空气源分布式能源站核心设计和智慧化运营-张立峰

质十发质十发发论展展届产20240926建筑行业•建筑用能电气化改造•寻找采暖新方式•降低建筑能源内耗•节能电器和环保建材•发展绿色节能建筑热电厂供热占比（左轴）合计供热占比（右轴）锅炉房供热占比（左轴）化石能源仍然占据供暖92%以上核心地位如何去化石能源是集中供暖必须要考虑的核心问题以2020年为例，我国供热产业热源方式中，热电联产占比为61.77%，锅炉房供热占比为31.05%，两者合计为92.82%，集中供暖极大部分仍然是化石能源，仅有极少部分核能、地热能。集中供暖能源情况占比分析燃气锅炉供暖（效率燃气锅炉供暖（效率90%31.27m³燃气发电供暖（效率40%23.45m³（空气源热泵）燃气热电供暖（效率90%）：16.55m³（空气源热泵+热力）燃气热电供暖（效率90%31.98m³（电暖气+热力）以燃气为例，产生1GJ的热量不同路径消耗的能源情况无法有效降碳中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌供暖行业的就是未来的方向基于北京2020年电力行业碳排放因子计算各种供热碳排放情况（gco2/kWh）基于北京2035年电力行业碳排放因子计算各种供热碳排放情况（gco2/kWh）中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌热泵是实现“双碳战略”的先进的技术热泵是世界上电能先进的技术江亿中国人工环境工程学科的倡导者之一清华大学建筑节能研究中心主任中国工程院院士2022年4月1日GB55015-2021正式实施，空气源热泵与太阳能、地源热泵一同纳入可再生能源章节独立重点阐述标准全文强制非特殊情况不直接用电供暖、供热水新建、扩建和改建建筑以及既有建筑节能改造必须执行本规范2022年6月30日，住房城乡建设部和国家发展改革委日前印发的《城乡建设领域碳达峰实施方案》2030年建筑用电占建筑能耗比例超过65%寒冷地区达到超低能耗的建筑不再采用市政集中供暖河北、内蒙古、辽宁、江苏、山东等多省市力争到2025年城镇民用建筑全面执行超低能耗建筑标准2024年4月8日，住房城乡建设部关于印发《推进建筑和市政基础设施设备更新工作实施方案的通知》全国74个城市2022-2023年供暖期供热价格(1)北京市居民供热价格：热电联产24元/㎡，燃气锅炉30元/㎡。(2)北京市非居民供热价格：热电联产与燃气锅炉城六区45元/㎡，非城六区43元/㎡；2023与2022年天然气价格对比表（单位2023与2022年天然气价格对比表（单位：元/Nm³)省(市)市2022价格2023价格北京北京2.352.6412.34%天津天津3.434.1119.88%河北石家庄3.954.319.11%保定3.953.970.51%沧州3.34.639.39%承德4.084.7516.42%廊坊2.542.643.94%唐山44.717.50%河南郑州6.524.84-25.77%安阳5.8/焦作/4.95/三门峡4.255.529.41%太原3.594.4523.96%济南1.71~4.24//青岛3.634.0912.67%淄博3.13.36.45%内蒙古呼和浩特2.612.54-2.68%包头5.077.3144.18%陕西西安2.512.25-10.36%甘肃兰州2.172.7727.65%酒泉//吉林长春3.793.995.28%青海西宁//贵州贵阳3.63.9610.00%新疆乌鲁木齐库尔勒/2023与2022年燃煤价格对比表（单位：元/t）序号省(市)市2022价格2023价格1北京北京1939.841984.962.33%2天津天津650.00775.00r3河北石家庄1502.001709.454承德1657.0026.30%5廊坊1076.001387.0028.90%6太原1087.00946.70-12.91%7忻州550.00/81829.761829.769运城1404.001732.4223.39%济南2126.041847.91-13.08%青岛1285.451666.6229.65%内蒙古呼和浩特711.00712.31赤峰1029.00626.52-39.11%黑龙江哈尔滨-5.71%大庆1665.001960.00鸡西1250.00-9.28%牡丹江1540.001300.00-15.58%吉林长春777.001302.8067.67%辽源780.00957.4322.75%20辽宁沈阳1515.001623.0021大连557.171495.9122锦州859.38741.52-13.71%23陕西西安1627.001330.00-18.25%24安徽合肥1294.021262.58-2.43%25甘肃兰州1820.001910.004.95%26天水786.48766.66-2.52%2023年燃气增长明显约10%以上；燃煤不让2023与2022年用电价格对比表（单位：元/kWh）市市市/0.72~1///////特///布////1.1.