碳中和制冷技术发展论坛 - “ 热泵与碳中和”分论坛 双碳背景下热泵在湿度控制技术的应用 CONTANTS 目录 1. 技术和市场背景 2. 技术发展现状 3. 技术课题和展望 4. 总结 报告内容 CONTANTS 高效空调技术研究是碳中和背景下提高建筑能效的最重要发展趋势。 降低建筑负荷需求→超低能耗建筑的推行 提高暖通系统生产力→进一步提高暖通系统能效 碳中和背景下，多地发布超低能耗 ~20℃) → 潜热无法得到有效处理，室内潮湿 Case2 （现状）： 蒸发温度根据潜热负荷控制（ ~7℃) → 显热被过度处理，室内较冷 （造成空调频繁启停，能效低下的原因 之一） 传统热泵空调系统通过低蒸发温度下冷凝除湿集中处理显热和潜热负荷 → 室内舒适性无法得到完美解决的同时，制冷循环能效因为蒸发温度限制而无法进一步提 升 潜热 显热 潜热 显热 其中可以高效处理显热和潜热负荷的新风机是主要差异点 1. 技术和市场背景 - 国内家用新风产 品 7 日本市场对建筑节能和舒适性的重视，促使更多厂商投入新风调湿市场 中 全热回收结合吸附除湿是采用较多的技术方案 采用热泵技术为系统提供冷热源是共识 技术和市场背景 - 日本新风产 品 1. 8 CONTANTS 目录 1. 技术和市场背景 - 双碳背景下提出新产品需求 2. 技术发展现状 3. 技术课题和展望

6792 中 国 电 机 工 程 学 报 第 39 卷 备等供应；热/热水供应可来自热电联产(combined heat and power，CHP)单元、燃气锅炉、地源热泵系 统等。系统可配备蓄电/热装置，通过其不同时段的 蓄能和释能，提升系统运行调节的灵活性[11-12]。为 发挥 CIES 优势，需要制定合理有效的调度策略协 调多种设备的运行。 目前，对 成本的降低。文献[15]采用能源集线器模型，在对 系统详细建模的基础上，以日运行费用最小为目标 实现电、热、冷能的优化调度运行。文献[16]在分 时电价机制下，以调度周期内收益最大为目标，协 调电热泵、CHP 设备、辅助锅炉和蓄热、蓄电装置 的运行，满足建筑系统冷、热、电需求，获得了较 高供能效率。文献[17]在动态电价机制下基于楼宇 的蓄热特性，构建了 1 种虚拟储能系统模型，进而 进 CIES 结构组成及供能方式 本文以国家电网公司客户服务中心北方园区 供暖期(冬季)为例进行优化调度策略的研究。在该 园区供暖期，由外部电网和光伏系统满足电力需 求，采用 3 台螺杆式地源热泵主机、蓄热式电锅炉 系统(4 台承压电锅炉、3 台蓄热水箱)构建集中能源 站产生空调热水输送至各个楼宇，通过风机盘管满 足供热需求。同时太阳能热水系统和蓄热式电锅炉 系统为园区提供生活热水。供暖期系统供能结构见

） 作为分布式能源资源（DERs）的聚合体，在管理和利用表后灵活性方面扮演着 关键角色，为电网提供多重价值，并在全球范围内得到迅猛发展。 表后灵活性的价值 表后灵活性，通常来源于智能恒温器、热泵、具有能源管理系统的建筑以 及电池等储能设备所提供的可削减容量，通过 VPP 聚合后能够产生显著的系统 效益和客户利益。这些价值主要体现在以下几个方面：  提高电网可靠性和稳定性  VPP 效平衡供需。 聚合商在英国批发市场中的作用 聚合商在这一转型中扮演着关键角色。他们将小型、分散式能源资源 （DERs）——例如工业和商业消费者的需求侧响应、居民智能设备（如电动汽 车充电器、热泵）以及储能单元——汇集起来，形成一个集体性的灵活性来源， 为电网提供服务。从历史上看，这些独立聚合商，被称为虚拟牵头方（VLPs）， 其参与范围主要局限于平衡机制（BM），在此机制中，他们响应国家电网的直 日生效，标志着监管方面开启了智能能源落地实施，电力供应商 必须在 2025 年 1 月 1 日前提供动态电价套餐支持。 其核心内容包括：  可控消耗设备：《能源产业法》（EnWG）第 14a 条规定，可以灵活控制 热泵、电力存储系统和电动汽车充电站等设备，以实现电网稳定和可再生 能源的整合。  前瞻性：第 14a 条 EnWG 是朝着分散和智能能源系统迈出的一步，在这个 系统中，消费遵循生产，可持续行为得到奖励。

