产业报告2021丨清洁供热典型案例：二、典型案例：四季沐歌太阳能+热泵多能耦合热补偿系统项目

第五篇 清洁供热典型案例

二、典型案例

6.四季沐歌太阳能+热泵多能耦合热补偿系统项目

关键词：太阳能 热泵 冷堆积 耦合

（1）项目背景

为了实现“碳中和目标”，我国将加紧推进能源体系清洁低碳发展，推动低碳能源替代高碳能源、可再生能源替代传统能源。因此，节约能源和开发利用清洁、可再生能源的任务十分紧迫。可再生能源在建筑中的应用是建筑业技术进步和行业发展的需要，随着《可再生能源法》的正式颁布与实施，太阳能、浅层地热能在建筑行业中的应用越来越受到人们的重视。

浅层地热可以通过土壤源热泵进行热量的存取与释放，高效率具有良好的节能与环境效益，近年来在国内得到了日益广泛的应用，但是因为冷热需求符合不均，大地的热平衡遭到破坏，土壤温度场的恢复问题随着使用年限的增加越来越严重，即随着地源热泵系统连续长期的运行，会从地下过多的取热或过多的散热，造成地下温度场的波动，降低机组的 COP 值，从而增加系统能耗。

北京某项目10年期间地埋管进出口温度的变化曲线如图5-5所示。

图5-5 北京某项目10年期间地埋管进出口温度的变化曲线

从上面不难看出，对于北方来说，土壤取热远远大于补热，若要让系统稳定的运行那么必须考虑一种廉价、清洁的可以通过能源互补实现削峰填谷，而太阳能光热恰好是满足这个需求，能实现非采暖季阳光辐照好的时候进行很好的补热，采暖季的时候热泵可以高效的取热，太阳能多余的热量直接用于供热，清洁能源推动了经济绿色低碳转型和可持续发展。

（2）项目概述

河北益民股份有限公司位于河北省南皮县，南皮县位于河北省沧州市南部，南运河畔，东南与山东省相邻。新建综合楼建筑采暖面积800平方米，采暖热负荷为32瓦/平方米，年采暖天数为120天；设计总用热水量为20立方米/天，热水温度为55℃，冷水温度为15℃，用水时间为24小时，水源为市政供水，水质满足生活饮用水水质标准。本工程采用集中集热式太阳能光热设备+土壤源热泵的方式进行冷暖及热水的供应（如图5-6）。

图5-6 现场图片

太阳能集热器可安装在新建综合楼楼顶，保温水箱、集热循环泵和控制柜可安装在楼顶设备间内。跨季节蓄热换热板式换热器及冬季辅助加热板式换热器可安装在地下一层的地源热泵机组设备间内；具备地源热泵机组埋管的土壤条件，可以蓄存集热器在非供暖季获得的富余热量。

根据系统需要以及结合楼面实际情况，设计采用四季沐歌横插管太阳能集热器，单组集热器集热面积为8.4平方米，依据楼顶实际场地共安装，横管式￠58×1800－50×5集热器4台，横管式￠58×1800－50×2集热器4台，横管式￠58×1800－50×6集热器8台，集热器总面积为641.4平方米。

（3）技术要点

太阳能配比要考虑土壤自平衡部分热量，否则太阳能热量过大将会影响夏季制冷需求，该项目根据测算和历史数据按照20%进行核算。

取热和放热应考虑电在本系统内增加的能量，进行合理的加减。

太阳能采用缓冲蓄热的方式进行，设置水箱，可以进行热量的暂存，避免系统频繁运行能耗大的问题。

需求耦合，需要考虑一套系统满足采暖、制冷和热水的需求，这不仅仅涉及到暖通专业，同时还有给排水专业，对人员的专业性是一个挑战；同时，需求的耦合可以实现能源的高效利用，初投资和运行费用的最低化。

太阳能是一个不稳定能源，输出变量，在控制上必须采用合理的算法方能实现节能的最大化运行。

太阳能在耦合时根据项目的不同可以采用以下四种形式中的几种进行耦合：直接利用太阳能供热，太阳能与热泵机组的冷凝器串联运行，太阳能加热地埋管换热器，太阳能直接进入热泵机组蒸发器。

太阳能补热与制冷补热进行有效的区隔，避免制冷系统干扰运行的问题。

（4）运行原理

太阳能集热器收集的热量储存在集热水箱，当集热水箱的水温相差5℃时，启动水箱间循环泵，将集热水箱的热量传递到储热水箱，周而复始，使储热水箱的温度上升，达到用户所需的温度。

当储热水箱的水温大于50℃时，系统自动开启蓄热循环泵和地埋循环泵，通过板式换热器，将储热水箱的热量储存到土壤源热泵系统中进行蓄热，提升土壤温度，当储热水箱的水温低于设定温度45℃时，系统自动停止蓄热。系统同时设有环境温度补偿功能、制冷分区蓄热功能、进回水温度监测补热功能（如图5-7）。

图5-7 太阳能+热泵多能耦合热补偿系统原理图

（5）资源能源和经济社会效益

表5-1 各种系统效益对比分析

该采暖供热系统供热稳定，室内温度能保证在20℃左右，能够满足实际的供热需求；该系统采用太阳能与地源热泵相结合，代替了传统单一的燃煤供热或电供热，既节约了燃料成本又减少因燃料燃烧而造成的污染物及CO2的排放，省钱的同时还获得各界的好评和赞扬。以1000平方米采暖面积（配备采光面积196平方米）为例，设备初投资费用50万元，节能量：12.35tce/a，二氧化碳减排32.7tco2/a，相当于节电14.36万千瓦时，按照1元/千万时进行估算，年节约费用14.36万元，充分利用清洁能源，减少二氧化碳排放，不仅为碳中和目标贡献力量，更彰显了大企的责任和担当，对可持续发展具有重要的意义。本项目实际运行数据如表5-2所示。

表5-2 该项目实际运行数据

（6）公司简介

四季沐歌是沪市A股主板上市企业（股票代码：603366）、中国航天事业战略合作伙伴、中国清洁采暖·热水专家。

目前，四季沐歌在江苏、河南、浙江、广东、河北、西藏等省份建有现代化制造基地，集智能健康厨卫设备、清洁能源供热、建筑舒适系统为一体的综合性企业。产品由太阳能热水器横向延伸到空气能、电热水器、燃气热水器、壁挂炉、厨电、净水、五金卫浴、新风等领域，纵向延伸至热水工程、太阳能节能建筑及太阳墙、跨季节储热采暖、储能系统、能源中心投资运维等领域（如图5-8）。

图5-8 四季沐歌六大生产基地

四季沐歌拥有 “企业技术中心”，设有国家级“博士后科研工作站”，建有业界前沿的热水及净水CNAS实验室、拥有全球仅2套的太阳能模拟器及全球仅3套的多热水检测系统等科研检测平台资源。四季沐歌连续8年成为中国房地产500强首选供应商，入选中国品牌价值500强、全球新能源500强榜单，连续13年被评为“全国售后服务十佳单位”，连续9年荣获“中国最佳雇主”等荣誉。

截至2020年11月，四季沐歌在全球160多个国家，共计13031个清洁能源采暖热水项目交付使用，相当于节电2001亿千瓦时，减少二氧化碳排放1.5亿吨。四季沐歌清洁能源解决方案不仅减少二氧化碳排放，还提高清洁能源利用效率。同时，四季沐歌积极推进能源体系清洁低碳发展，为碳中和贡献自己的力量。