运行费用测算热值以5000kcal计，煤价1600元/t，锅炉热效率80%，燃料占85%，热值以85005000kcal计，气价4.00元/Nm³地源热泵：地源热泵：43.65元/GJ季节系统效率3.50，平均电价0.55元/kWh空气源热泵：空气源热泵：52.68元/GJ季节系统效率2.90，平均电价0.55元/kWh系统效率95%蓄热式电锅炉：98.77元/GJ系统效率90%蓄热式电锅炉：98.77元/GJ不同能源运行费用热价对比图（元/GJ）能源价格：电价0.5元/kwh，煤价775元/吨，燃气价格4.11元/m³根据能源价格和商业化程度上进行判断，热泵类产品在供热发展空间上具有非常大的应用优势2.2.初始投资费用测算及生命周期投资测算不同能源运行设备投入费用对比图（元/㎡）初始投资与运行费用之间是一个相反对应的关系，在系统设计上来说也存在“能量守恒”，很难找到初投资便宜运行费用也低的产品不同能源10万平方米15年总费用对比图（万元）这是从单一能源看的数据，我们看到了空气源热泵的商业化动力强劲,但是空气源热泵仍有短板，我们可以通过能源耦合等技术来解决，实现更好的经济效益空气源热泵为主的新供热形式为低温供热，热电联产分布式能源站企业属性业企事业自营设备厂家运营区域特点主偏重于新城区、开域外稍有兼顾以补缺漏区域为主优势管网敷设较易、工商业用户多，效益好只在红线内投资建设，分布灵活，系统响应速度快化、老建筑多，能耗大与当地政府对接，两种体制融合有一定困难福利性质，体量相对显纯企业经营，挑战性足能源属性大多为化石能源大多为化石能源大多为化石能源可再生能源应用更中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌如何打造一套优秀的空气源热泵分布式能源站呢？构建优秀空气源热泵能源站的关键技术中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌显性30%通过严格的实验、检测、工艺和标准相对较容易进⾏质量和性能的把控设计和能难以中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌硬件采用行业内顶尖配置化霜唯一技术发明一等奖中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌难难易易易易中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌空气源热泵空气源热泵供热的关键技术四季沐歌过去20余年的实践耦合技术11、多能否耦合技术：主要常用供热设备的简要分析太阳能集热器空气源热泵地源热泵燃气锅炉燃油锅炉燃煤锅炉政策状态鼓励有条件限制鼓励地热+电电可再生能源可再生能源可再生能源不一定可再生能源化石能源化石能源化石能源碳排放因子000直接影响为00环境影响因素/材料供应///全年综合利用找到适合的温度区间初始投资较高/主材波动及来源需要可控///说明：任何能源都有适用范围，多种不同能源的耦合就会变得非常重要，利用能源的长处，让用户受益、让环境友好、让系统更稳定22、多能耦合技术解决投资问题空气源热泵耦合电锅炉（燃气锅炉），降低初始投资，提升收益率100%空气能供暖单位面积耗电量34.1kW.h/㎡.a80%空气能+20%电锅炉，单位面积耗电量38.06kW.h/㎡.a空气源热泵耦合电锅炉（燃气锅炉满足峰值供热需适用范围适用范围按照比例替代按照比例替代热泵降低初始投资，提升收益率较充足的电力支持或燃气输配22、多能耦合技术解决投资问题空气源热泵耦合电锅炉（燃气锅炉），降低初始投资，提升收益率南宫市丽滨嘉苑项目u实施面积：41024㎡u需求状况：采暖u投资范围：电力增容、设备投入u配套费用：35元/㎡u电价费用：峰段08:00时－22:00时，0.52元/kW·h谷段22:00时－08:00时，0.28元/kW·hu解决方案：空气源热泵耦合电锅炉分布式能源站纯热泵纯热泵or热泵耦合锅炉？ 