. 62 基准方案：分散式燃气锅炉 ................................................... 62 “ ” 全电 方案：余热废热和中央空气源热泵 ................................ 62 “ ” 全气 方案：余热废热与氢能热电联产 .................................... 64 供的。石油和天然气都必须进口到该园区。热泵提 供的 热量供应份额越来越大，更多的建筑和地区配备 了光伏 系统，用于当地发电。电力驱动的压缩冷却器 提供大部 分的冷却。 对三种不同的路径进行了比较：基于分散式燃气锅炉的 “ ” 现状方案，仅使用电力驱动部件的 全电 方案，以及 “ ” 用氢能网络取代天然气网络的 全气 方案。 现状 在当前情况下，供暖主要由分散的燃气锅炉提供，只有 少数使用电的热泵和一些燃油锅炉，而制冷则由电制冷 光伏系统越来越多地被用 作本地能源。热泵的安装越来越多（德国），增加了供 热部门对本地能源（环境热）的使用。 冗余负荷和灵活性潜力：在现有园区，由于只有少数分 散的发电机和很少的本地能源潜力被利用，一年中几乎 所有时间的能源平衡都是负的。 “ ” 全电 方案 “ ” 在 全电 方案中， 假设所有部门都实现了整体电气 化。燃气和石油等化石燃料的发热装置被发电机（基本 上是热泵）所取代。运输部门被电气化，导致建筑物内

产生的余热和部分循环水余热，采用“换热器+热泵”系统等高效清洁供暖技术， 向北燃集团房山供热公司提供 70/50℃的冬季采暖热源。项目批复总投资 23972 万元，设计年运行时长 2952 小时（每年 11 月 15 日至次年 3 月 15 日），供回水 温度为 70/50℃，供热能力 65.17 兆瓦，其中热泵总供热负荷 30 兆瓦。项目于 2023 年 11 月建成热泵供暖主体工程并投入试运。项目符合《北京市发展和改革委员 合《北京市发展和改革委员 会等关于印发进一步加快热泵系统应用推动清洁供暖实施意见的通知》京发改规 〔2019〕1 号政策，取得了 30%的资金支持。利用热泵提升装置低温余热进行供 暖属于《产业结构调整指导目录（2024 年本）》中的鼓励类。该目录鼓励绿色技 术创新和绿色环保产业发展，推进重点领域节能降碳和绿色转型。利用热泵技术 回收装置低温余热用于供暖，符合自然资源节约集约利用和产业绿色低碳转型的 1.2 技术装备等情况 项目新增换热器 5 台、热泵机组 3 台、定压罐 2 台、水泵 12 台，敷设 DN20-DN600 管线总长约 15300 米，配套增加 1 座 10kV 配电系统等。装置余热 分为东区、西区两套供热系统。70℃循环热水在用户北庄换热站与二网采暖水换 热后以 50℃回水经东区循环水泵加压分别送至制苯等装置和热泵机组取热，取 热后温度升至 70℃汇集到供热总管送至北庄换热站，形成东区供暖循环系统。

