編者按：在“雙碳”背景下分布式能源領(lǐng)域貫徹新發(fā)展理念，以“雙碳背景下能源安全新思維——新型分布式綜合能源保障”為主題的“第十八屆中國分布式能源國際論壇”于2022年12月8日在北京采用線上的形式召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，中國能源網(wǎng)副總經(jīng)理張葵葉出席大會并為大會主持。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進行整理。

主持人 張凱：今天的第一位發(fā)言嘉賓是中國建筑科學研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院的徐偉院長，他的發(fā)言題目與最近的一個熱詞有關(guān)，就是熱泵，這個詞尤其在歐洲最近特別的熱，因為俄烏戰(zhàn)爭的問題，歐洲的很多供熱讓他們擺脫對煤炭和天然氣的依賴，所以熱泵就成為他們很重要的抓手，下面有請徐偉院長詳解一下熱泵技術(shù)在中國城鄉(xiāng)建設(shè)中的應(yīng)用，他分享的題目是《“熱泵+”，分布式可再生能源供熱供冷技術(shù)助力低碳城鄉(xiāng)建設(shè)》，有請徐院長。

徐偉：謝謝張總。首先很高興受段潔儀總工的邀請參加此次高峰論壇。我今天跟大家分享的題目是《“熱泵+” 分布式可再生能源供熱供冷系統(tǒng)及應(yīng)用》。段總給加了一個“助力城鄉(xiāng)發(fā)展”，能不能助力就看我們怎么努力。

傳統(tǒng)的或者一般意義上講的可再生能源通常指的都是以電力為主，我今天看了一下，剩下幾位專家都是在電力口的，他們的內(nèi)容更豐富、更具體，我就講另外一個分布式能源的形式，主要是以“熱泵+”、供熱供冷的系統(tǒng)形式，看是否能得到大家一些交流和分享。

我分四個方面。首先，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，在建筑界里是實現(xiàn)碳中和的重要途徑。剛才張總也介紹，歐洲在俄烏沖突之后，把熱泵提升到一個新的高度，制定了很詳細的推廣熱泵的時間圖和技術(shù)路線圖。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，來自于工廠或者一些工業(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，同時波動大、初投資高等問題。

針對這些問題，我們怎么能夠找到一些破解之路呢?特別是對一些大型的公共建筑、建筑群，集約化的熱泵應(yīng)用來講，需要我們尋找它的技術(shù)性組合，所以在這里我們?yōu)榱俗畲蠡l(fā)揮熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢，結(jié)合其他能源系統(tǒng)形式，構(gòu)成了以熱泵為機載的“熱泵+”模式。具體來講，它和誰進行復(fù)合呢?可以與太陽能、地熱能，以及傳統(tǒng)的燃氣鍋爐等進行復(fù)合，這樣就可以把可再生能源的間歇不穩(wěn)定、能量密度低，以及常規(guī)冷熱源，它有它的特點，穩(wěn)定、備份、品位高等特點，復(fù)合在一起組成安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、高效的供熱供冷系統(tǒng)。同時它還可以和電網(wǎng)協(xié)同，這個優(yōu)勢也非常明顯。

具體典型的方式，比如說地源熱泵+太陽能+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，同時還可以是地源和空氣源+蓄能，以及和傳統(tǒng)的熱泵+冷卻塔+蓄能，燃氣鍋爐+蓄能，空氣源熱泵+太陽能+蓄能，還有燃氣三聯(lián)供和以熱泵+組成這樣一個新的系統(tǒng)。

所以這樣一些系統(tǒng)在最近幾年里大家很關(guān)注的就是中深層地源熱泵和淺層地熱能地源熱泵，把這兩個中深層、淺層的優(yōu)勢各自發(fā)揮出來，組合一個新的系統(tǒng)，如果說還可以和傳統(tǒng)的燃氣+蓄能結(jié)合，我們可以看有這么幾個特點，把中深層的地源熱泵的特點和淺層的地源熱泵的特點組合在一起，為嚴寒地區(qū)，特別是北方地區(qū)的清潔取暖的實現(xiàn)提供了一種創(chuàng)新性的方案，剛才把“熱泵+”，什么是“熱泵+”，“熱泵+”的基本組成說了一下。