2、多能耦合技术解决投资问题空气源热泵耦合电锅炉（燃气锅炉），降低初始投资，提升收益率适用条件适用条件供热温度：≤55℃根据情况选择一次或二次系统主要应用场景主要应用场景供暖温度较低的节能建筑住宅/工商业/农业养殖建筑适用二、设计专业层面 2、多能耦合技术解决投资问题空气源热泵耦合电锅炉（燃气锅炉），降低初始投资，提升收益率相比于纯空气源热泵实现投资与运行费用最佳配比70%空气源热泵配比+30%电锅炉配比初始投资降低31%初始投资降低31%运行费用提升5%整体收益提升17%锅炉供热＜5%锅炉供热＜0.7%二、设计专业层面 2、多能耦合技术解决投资问题空气源热泵耦合燃气锅炉，即降低初始投资又降低运行费用环境温度越低空气源热泵的热效率越低说明：以上燃气价格为3.7元/kWh，电费为1元/kwh范围有充足的燃气，并且价格较低的城市，如北京范围22、多能耦合技术解决投资问题空气源热泵耦合水源热泵，提升供热水温，降低初始投资适用条件系统特点根据情况选择一次或二次系统主要针对高温改造型项目住宅/工商业建筑22、多能耦合技术解决投资问题空气源热泵耦合水源热泵，提升供热水温，降低初始投资兰州大学榆中校区低碳能源项目解决方案解决方案热力：空气源热泵+水源热泵控制：基于CAS的智慧操作系统竣工时间：2023年10月份运行费用：每个采暖季22.5元/㎡22、多能耦合技术解决投资问题空气源热泵耦合水源热泵，提升供热水温，降低初始投资假定：张家口市某居民楼小区，单供暖，热负荷50W/㎡，总供热负荷2000kw；末端为暖气片，供暖系统水温度要求60℃,设计室外温度-13.6℃,供暖天数168天，电价按0.3元/度。系统总造价为：0.35+0.15+0.766+0.025=1.291元/W，低于单机双极压缩空气源热泵系统初投资，降低36%。系统总COP计算：总制热量为2000kw，输入功率为436.97kw，需要的热源为1563kw，空气源热泵输入功率为571.48，总COP为1.983；运行费用：19.72元/㎡根据当地室外温度，单台时制热量为：288kw，输入功率142.175，COP=288/142.15=2.026设备机组价格60万，单台安装4万元，单台机组费用为64万元，折合2.22元/W运行费用：19.31元/㎡空气源热泵耦合实现跨季节蓄热空气源热泵耦合实现跨季节蓄热，解决运营效益和稳定性问题2、多能耦合技术解决投资问题公共建筑:有补热的情况下,土壤温度在一定范围内波动,土壤源热泵系统可持续稳定运行。土壤源热泵单独供热时会出现冷堆积问题，如果不得以解决会出现系统效率持续下降的问题，长此以往将会出现不能使用 3、多能耦合技术解决运营稳定问题空气源热泵耦合实现跨季节蓄热，解决运营效益和稳定性问题北方环保基地低碳能源项目系统配置系统配置热力：水源热泵+跨季节储热+空气能+太阳能光热控制：基于CAS的智慧操作系统竣工时间：2023年12月如何设计好耦合的空气源热泵能源站呢？中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌控制技术控制技术空气源热泵供热的关键技术四季沐歌过去20余年的实践CAS系统是20余年16000+项目经验的结晶，同时以问题为导向的研发智能控制硬件系统CASCAS智慧设计系统效CASCAS智慧控制系统捷5min快速出方案降低工程造价30%误差控制在5%左右中国南北极科考合作伙伴空气能热泵十大领军品牌智慧控制≠远程控制重点看有没有算法节能减少售后人员60%较传统人控方式节能较传统人控方式节能20%以上售后效率提升70%以上1.1.CAS智慧控制系统传统能源站控制方法耦合耦合基于CAS的智慧控制系统 2.CAS智慧控制系统——算法室外温度费用，出水温度每提升或降低1℃影响1%~3%的性能 2.CAS智慧控制系统——算法》2.2.CAS智慧控制系统——算法C、时间管理长时间歇性供热，解决无人时运行更节能问题利用建筑蓄热能力多用谷电三、运维服务层面 2.CAS智慧控制系统——算法系统级核心算法100余项水力平衡算法负荷延时算法耦合控制算法智能防冻算法系统级化霜算法……3.CAS3.CAS应用实例控制方式最低气温采暖费用管理费用2020年人工+手操器-1.7℃0.42963.12%2021年CAS系统-2.3℃0.41863.74%2022年CAS系统-2.7℃0.39657.36%u项目名称：南宫社区供暖改造项目u实施范围：诊断、设计、供货、安装、投资、运营4.资质报告4.资质报告5.标准化文件5.标准化文件控制方案标准化的前提需要产品、技术、施工标注化形成标准化《空气源热泵分布式智慧能源站设计图集》、《分布式空气源热泵智慧能源站设计手册》等，实现设计方案可控通过对产品控制逻辑、产品重新适配、控制协议的分级等方面标准化，实现产品与控制系统之间可控、可调形成标准化《空气源热泵维修指导手册》、《空气源热泵能源站关键工艺工法控制点》等标准⽂件，实现精准落地分布式空气源热泵智慧能源站设计手册清洁供暖设计手册空气源热泵维修指导手册优秀供热案例手册空气源热泵分布式智慧能源站设计图集空气源热泵能源站关键工艺工法控制点5.5.