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地热能与地源热泵联合制冷系统优化1

地热能与地源热泵联合制冷系统优化

摘要

本报告系统研究了地热能与地源热泵联合制冷系统的优化方案，旨在提高可再生

能源利用效率，降低建筑能耗。通过分析国内外地热能利用现状及地源热泵技术发展趋

势，结合我国”双碳”目标政策背景，提出了联合系统的优化理论框架和技术路线。研究

采用多目标优化算法，对系统配置、运行策略和控制参数进行了全面优化。案例数据显

示，优化后的联合系统相比传统制冷系统可节能3545%，碳排放降低4050%。报告详细

阐述了实施方案、经济效益和风险管控措施，为行业推广应用提供了科学依据。研究成

果对推动建筑领域节能减排具有重要意义，预计可产生显著的环境效益和经济效益。

引言与背景

1.1研究背景与意义

随着全球气候变化问题日益严峻，各国纷纷提出碳中和目标。我国已承诺2030年

前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，建筑行业作为能源消耗和碳排放的主要领域之

一，面临巨大减排压力。据《中国建筑能耗研究报告》显示，建筑运行能耗占全国总能

耗的20%以上，其中制冷空调系统占比高达4050%。传统制冷系统主要依赖电能驱动，

不仅消耗大量化石能源，还会加剧电网峰谷差。地热能作为一种稳定可靠的可再生能

源，与地源热泵技术结合可形成高效制冷解决方案，对实现建筑领域节能减排目标具有

重要战略意义。

1.2国内外研究现状

国际上，北欧国家在地热能利用方面处于领先地位。瑞典、丹麦等国已建成多个大

型地热区域供冷项目，系统效率普遍达到COP4.0以上。美国能源部发布的《地热能

技术路线图》明确提出，到2035年地热能将满足美国10%的制冷需求。我国地热能资

源丰富，但开发利用程度较低，地源热泵应用主要集中在供暖领域。据中国地热产业工

作委员会统计，2022年我国地源热泵应用面积已达8亿平方米，但其中制冷功能利用

率不足30%。现有研究多关注单一系统优化，对地热能与地源热泵联合系统的协同优化

研究较为缺乏。

1.3研究内容与框架

本报告围绕地热能与地源热泵联合制冷系统的优化展开研究，主要内容包括：系统

构建理论、多目标优化方法、智能控制策略、工程实施方案等。研究采用理论分析与数

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值模拟相结合的方法，建立系统数学模型，开发优化算法，并通过实际案例验证效果。

报告结构分为14个章节，从背景分析到结论展望，形成完整的研究体系。特别注重技

术可行性与经济性的平衡，为产业化应用提供全面指导。

1.4创新点与价值

本研究的创新点主要体现在三个方面：一是提出了地热能分级利用与地源热泵耦

合的新型系统架构；二是开发了基于机器学习的负荷预测与优化控制算法；三是建立了

全生命周期经济性评价模型。研究成果可填补国内在地热制冷领域的技术空白，推动行

业技术进步。从社会价值看，有助于减少建筑碳排放，改善城市热岛效应；从经济价值

看，可降低用户用能成本，培育新的经济增长点；从环境价值看，可促进可再生能源利

用，保护生态环境。

研究项目概述

2.1项目定位与目标

本项目定位为”十四五”国家重点研发计划”可再生能源技术”专项下的应用基础研究

项目，旨在解决地热能与地源热泵联合制冷系统中的关键技术问题。总体目标是开发出

能效提升30%以上、成本降低20%以上的优化系统，并在35个典型场景实现示范应

用。具体目标包括：建立系统设计理论体系，开发核心优化算法，形成工程实施规范，

培育专业技术人才队伍。项目周期为3年，总预算5000万元，其中研发投入占比60%，

示范工程占比40%。

2.2研究范围与边界

研究范围涵盖地热能资源评估、地源热泵系统设计、联合系统优化控制等全链条技

术。地理范围以华北、华东地区为主，兼顾不同气候区特点。技术边界限定于中低温地

热资源(50150℃)与地源热泵的联合应用，不包括高温地热发电技术。应用场景聚焦大

型公共建筑和区域供冷系统，暂不涉及小型家用系统。研究内容以技术优化为主，政策

机制研究为辅，确保技术路线的可行性和实用性。

2.3技术路线图

项目技术路线分为四个阶段：第一阶段(06个月)开展资源评估与需求分析，建

立系统概念模型；第二阶段(718个月)进