(diào)溫節(jié)能技術(shù)

供熱初期，中深層（無(wú)干擾）地埋管剛開(kāi)始使用，出水溫度過(guò)高，出現(xiàn)熱泵機(jī)組無(wú)法開(kāi)啟的現(xiàn)象。且所有回流的水均通過(guò)一個(gè)循環(huán)水泵實(shí)現(xiàn)循環(huán)，整體輸送能耗較高。

本課題示范工程研究了新型調(diào)溫技術(shù)，提供一種新型中深層地?zé)岬芈窆芟到y(tǒng)的調(diào)溫系統(tǒng)。新型調(diào)溫技術(shù)將調(diào)溫結(jié)構(gòu)由電動(dòng)旁通閥，通過(guò)一個(gè)循環(huán)水泵將所有循環(huán)水整體回泵，改進(jìn)為額外設(shè)置一條獨(dú)立運(yùn)行的回水管路，并為該管路配備獨(dú)立的第二循環(huán)水泵，在開(kāi)始循環(huán)時(shí)，可以先由該獨(dú)立回水管路單獨(dú)運(yùn)行，保證整機(jī)可以正常運(yùn)行，之后再讓從地埋管中換得的熱水逐漸加入循環(huán)，以防止因高溫保護(hù)導(dǎo)致的整機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。見(jiàn)下圖：

 

（六）淺層地埋管熱泵系統(tǒng)熱（冷）回收技術(shù)

淺層地埋管熱泵系統(tǒng)冬季蒸發(fā)器側(cè)的設(shè)計(jì)溫度一般為10/5℃，是非常優(yōu)質(zhì)且穩(wěn)定的冷源。冬季供熱的同時(shí)，回收利用這部分冷量，即能減少?gòu)耐寥乐蝎@取熱量，增大供熱面積，并提高系統(tǒng)效率。

 

（七）地埋管組穿建筑基礎(chǔ)筏板的防水做法

隨著地埋管地源熱泵可再生能源節(jié)能項(xiàng)目的推廣，地埋管設(shè)置建筑基礎(chǔ)下的工程越來(lái)越多。由于地下室面積大，無(wú)法從建筑外部進(jìn)入，也不宜在地下室地板再局部下沉設(shè)置管道小室；地埋管穿筏板進(jìn)入地下室及室內(nèi)的熱泵機(jī)房，是節(jié)材、節(jié)能最經(jīng)濟(jì)方案。

 

  

四、示范項(xiàng)目概況

鄭東新區(qū)科學(xué)谷數(shù)字小鎮(zhèn)是該研究示范項(xiàng)目，也是中深層無(wú)干擾地?zé)嵯到y(tǒng)在河南省首次應(yīng)用成功的項(xiàng)目，為河南綠色低碳供熱帶來(lái)一種高效的供熱方式。本項(xiàng)目采用淺層和中深層地?zé)岬榷喾N清潔能源綜合利用，具有高效，長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)。供冷供熱面積達(dá)134.26萬(wàn)平方米，示范作用顯著。充分利用已有閑置綠化用地和河底、湖底區(qū)域，最大限度利用土地資源，為解決埋管面積占地面積大提供新的解決方案。

本項(xiàng)目通過(guò)河南省建科院工程檢測(cè)有限公司測(cè)評(píng)，測(cè)評(píng)結(jié)果如下（詳測(cè)評(píng)報(bào)告）：

（1）中深層與淺層地?zé)崮芏嗄芑パa(bǔ)分布式供暖關(guān)鍵技術(shù)研究與示范-2#能源站地源熱泵供熱系統(tǒng)的制熱性能系數(shù)為3.67，高出《可再生能源建筑應(yīng)用工程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50801-2013規(guī)定的合格制熱性能系數(shù)2.6，能效提升率41.2%。

（2）中深層與淺層地?zé)崮芏嗄芑パa(bǔ)分布式供暖關(guān)鍵技術(shù)研究與示范-中深層地?zé)崮苡媚芟到y(tǒng)在供熱末端低負(fù)荷時(shí)采用天然熱源進(jìn)行供熱的系統(tǒng)熱性能系數(shù)為3.78。

（3）空調(diào)年耗熱量35500MWh，供暖年耗熱量22600MWh。

（4）冬季供暖節(jié)能減排指標(biāo)如下：常規(guī)能源替代量 7032.06噸標(biāo)煤；二氧化碳減排量：17369.18噸/年；二氧化硫減排量：140.64噸/年；粉塵減排量：70.32噸/年；年節(jié)約費(fèi)用：1058.30萬(wàn)元/年。

  

五、結(jié)語(yǔ)

多能互補(bǔ)、分布式、清潔可再生能源供能是應(yīng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型的必然選擇，也是建筑節(jié)能領(lǐng)域的重要突破。技術(shù)創(chuàng)新與政策引導(dǎo)正推動(dòng)建筑空調(diào)系統(tǒng)向更高效、低碳、可持續(xù)的方向演進(jìn)。并且，隨著儲(chǔ)能技術(shù)、智能調(diào)控系統(tǒng)的深度融合，以及標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善，暖通專業(yè)應(yīng)持續(xù)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)備升級(jí)，提升供能效率與穩(wěn)定性，助力“雙碳”目標(biāo)落地生根，為綠色建筑與新型城鎮(zhèn)化發(fā)展注入持久動(dòng)力。