标准化文件用8年时间的CAS技术和⽅案领先于⾏业2021~2023年专门自驾30000余公里，考察80+个行业项目，所考察的项目及品牌暂无此类解决方案，有部分品牌开始着手复制2022年2022年项目运行数据分析u项目名称：南宫社区供暖改造项目u实施范围：诊断、设计、供货、安装、投资、运营1.2020-2024年采暖季气温变化情况1.2020-2024年采暖季气温变化情况2024年是最冷的一年2.运行费用数据对比2.运行费用数据对比基本信息电费使用情况（11月15日-3月15日）收费面积收费金额面积占比收费户数实缴电费收费-电费202041023.9225894458375.83232383749.10.429202141023.9226150.11459897.5235321757.20.418202241023.9223449.06465251.257.36%21256.98%299941.60.3961653101、2023年，丽滨嘉园与纯水岸缴费面积恢复到2021年最高水平，收费：住宅按20元/㎡；2、23-24年南宫遇到3次寒流（12月、1月、3月平均气温要比较往年低2℃左右，同时哈工大学生在3月份测试，设备开高温10天左右。2.运行费用数据对比2.运行费用数据对比化霜机组运行时间基本在110S~180S之间2.运行费用数据对比2.运行费用数据对比化霜机组运行时间基本在110S~180S之间2.运行费用数据对比2.运行费用数据对比耗电量约2.2kWh+系统内消耗能量的消耗电量3.8kWh=6kWh757362kWh的2.8%1.2020-2024年采暖季气温变化情况1.2020-2024年采暖季气温变化情况兰州大学榆中校区低碳能源项目解决方案解决方案热力：空气源热泵+水源热泵控制：基于CAS的智慧操作系统竣工时间：2023年10月份运行费用：设计每个采暖季22.5元/㎡1.2020-2024年采暖季气温变化情况1.2020-2024年采暖季气温变化情况月份12月1月份2月份3月份环境平均高低温℃供暖模式空气能直供空气能直供空气能+水源联供空气能直供空气能直供空气能直供供暖天数/天2129供水温度/℃45-4745-4849-5445-4940-4340-43供暖总能耗/Kwh340112470343413060208973267412能耗构成循环水泵空气源热泵循环水泵空气源热泵水源热泵循坏水泵空气源热泵循坏水泵空气源热泵循环水泵空气源热泵224653176472721837620566920252803877802006018892325192242328日均耗电/Kwh748.810588.212540.2669212509.0771.5小时耗电量/kwh31.20441.1837.8522.51278.8326.3403.529.7279.5300.7电价（元/kw）0.535月供暖成本/元181959.9251633.51220987.1111800.6143065.4月均供暖成本（元/㎡.月）5.034.422.232.9供暖固定收益/元272002272002272002272002272002盈利/元90042.0820368.49551014.9160201.445128936.58预计采暖运行成本（元/㎡.月）3.634三、牡丹江罗马花园铂朗国际酒店供热项目市政供暖市政供暖目空气源热泵供暖序项目名称采暖面积㎡采暖热负荷w/㎡系统形式（一次/二辅助热源类型（没有写无）供暖开始时间供暖停止时间总时长用电量kW单位面积耗电量(kWh/单位面积日耗电量(kWh/㎡/天)1临漳长巷乡卫生院项目250050一次承压无2023-12-262024-04-0146535.218.610.192章丘养老院项目4000一次闭式无2024-01-022024-03-1519341.54.840.073济南华能大厦23000一次闭式无2024-01-022024-04-0125332611.010.124沂水县东城国际大酒店冷暖空调5000一次闭式无2023-12-122024-03-12120014.424.000.265青州中石化加油站560无2023-12-252024-04-0112683.322.650.236泰安中房综合体13000120一次闭式无2023-12-192024-03-15209763.5916.140.197新泰县小协镇中和寨村3000045一次闭式无2023-12-092024-03-15455921.615.200.168昌都市左贡县第一小学供暖项目19000太空组合太阳能2024-03-032024-04-012925501113.420.4610昌都市卡若区第一初级中学供暖项目11000一次闭式无2024-03-142024-04-011841517.63.770.2111昌都市贡觉