“熱泵+”復合系統，未來(lái)建筑供熱供冷的重要形式

地大熱能：什么叫“熱泵+”模式？熱泵眾所周知，是一種將熱能從低品位提升到高品位的高效低碳的供能方式，在建筑界里是實(shí)現碳中和的重要途徑。歐洲在俄烏沖突之后，把熱泵提升到一個(gè)新的高度，制定了很詳細的推廣熱泵的時(shí)間圖和技術(shù)路線(xiàn)圖。但是熱泵通常的熱源有空氣源、地熱源等可再生能源以及余熱廢熱，來(lái)自于工廠(chǎng)或者一些工業(yè)，但是它是有分散性、間歇性和隨機性，存在源測熱流密度相對較低，同時(shí)波動(dòng)大、初投資高等問(wèn)題。

具體典型的方式，比如說(shuō)地源熱泵+太陽(yáng)能+蓄能，地源熱泵+燃氣鍋爐+市政+蓄能，工業(yè)余熱+空氣源熱泵+冷水機組，同時(shí)還可以是地源和空氣源+蓄能，以及和傳統的熱泵+冷卻塔+蓄能，燃氣鍋爐+蓄能，空氣源熱泵+太陽(yáng)能+蓄能，還有燃氣三聯(lián)供和以熱泵+組成這樣一個(gè)新的系統。

另外，可再生能源剛才講了它的不穩定性、間歇性、能量密度低的問(wèn)題。如果我們和不同的組合在一起，把它的各種形式可以按照工程現場(chǎng)的實(shí)際進(jìn)行組合，就可以互為補充、互為耦合，保證系統的供熱供冷的可靠性，同時(shí)最大化利用可再生能源，時(shí)間關(guān)系不展開(kāi)中間具體怎么做。

同時(shí)我們如果利用蓄能，剛才講了產(chǎn)能或者供熱供冷，如果把蓄能結合在一起，特別是利用電力的峰谷差價(jià)，我們可以有效地平衡電網(wǎng)，降低整個(gè)供冷供熱系統的運行費用。這就是熱泵+的組成、熱泵+的特點(diǎn)。這是第一部分。

第二部分，如何把熱泵+系統做好?我們做了一些工作，這個(gè)工作是一種系統化的工作。從規劃、設計、運行到優(yōu)化全過(guò)程，這個(gè)過(guò)程又分很多階段，我們把不同的階段都做了相關(guān)的研究和開(kāi)發(fā)的技術(shù)，完整地建立起來(lái)了，不展開(kāi)講。怎么建立起來(lái)了?比如我們建立一套完整的模型，可以預測建筑的冷熱、電的負荷，負荷比較真實(shí)地反映一個(gè)大的建筑群或者一個(gè)小的區域，比傳統的預測方法更加準確，而且更符合實(shí)際。

第二，我們在這個(gè)負荷的預測，實(shí)際上方法本身來(lái)講是它一個(gè)動(dòng)態(tài)的，我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)冷熱動(dòng)態(tài)負荷因子數據庫和建筑群負荷的集合尋優(yōu)的工具。在此基礎上做了一個(gè)仿真系統，各種系統組合在一起到底誰(shuí)優(yōu)，根據項目可以做一個(gè)仿真平臺，通過(guò)仿真平臺從設計階段講提供一個(gè)最優(yōu)的配置。

同時(shí)我們針對很多可再生能源現場(chǎng)的資源測試和系統的測試結果，還可以反饋回這個(gè)平臺，不斷修正這個(gè)平臺的科學(xué)性、準確性。這樣一來(lái)，我們就可以更好地利用這些進(jìn)行大型的、區域的熱泵+系統的規劃，同時(shí)我們也開(kāi)發(fā)了一套完整的工具，對這種復合系統到底怎么定量地評價(jià)好與壞，投資省是一方面，運行省也是一方面，同時(shí)還有可靠性、環(huán)境友好性等等，通過(guò)不同的指標體系進(jìn)行綜合評價(jià)，這里有一套評價(jià)的方式方法。