“熱泵+”這個系統(tǒng)它的特點是什么?我們首先看，一般建筑本體的冷、熱、電負荷的波動很大，我們從這張圖也可以看出來，利用熱泵+復(fù)合系統(tǒng)，可以優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，發(fā)揮子系統(tǒng)和設(shè)備差異化的優(yōu)勢，在不同負荷頻段發(fā)揮各自的系統(tǒng)特點，保持整個系統(tǒng)都處于高效運行的階段。另外它通過控制運行策略的調(diào)整，我們也可以進一步提高運行效率，同時降低運行的費用，這個很多例子可以表明，比如我們熱泵系統(tǒng)承載基載組合，而基載組合占整個負荷的80%左右。如果和鍋爐聯(lián)系起來，鍋爐相對來講投資低，這樣整體的技術(shù)經(jīng)濟性更好。

另外，可再生能源剛才講了它的不穩(wěn)定性、間歇性、能量密度低的問題。如果我們和不同的組合在一起，我們可以看這樣一個圖，把它的各種形式可以按照工程現(xiàn)場的實際進行組合，就可以互為補充、互為耦合，保證系統(tǒng)的供熱供冷的可靠性，同時最大化利用可再生能源，時間關(guān)系不展開中間具體怎么做。

同時我們?nèi)绻眯钅?，剛才講了產(chǎn)能或者供熱供冷，如果把蓄能結(jié)合在一起，特別是利用電力的峰谷差價，我們可以有效地平衡電網(wǎng)，降低整個供冷供熱系統(tǒng)的運行費用。這就是熱泵+的組成、熱泵+的特點。這是第一部分。

第二部分，如何把熱泵+系統(tǒng)做好?我們做了一些工作，這個工作是一種系統(tǒng)化的工作。從規(guī)劃、設(shè)計、運行到優(yōu)化全過程，這個過程又分很多階段，我們把不同的階段都做了相關(guān)的研究和開發(fā)的技術(shù)，完整地建立起來了，不展開講。怎么建立起來了?比如我們建立一套完整的模型，可以預(yù)測建筑的冷熱、電的負荷，負荷比較真實地反映一個大的建筑群或者一個小的區(qū)域，比傳統(tǒng)的預(yù)測方法更加準確，而且更符合實際。

第二，我們在這個負荷的預(yù)測，實際上方法本身來講是它一個動態(tài)的，我們開發(fā)了一個冷熱動態(tài)負荷因子數(shù)據(jù)庫和建筑群負荷的集合尋優(yōu)的工具。在此基礎(chǔ)上做了一個仿真系統(tǒng)，各種系統(tǒng)組合在一起到底誰優(yōu)，根據(jù)項目可以做一個仿真平臺，通過仿真平臺從設(shè)計階段講提供一個最優(yōu)的配置。

同時我們針對很多可再生能源現(xiàn)場的資源測試和系統(tǒng)的測試結(jié)果，還可以反饋回這個平臺，不斷修正這個平臺的科學性、準確性。這樣一來，我們就可以更好地利用這些進行大型的、區(qū)域的熱泵+系統(tǒng)的規(guī)劃，同時我們也開發(fā)了一套完整的工具，對這種復(fù)合系統(tǒng)到底怎么定量地評價好與壞，投資省是一方面，運行省也是一方面，同時還有可靠性、環(huán)境友好性等等，通過不同的指標體系進行綜合評價，這里有一套評價的方式方法。

在運行階段，我們通過優(yōu)化工具既可以對設(shè)計階段，也可以對運行階段進行尋優(yōu)，這種尋優(yōu)過程我們也建立了一套軟件，給大型的任務(wù)+系統(tǒng)提供了優(yōu)化的工具。

運行我們通過分層控制優(yōu)勢，構(gòu)建了這樣一個復(fù)合式熱泵+系統(tǒng)的控制框架，從上、中、下層進行聯(lián)控，達到一個系統(tǒng)的按需、精準、及時的調(diào)控。同時針對這種熱泵+系統(tǒng)，通常都要有智慧平臺，數(shù)據(jù)實時的采集、分析和判別。這是第二部分“技術(shù)與優(yōu)化”。