考虑隐含碳低、再生周期较短的材料，宜就地取材，对建筑废料进行回收再利 用。 9 5.3 机电系统设计 5.3.1 园区应提高建筑电气化率，热水系统宜采用太阳能或空气源热泵热水器， 餐饮功能宜采用全电厨房。 5.3.2 建筑设计时，应考虑安装太阳能系统，可利用建筑屋顶、立面设置光伏 建筑一体化系统，太阳能电池光电转换效率应符合现行地方标准《雄安新区零 碳建筑技术标准》DB1331/T 入电网实现 备用、调峰、需求侧响应等双向服务。 7.3 可再生能源利用 7.3.1 园区应合理利用可再生能源，提高可再生能源利用率，因地制宜采用太 阳能光电、太阳能光热、地源热泵、水源热泵、空气源热泵、生物质能、分散 式风电等可再生能源利用设施，并应符合下列规定： 1 园区太阳能光伏发电系统，应充分利用建筑屋顶、立面、雨棚等建筑场 景，休憩场地、交通场站等城市空间，安装高效光伏发电设施，提高光伏安装 园区场地和地质条件适宜、且经技术经济分析合理时，可采用地源热泵 系统；当具备中深层地热利用条件、且技术经济分析合理时，可利用其作为供 16 暖空调热源。地源热泵、中深层地热利用，均不应对地质构造、地下水系等产 生不利影响； 4 园区采用空气源热泵时，机组性能应在符合现行国家标准《建筑节能与 可再生能源利用通用规范》GB 55015 规定的基础上，达到现行国家标准《低环 境温度空气源热泵(冷水)机组能效限定值及能效等级》GB

MWh) 用于缓冲余热废热，氢能存储系统 (20 MWh) 连接到电解 器，电解器使用光伏电力 优势 需要大量氢气运输、分配和储存基础设施 系统构成 余热废热和中央空气源热泵为基础，通过热网分配热量，分散式冷却机满足制冷 需求 储能系统 热储存系统 (20 MWh) 用于缓冲余热废热，中央电力储存系统 (20 MWh) 存储光 伏剩余电力 投资成本较高 ( 热电联产厂和电解 器 ) · 二氧化碳排放量最低 ( 减排 75%) · 本地使用的电力份额最高 (66%) · 需要大量进口电力，尤其在冬季 · 冬季热泵运行导致正的剩余负荷 · 对中央电力供应的依赖性较高 · 适合高温工艺用热需求的行业 · 需要大量氢气进口用于供 热 " 全电 " 方 案 本地生产的电力可以直接被利 用 步的问题 ● 削 峰 ( Peak 储电系统 电池储能 压缩空气储能等 储热系统 热水储能 相变材料等 化学储能 氢能储存系统等 储能策略 - 分析能源潜力 电能在热泵中被用来 热量被储存在 个具 热量被用于热网中提 丹麦港口城市 Esbjerg 曾是一个无烟煤发电厂所在地，现正将热源从煤 电厂的余热转向可再生资源 计划于 2023 年关闭

and power，CHP)设备、电转 气(power to gas，P2G)设备、燃气锅炉(gas boiler， GB)，能源需求环节的中央空调(air conditioner，AC) 负荷、电热泵(electric heat pump，EHP)、吸收式制 冷机(absorption refrigerator，AF)等。此外，综合能 源系统还包括变压器(transformer，T)、换热器(heat 买电力、天然气、热力等能源资源，并整合自身的 风电、光伏资源，通过变压器、热电联产机组和燃 气锅炉等设备，将上述资源交换或转化为用户能够 利用的能量形式。在能源需求侧，用户利用其掌握 的电热泵、中央空调、吸收式制冷机和换热器等用 能耦合设备，采取合理、有利的用能方式消耗能源 供给侧输送的电能和热能，满足自身的电、热、冷 等需求。能源供给侧通过制定能源价格引导需求侧 参与系统优化运行，能源需求侧通过优化能源使用 源网络购买电力、天然气、热力等能源资源，通过 所管理能源转化设备，满足用户的多种用能需求， 可以建立能源供给侧的能量枢纽模型 C1 如式(1) 所示。 能价 负荷 换热器 中央 空调 吸收式 制冷机 电热泵 多能用户1 多能用户m … 变压器 热电 联产 燃气 锅炉 风机 光伏 系统运营商 电需求 热需求 冷需求 电 气 热 电能流 气能流 热能流 冷能流 信息流 Ee Eg