濟寧文化中心這個(gè)項目有很多具體的參數，簡(jiǎn)單講，地源熱泵的參數我們得到了巖土體的綜合導熱系數2.83W/(m.K)，我們做了2700個(gè)雙U型的換熱孔，孔深120m，間距5m，包括對它的負荷進(jìn)行了準確的預判。設備也是用了不同的組合，包括用了離心式熱泵機組和螺桿式機組進(jìn)行組合。效果是什么情況？這個(gè)已經(jīng)應用了四年，我們進(jìn)行了全年的監測，監測是實(shí)時(shí)的，監測的結果整個(gè)“熱泵+”系統的制熱性能系數達到3.6，系統的制冷系數達到4.4，明顯高于國內平均水平。

第二個(gè)項目再介紹一下我們做了多年的曲阜市人民醫院，醫院通常是由急診樓、病房樓、門(mén)診樓還有一些宿舍綜合體組成，有10萬(wàn)平方米，采用的是熱泵+燃氣鍋爐+太陽(yáng)能組合的一套分布式的系統，這個(gè)系統總冷負荷9000千瓦，總熱負荷8500千瓦，這個(gè)項目運行大概有六年了，我們也獲過(guò)相關(guān)的獎項。這里主要講的是優(yōu)化，我們通過(guò)前面講的優(yōu)化工具和手段，如果進(jìn)行一些比較，我們可以看出來(lái)，比如說(shuō)地源熱泵的占比，制熱占比13%，鍋爐占56%，太陽(yáng)能占25%。這里需要說(shuō)明的是投資當時(shí)是受限的，所以投資為最低是當時(shí)業(yè)主投資的要求，所以?xún)?yōu)化的軟件是可以把目標進(jìn)行調整的，這樣下來(lái)它的可再生能源利用率可以達到近25%，夏季的運行費用12塊錢(qián)，冬季的運行費用11塊錢(qián)左右，這個(gè)和前面不一樣，因為投資方需要的是投資最少。

它的系統的測試結果不光都是設計完成，它的冷源的能效比達到4.92，這個(gè)效果是相當不錯的，在大型的以熱泵+為主的系統中，取得了良好的效果。通過(guò)計算和運行來(lái)進(jìn)行比較，我們也可以看，事先做的這種優(yōu)化模擬計算和最后的實(shí)際運行數據基本在7%～8%的誤差，所以說(shuō)這個(gè)從設計、優(yōu)化到運行是相互吻合的，所以這個(gè)互補的多能源的系統是比較成功的應用，但是它又滿(mǎn)足了業(yè)主投資最省，否則還有其他的優(yōu)化目標。

貴州冬天非常濕冷，這種濕冷在中國獨一無(wú)二，這個(gè)地區非常特別，我冬季也去過(guò)，極其難受，某種意義上講，比北京還要難受。這個(gè)系統通過(guò)大量河水源做機載，我們也做了一些相關(guān)的基礎數據的測試，包括河水溫度的變化、河水的流量等等。這個(gè)運行項目已經(jīng)有好幾年了，通過(guò)整個(gè)這幾年的實(shí)際運行結果來(lái)看，河水源熱泵系統常規運行工況可以達到5.15的能效比，整個(gè)如果加起來(lái)，我們可以看到供暖季的平均COP4.1，這都是長(cháng)期監測的結果，真實(shí)的數據。

另外講一個(gè)我們正在做的，還沒(méi)有在實(shí)施的，也是一個(gè)“熱泵+”的系統，今天面對低碳、零碳的這樣一個(gè)發(fā)展目標，它也是一個(gè)地源熱泵+蓄能+常規的冷熱水機組，這個(gè)面積也很大，近140萬(wàn)平方米，具體來(lái)講它有一些配置，時(shí)間關(guān)系不展開(kāi)了。

熱泵代表了未來(lái)供暖發(fā)展方向，“熱泵+”系統是多贏(yíng)的，可以實(shí)現清潔化，同時(shí)還可以和電力系統進(jìn)行協(xié)同，當然要想做好“熱泵+”系統仍然要堅持做好因地制宜的原則，才能讓經(jīng)濟、安全、環(huán)境多方面共同得到保障和發(fā)展。