在講完了什么是“熱泵+”，我們用什么樣的手段實現(xiàn)“熱泵+”系統(tǒng)，下面結(jié)合一些案例跟大家分享。比如我們在濟寧文化中心已經(jīng)建成的近30萬平米的建筑群，包括圖書館、博物館、群眾藝術(shù)館，也有一些住宅公寓，組合匹配是不一樣的。我們利用前面的“熱泵+”系統(tǒng)給整個建筑群做了一套供熱供冷系統(tǒng)，當然它是以地源熱泵系統(tǒng)作為機載，滿足了全年的供暖供熱需求，這個項目獲得了中國建筑協(xié)會暖通空調(diào)設(shè)計的一等獎。文化中心這個項目有很多具體的參數(shù)，簡單講，地源熱泵的參數(shù)我們得到了巖土體的綜合導(dǎo)熱系數(shù)2.83W/(m.K)，我們做了2700個雙U型的換熱孔，孔深120m，間距5m，包括對它的負荷進行了準確的預(yù)判。設(shè)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行組合。效果是什么情況?這個已經(jīng)應(yīng)用了四年，我們進行了全年的監(jiān)測，監(jiān)測是實時的，監(jiān)測的結(jié)果整個“熱泵+”系統(tǒng)的制熱性能系數(shù)達到3.6，系統(tǒng)的制冷系數(shù)達到4.4，明顯高于國內(nèi)平均水平。

第二個項目再介紹一下我們做了多年的曲阜市人民醫(yī)院，醫(yī)院通常是由急診樓、病房樓、門診樓還有一些宿舍綜合體組成，有10萬平方米，采用的是熱泵+燃氣鍋爐+太陽能組合的一套分布式的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)總冷負荷9000千瓦，總熱負荷8500千瓦，這個項目運行大概有六年了，我們也獲過相關(guān)的獎項。這里主要講的是優(yōu)化，我們可以從這張圖看出來，我們通過前面講的優(yōu)化工具和手段，如果進行一些比較，我們可以看出來，比如說地源熱泵的占比，制熱占比13%，鍋爐占56%，太陽能占25%。這里需要說明的是投資當時是受限的，所以投資為最低是當時業(yè)主投資的要求，所以優(yōu)化的軟件是可以把目標進行調(diào)整的，這樣下來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，冬季的運行費用11塊錢左右，這個和前面不一樣，因為投資方需要的是投資最少。

不同的優(yōu)化是不一樣的，如果以系統(tǒng)的全生命期為最低目標，地源熱泵占比67%，如果以系統(tǒng)運行費最省，地源熱泵系統(tǒng)未必最多，它可以提升，所以不同的系統(tǒng)組合它的結(jié)果是不一樣的。具體怎么做的呢?選了三臺離心機組，兩臺冷卻塔，兩臺燃氣鍋爐，包括太陽能集熱，主要是供生活熱水，共同組成，這邊是施工現(xiàn)場。

它的系統(tǒng)的測試結(jié)果不光都是設(shè)計完成，它的冷源的能效比達到4.92，這個效果是相當不錯的，在大型的以熱泵+為主的系統(tǒng)中，取得了良好的效果。通過計算和運行來進行比較，我們也可以看，事先做的這種優(yōu)化模擬計算和最后的實際運行數(shù)據(jù)基本在7%～8%的誤差，所以說這個從設(shè)計、優(yōu)化到運行是相互吻合的，所以這個互補的多能源的系統(tǒng)是比較成功的應(yīng)用，但是它又滿足了業(yè)主投資最省，否則還有其他的優(yōu)化目標。

另外，介紹一下北京城市副中心，很多在北京都知道，四大班子搬到通州以后，副中心到底建設(shè)什么樣的系統(tǒng)?最后采取的方案也是熱泵+系統(tǒng)，當時按照黨中央、國務(wù)院的要求，要求可再生能源利用率40%以上，在七、八年前要達到可再生能源利用率40%以上是比較可行的，或者說是比較實際的一種方式就是地源熱泵+蓄能+市政熱力，它也是一種組合式的熱泵+系統(tǒng)，到今天我們再看到這套系統(tǒng)不一定是最佳的，很多情況發(fā)生了改變。副中心這樣一個系統(tǒng)是怎么組成?熱源系統(tǒng)通過地源熱泵為機載，再加上市政熱力，這樣可以用市政熱力進行調(diào)峰，這樣比較好地組合成熱源系統(tǒng)。

冷源系統(tǒng)是地源熱泵+常規(guī)低溫型冷水機組，主要是為了蓄冰，用峰谷差價來實現(xiàn)，大型副中心的建筑群用的是這些系統(tǒng)，應(yīng)該說也是一個大膽的嘗試，但是也有一點遺憾，整個前期的方案是我們做的，但是后來真正實施這個方案和我們做的規(guī)劃方案差異比較大，在這里不好講，因為各種原因。