县小学供暖项目18000一次闭式无2024-03-012024-04-0131500272.780.0912宁夏塞上雅居马伟手抓冷暖项目8054一次闭式无2024-01-292024-03-235413575.41.690.0313宁夏维也纳国际酒店冷暖项目20层500一次闭式无2023-12-282024-04-0123840.847.680.5014宁夏维也纳国际酒店冷暖项目1、2、9层-4层屋面1600120一次闭式无2023-12-282024-04-016560.410.0015金柜养老院6600100一次闭式无2024-01-092024-03-1125801.43.910.0616东米养鸡场11200100一次无2023-11-302024-04-0112336336632.440.2617连云港解放路小学2120150一次无2023/12/15-01/232024/02/19-03/112341611.050.1818沧州金域蓝湾小区供暖热源改造项目1000045一次闭式无2023-12-262024-03-1522721622.720.281919内蒙古呼和浩特市根堡村村委会清洁能源采暖试点120120次开式次开式无无202420240226202420240306991150115022132021年电量kwh总电量每㎡电量2022年电量kwh总电量每㎡电量2020年电量kwh总电量2021年电量kwh总电量每㎡电量2022年电量kwh总电量每㎡电量2020年电量kwh总电量每㎡电量8426284324588269236762991423232749222572018327492360376202009617232801946810170445414503047221竣工年月2020202020192019201920192019201920192019201920192019201920192018202020182018最低气温℃项目名称851071932966002775072402822372087013199113085245533579331972111782530929939福建三明鳗鱼养殖热泵系统甘肃定西市渭源县路园镇三合回民小学甘肃临夏市广河县回民第二中学甘肃临夏市广河县经济开发区管委会甘肃临夏市广河县三甲集派出所甘肃临夏市广河县三甲集幼儿园甘肃临夏市积石山县别藏镇甘藏沟小学甘肃临夏市积石山县大河家镇陈家小学甘肃临夏市积石山县大河家镇甘河滩小学甘肃临夏市积石山县郭干乡郭干小学甘肃临夏市积石山县居集镇居集小学甘肃临夏市积石山县小关乡大茨滩小学甘肃临夏市积石山县小关乡吴家堡小学甘肃临夏市积石山县小关乡小关小学甘肃临夏市积石山县中咀呤小学甘肃天水曹家埂天使幼儿园甘肃天水藉口镇疾控中心甘肃天水市胡川小学新教学楼甘肃天水市胡川小学宿舍楼7494213711975501274594847247508856408228612488122861203007335521250259984847365423490181044206076231740序号123456789分布式智慧能源站应用到各行各业，大量数据证明其应用的可行性序号项目名称最低气温℃竣工年月2020年电量kwh总电量每㎡电量2021年电量kwh总电量每㎡电量2022年电量kwh总电量每㎡电量甘肃天水市胡川中学2018303164280354540988甘肃天水市千户镇中学采暖2019252214432295464027767548平乡德澜酒店热水采暖制冷项目42311534460882邢台丽滨嘉苑供热系统项目8348803280445431762048江苏连云港东方鸡场养殖热泵冷暖系统04985434248219140山西晋中张兰镇镇政府201817965445207078215263忻州同煤集团忻州阳方口集运站采暖项目2020158041218201256523宁夏固原高庄幼儿园11891030112384青海省贵南县拥军小区供暖项目2020062706934540948山东泰安肥城桃源镇东平养鸡场202113760221779334山东威海棱鱼台雷达站热泵采暖202201297764398309山东日照龙门崮风景区大棚大厅2019402034159112233250山东日照龙门崮风景区一号大棚2019447420214328175183山东日照龙门崮风景区二号大棚2019442342184524149164山东日照龙门崮风景区三号大棚2019443728197763159482陕西铜川市阴河村村委会空气能采暖项目201965313063706679陕西西安准星烘培面包房空气能采暖项目2019209201685625912内蒙古乌拉特中旗乌加河镇宏丰采暖项目202200265