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

作為這一領(lǐng)域的長期探索者，河南省院自2009年便開啟了對中深層、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)我們該創(chuàng)新體系的實戰(zhàn)成果，希望能為您帶來啟發(fā)。

 

資源與環(huán)境是當(dāng)今人類社會發(fā)展的兩大核心課題。開發(fā)新型能源，對優(yōu)化我國能源結(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，政府出臺了多項支持清潔能源、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分布式供暖關(guān)鍵技術(shù)與示范項目”榮獲中州建設(shè)科技進步獎壹等獎，標(biāo)志著我院在該領(lǐng)域的創(chuàng)新實踐再獲認(rèn)可。

 

一、項目研究概況

本研究項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)科技計劃項目，項目編號K-2142。發(fā)布《河南省中深層與淺層地?zé)崮芏嗄芑パa分布式供暖關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》研究報告一份、發(fā)明專利及實用新型專利共3項（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)計運行分析》,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）。該項目于2024年3月通過河南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳驗收（豫建科驗字［2024］第4號）。

二、項目研究方向

本項目從四個方面進行研究：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分布式供暖示范工程建設(shè)、效果評價。 

 

三、項目研究關(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，可以從相鄰區(qū)域輸送冷熱水補充；過渡季節(jié)低負(fù)荷下，所有能源站都運行時，熱泵機組效率低，可以只運行部分能源站，輸送冷熱水給其它區(qū)域，從而提高整個系統(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，該項技術(shù)能夠減少空調(diào)設(shè)備配置負(fù)荷，節(jié)約項目投資。

（二）中深層地?zé)崮軣o干擾供熱成井關(guān)鍵工藝研究

針對不同地質(zhì)特點、不同構(gòu)造巖層開展鉆井、成井關(guān)鍵技術(shù)研究；針對深層高壓下的套管式深埋管密封連接技術(shù)、絕熱工藝開展研究；針對套管式深埋管循環(huán)阻力及降阻措施開展研究，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)是對一定區(qū)域內(nèi)的建筑物群，由一個或多個能源站集中制取熱水、冷水或蒸汽等冷媒和熱媒，通過區(qū)域管網(wǎng)提供給最終用戶，實現(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)更簡單，熱網(wǎng)造價低，分布泵的耗電量低，能夠節(jié)省運行費用；適應(yīng)性強，可以適應(yīng)供熱對象的不斷變化，可以進行量調(diào)節(jié)供熱運行。

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

在過渡季節(jié)和供暖初期，中深層地?zé)嶙罡叱鏊疁囟饶苓_到50℃，熱泵機組不運行，換熱機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（無干擾）地埋管剛開始使用，出水溫度過高，出現(xiàn)熱泵機組無法開啟的現(xiàn)象。且所有回流的水均通過一個循環(huán)水泵實現(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)由電動旁通閥，通過一個循環(huán)水泵將所有循環(huán)水整體回泵，改進為額外設(shè)置一條獨立運行的回水管路，并為該管路配備獨立的第二循環(huán)水泵，在開始循環(huán)時，可以先由該獨立回水管路單獨運行，保證整機可以正常運行，之后再讓從地埋管中換得的熱水逐漸加入循環(huán)，以防止因高溫保護導(dǎo)致的整機無法啟動。見下圖：

 

（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，回收利用這部分冷量，即能減少從土壤中獲取熱量，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)能項目的推廣，地埋管設(shè)置建筑基礎(chǔ)下的工程越來越多。由于地下室面積大，無法從建筑外部進入，也不宜在地下室地板再局部下沉設(shè)置管道小室；地埋管穿筏板進入地下室及室內(nèi)的熱泵機房，是節(jié)材、節(jié)能最經(jīng)濟方案。

 

  

四、示范項目概況

鄭東新區(qū)科學(xué)谷數(shù)字小鎮(zhèn)是該研究示范項目，也是中深層無干擾地?zé)嵯到y(tǒng)在河南省首次應(yīng)用成功的項目，為河南綠色低碳供熱帶來一種高效的供熱方式。本項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，長壽命的優(yōu)勢。供冷供熱面積達134.26萬平方米，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。

本項目通過河南省建科院工程檢測有限公司測評，測評結(jié)果如下（詳測評報告）：

（1）中深層與淺層地?zé)崮芏嗄芑パa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)用工程評價標(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)荷時采用天然熱源進行供熱的系統(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)約費用：1058.30萬元/年。

  

五、結(jié)語

多能互補、分布式、清潔可再生能源供能是應(yīng)對能源轉(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)正推動建筑空調(diào)系統(tǒng)向更高效、低碳、可持續(xù)的方向演進。并且，隨著儲能技術(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)推動技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)備升級，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)展注入持久動力。