怎么實現(xiàn)城市副中心的?我們也通過一些科學嚴謹?shù)姆椒?，包括做實驗孔，做方案得到相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

第四個項目講講我們自己這個樓。這個樓完完整整地實現(xiàn)地源熱泵+太陽能+吸收式制冷來實現(xiàn)的熱泵+的供熱供冷系統(tǒng)，這個系統(tǒng)是近零耗建筑，建筑物并不大，但是系統(tǒng)應(yīng)用是多方面組合的，包括其他方面的，包括光伏也在應(yīng)用，但不是供熱供冷用的。集熱器也有很多種，這也帶有實驗性質(zhì)的，我們可以看到不同的冷熱源的貢獻比例不一樣。平均下來，到今天為止八年了，平均建筑運行能耗，所有用能加起來是34.2，從目前我見到的國內(nèi)類似的示范建筑里面，它的運行能耗應(yīng)該講是最低的之一，而且我們這里還有一個數(shù)據(jù)機房也在里面。具體還有一些其他的設(shè)計，從被動式技術(shù)到末端的選擇等等，這個就不展開了。

還有一個針對我們夏熱冬冷地區(qū)，比如貴州中天•未來方舟，這個項目很大，800萬平方米，我們是方案的咨詢方，實施者是中國節(jié)能環(huán)保集團，他們董事長在全國兩會上多次提到這樣一個低碳的系統(tǒng)，這里我簡單介紹一下，這是我們做的方案。它是河水源熱泵+污水源熱泵，適當做了些燃氣鍋爐做補充，這樣一個系統(tǒng)。貴州冬天非常濕冷，這種濕冷在中國獨一無二，這個地區(qū)非常特別，我冬季也去過，極其難受，某種意義上講，比北京還要難受。這個系統(tǒng)通過大量河水源做機載，我們也做了一些相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測試，包括河水溫度的變化、河水的流量等等。這個運行項目已經(jīng)有好幾年了，通過整個這幾年的實際運行結(jié)果來看，河水源熱泵系統(tǒng)常規(guī)運行工況可以達到5.15的能效比，整個如果加起來，我們可以看到供暖季的平均COP4.1，這都是長期監(jiān)測的結(jié)果，真實的數(shù)據(jù)。

另外講一個我們正在做的，還沒有在實施的，也是一個“熱泵+”的系統(tǒng)，今天面對低碳、零碳的這樣一個發(fā)展目標，它也是一個地源熱泵+蓄能+常規(guī)的冷熱水機組，這個面積也很大，近140萬平方米，具體來講它有一些配置，時間關(guān)系不展開了。

在嚴寒地區(qū)，比如在東北，我們在長春有一個中韓國際示范區(qū)，也用“熱泵+”的復(fù)合模式，這在嚴寒地區(qū)是一個大膽的嘗試。

最后做一下總結(jié)和展望。未來建筑的供熱供冷形式我個人看法，其中重要形式之一是“熱泵+”的復(fù)合系統(tǒng)，這個系統(tǒng)為什么是?除了多能互補、優(yōu)化配置、平衡投資和運行成本之外，主要縱向上是“熱泵+”與電網(wǎng)交互，降低運行成本，同時還可以消納可再生能源。所以橫、縱兩項來比較的話，推動了建筑用能的清潔化、高效化、低碳化。總結(jié)一下，熱泵代表了未來供暖發(fā)展方向，“熱泵+”系統(tǒng)是多贏的，可以實現(xiàn)清潔化，同時還可以和電力系統(tǒng)進行協(xié)同，當然要想做好“熱泵+”系統(tǒng)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。

我的介紹就到這里，謝謝大家。

主持人 張凱：感謝徐院長的分享。我昨天剛看到一個數(shù)字，2021年全球10%的建筑取暖是由熱泵提供的，是比較高的比例。相對于傳統(tǒng)的燃煤和天然氣供暖，熱泵供暖是更清潔和高效的，尤其當電價足夠便宜的時候，熱泵供暖的經(jīng)濟性更優(yōu)，徐院長也分享了很多熱泵更多的應(yīng)用技術(shù)和場景，已經(jīng)它已經(jīng)有了很好的綜合評估指標體系，在多能互補的案例上已經(jīng)有了很多的實踐，之后有對“熱泵+”市場投資意愿的同仁可以聯(lián)系徐院長。