HNAD 技术专栏 | 中深层与浅层地热能多能互补分布式供暖关键技术与示范项目研究

在能源转型与“双碳”目标的双重驱动下，推动清洁供暖已成为行业共识，而稳定高效的地热能正是实现这一目标的关键路径之一。

作为这一领域的长期探索者，河南省院自2009年便开启了对中深层、浅层地热能技术的系统研究。本期专栏将聚焦“多能互补分布式供暖”，从关键技术到示范应用，完整呈现我们该创新体系的实战成果，希望能为您带来启发。

 

资源与环境是当今人类社会发展的两大核心课题。开发新型能源，对优化我国能源结构、降低温室气体排放、遏制环境污染具有重大战略意义。中深层、浅层地热是清洁、可再生能源，目前，政府出台了多项支持清洁能源、清洁取暖和大力推广地热能应用的相关政策。

我院自2009年起，系统开展中深层、浅层地热能利用技术研究，取得了丰硕成果。近期，“中深层与浅层地热能多能互补分布式供暖关键技术与示范项目”荣获中州建设科技进步奖壹等奖，标志着我院在该领域的创新实践再获认可。

 

一、项目研究概况

本研究项目为河南省住房和城乡建设厅2021年河南省住房城乡建设科技计划项目，项目编号K-2142。发布《河南省中深层与浅层地热能多能互补分布式供暖关键技术研究与示范》研究报告一份、发明专利及实用新型专利共3项（一种地埋管组穿建筑基础筏板的防水做法ZL 2017 1 0114716.8、一种中深层地热地埋管系统的调温系统 ZL 2023 2 1998712.8、一种地源热泵四管制空调冷回收系统 ZL 2023 2 1920372.7）、论文3篇（《浅层地热地埋管热泵设计运行分析》,暖通空调,ISSN 1002-8501/CN 11-2832/TU,总第415期；《浅层地埋管热泵系统中的热回收、冷回收技术》，中州建设，CN41-1208/TU/ISSN 1005-4863；《暖通工程地热能利用技术》，企业论文集）。该项目于2024年3月通过河南省住房和城乡建设厅验收（豫建科验字［2024］第4号）。

二、项目研究方向

本项目从四个方面进行研究：河南省中深层与浅层地热能资源分布及温度梯度研究；中深层地热能无干扰供热技术成井关键工艺研究；分布式能源站、智慧管网节能关键技术研究；中深层与浅层地热能多能互补分布式供暖示范工程建设、效果评价。 

 

三、项目研究关键技术

（一）分布式区域能源站互备节能技术

分布式能源站互备节能技术在极端气候下，当某一区域供冷供热能力不足时，可以从相邻区域输送冷热水补充；过渡季节低负荷下，所有能源站都运行时，热泵机组效率低，可以只运行部分能源站，输送冷热水给其它区域，从而提高整个系统的能效。分布式能源站做到了多能源集成，互联互通，相互备用，形成各区域负荷互补，该项技术能够减少空调设备配置负荷，节约项目投资。

（二）中深层地热能无干扰供热成井关键工艺研究

针对不同地质特点、不同构造岩层开展钻井、成井关键技术研究；针对深层高压下的套管式深埋管密封连接技术、绝热工艺开展研究；针对套管式深埋管循环阻力及降阻措施开展研究，以降低中深层地埋管系统的施工难度及成本。

（三）区域供冷供热系统分布泵节能技术

区域供热供冷系统是对一定区域内的建筑物群，由一个或多个能源站集中制取热水、冷水或蒸汽等冷媒和热媒，通过区域管网提供给最终用户，实现用户制冷或制热要求的系统。分布泵是一种高效节能的供暖设备，耗电量低，相较于间接换热方式，混水连接系统的工艺结构更简单，热网造价低，分布泵的耗电量低，能够节省运行费用；适应性强，可以适应供热对象的不断变化，可以进行量调节供热运行。

（四）中深层无干扰地热利用及低负荷直供节能技术

在过渡季节和供暖初期，中深层地热最高出水温度能达到50℃，热泵机组不运行，换热机组与中深层地埋管换热后直接供暖或提供生活热水。如图：

 

（五）无干扰地热系统混水调温节能技术

供热初期，中深层（无干扰）地埋管刚开始使用，出水温度过高，出现热泵机组无法开启的现象。且所有回流的水均通过一个循环水泵实现循环，整体输送能耗较高。

本课题示范工程研究了新型调温技术，提供一种新型中深层地热地埋管系统的调温系统。新型调温技术将调温结构由电动旁通阀，通过一个循环水泵将所有循环水整体回泵，改进为额外设置一条独立运行的回水管路，并为该管路配备独立的第二循环水泵，在开始循环时，可以先由该独立回水管路单独运行，保证整机可以正常运行，之后再让从地埋管中换得的热水逐渐加入循环，以防止因高温保护导致的整机无法启动。见下图：

 

（六）浅层地埋管热泵系统热（冷）回收技术

浅层地埋管热泵系统冬季蒸发器侧的设计温度一般为10/5℃，是非常优质且稳定的冷源。冬季供热的同时，回收利用这部分冷量，即能减少从土壤中获取热量，增大供热面积，并提高系统效率。

 

（七）地埋管组穿建筑基础筏板的防水做法

随着地埋管地源热泵可再生能源节能项目的推广，地埋管设置建筑基础下的工程越来越多。由于地下室面积大，无法从建筑外部进入，也不宜在地下室地板再局部下沉设置管道小室；地埋管穿筏板进入地下室及室内的热泵机房，是节材、节能最经济方案。

 

  

四、示范项目概况

郑东新区科学谷数字小镇是该研究示范项目，也是中深层无干扰地热系统在河南省首次应用成功的项目，为河南绿色低碳供热带来一种高效的供热方式。本项目采用浅层和中深层地热等多种清洁能源综合利用，具有高效，长寿命的优势。供冷供热面积达134.26万平方米，示范作用显著。充分利用已有闲置绿化用地和河底、湖底区域，最大限度利用土地资源，为解决埋管面积占地面积大提供新的解决方案。

本项目通过河南省建科院工程检测有限公司测评，测评结果如下（详测评报告）：

（1）中深层与浅层地热能多能互补分布式供暖关键技术研究与示范-2#能源站地源热泵供热系统的制热性能系数为3.67，高出《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801-2013规定的合格制热性能系数2.6，能效提升率41.2%。

（2）中深层与浅层地热能多能互补分布式供暖关键技术研究与示范-中深层地热能用能系统在供热末端低负荷时采用天然热源进行供热的系统热性能系数为3.78。

（3）空调年耗热量35500MWh，供暖年耗热量22600MWh。

（4）冬季供暖节能减排指标如下：常规能源替代量 7032.06吨标煤；二氧化碳减排量：17369.18吨/年；二氧化硫减排量：140.64吨/年；粉尘减排量：70.32吨/年；年节约费用：1058.30万元/年。

  

五、结语

多能互补、分布式、清洁可再生能源供能是应对能源转型的必然选择，也是建筑节能领域的重要突破。技术创新与政策引导正推动建筑空调系统向更高效、低碳、可持续的方向演进。并且，随着储能技术、智能调控系统的深度融合，以及标准体系的不断完善，暖通专业应持续推动技术创新与设备升级，提升供能效率与稳定性，助力“双碳”目标落地生根，为绿色建筑与新型城镇化发展注入持久动力。