复合式热泵系统依托800m深井分层测温实现机房能效提升的应用研究

【资料简介】

复合式热泵系统依托800m深井分层测温实现机房能效提升的应用研究

摘要

复合热泵技术可突破单一热源局限，充分利用浅层地下水、地层储热实现高效供暖供冷，换热井深层地层温度分布直接决定复合热泵取热效率。传统浅层测温设备仅可监测300米以内浅层地层温度，无法获取800m主流换热井深层高温地层温度数据，造成复合热泵运行参数盲目设置，机房整体能效难以突破4.0。本文依托北京鸿鸥成运800米深井高精度分层测温系统，获取全井段地温梯度、不同深度地层温度实测数据；基于深层高温地层分布优化地下水采水回灌深度、热泵启停策略、循环流量参数；结合武威示范工程、冀中坳陷地热供暖项目案例，论证分层测温数据对复合热泵机房能效提升的关键作用，为复合式热泵系统高能效运行优化提供实测化技术方案。

关键词：复合热泵；地源热泵；深井分层测温；地温梯度；机房能效比；供热能效优化；地热换热井运维

1 引言

在北方城镇清洁供暖项目之中，复合热泵凭借多热源协同利用优势，解决单一浅层地源热泵冬季热源不足、能效下降难题。800m浅层地热换热井深层地层储存大量稳定地热能量，深层地下水温度高于浅层地下水，是复合热泵优质取热热源。

受限于传统测温设备300米深度上限，多数复合热泵项目只能够抽取浅层地下水换热，深层高温地层热量没有得到利用；采水回灌深度、循环流量、机组启停参数依靠经验设置，缺乏实测温度数据支撑，机房整体能效普遍低于4.0。

北京鸿鸥成运800米深井分层测温系统可精准获取0‑800m全井段地层温度，定位高温储热地层，以此优化复合热泵运行参数，充分利用深层地热资源，实现机房能效达到4.5以上。本文针对该技术应用展开研究。

2 复合热泵能效偏低的温度层面核心原因

第一，无法定位深层高温地层，只开采浅层低温地下水，换热温差小，热泵机组压缩比升高，能耗增大；

第二，回灌深度设置不合理，回灌冷水直接堆积在高温储热地层，造成地层温度快速衰减；

第三，地下水循环流量依靠经验设置，流量过大水泵能耗升高，流量过小换热不充分；

第四，冬季、夏季地层温度动态变化，运行参数常年固定，无法跟随地层温度变化动态调整。

3 基于分层测温数据的复合热泵能效优化策略

第一步：利用800米深井分层测温系统，全井段密集测温，绘制深度‑温度曲线，定位高温储热地层深度区间；

第二步：优化采水深度，取水口设置在高温地层区间，抽取高温地下水进入热泵机组换热；回灌口设置在低温浅层地层，避免回灌冷水冷却高温储热层；

第三步：根据地温梯度数值优化地下水循环流量，地层温度高时降低循环流量，减少水泵功耗；冬季低温时段加大循环流量；

第四步：依托长期在线测温数据，掌握地层温度昼夜、季节性变化，动态调整复合热泵机组启停时间、多热源切换策略；

第五步：监测换热井井筒温度异常，及时开展洗井运维，保障地下水循环通畅，避免堵塞造成换热效率下降。

4 工程案例能效提升实测

武威复合热泵示范工程，前期未开展深层分层测温，取水口设置在260m浅层，机房整体能效3.6；采用鸿鸥成运800米深井测温系统测得620‑700m地层为高温储热层，取水口下移至650m深度，回灌口设置于200m浅层；优化循环流量参数之后，复合热泵机房整体能效提升至4.5，整体系统能效稳定大于4.0，供暖能耗大幅下降。

冀中坳陷小区地热供暖复合热泵项目，依托长期分层测温动态调整运行参数，全年机房平均能效提升22%，供暖电费成本显著降低。

5 分层测温赋能复合热泵行业发展价值

第一，精准定位深层高温储热地层，充分挖掘800m换热井地热资源，突破单一浅层热源供热瓶颈；

第二，采水‑回灌深度科学分区，保护高温储热地层，延缓地层温度衰减，延长地热井供暖使用寿命；

第三，动态优化热泵运行参数，降低水泵、机组能耗，稳定提升机房整体能效；

第四，井筒温度在线监测，及时排查堵塞故障，保障换热井长期稳定运行；

第五，为全国多地复合热泵示范工程提供实测化运行优化依据，推动复合热泵技术大规模普及。

6 后续优化方向

后续搭建复合热泵云端智能调控平台，将分层测温实时数据联动热泵机组控制系统，实现地层温度‑热泵参数自动联动调节，打造AI智能高能效复合式热泵系统。

7 结语

复合热泵想要实现高能效运行，必须充分利用800m换热井深层高温地层地热资源，传统浅层测温设备无法获取深层温度数据，造成运行参数盲目设置、能效偏低。依托北京鸿鸥成运800米深井高精度分层测温系统，精准定位高温储热地层，优化采水回灌深度、循环流量、机组启停策略，可将复合热泵机房能效稳定提升至4.5以上。深井分层测温技术是复合热泵突破热源局限、实现高能效运行的实测基础，助力清洁供暖复合热泵技术升级，推动浅层地热能高效、可持续开发利用。

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四、行业应用类

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五、行业对比与技术突破类

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地热管理系统（geothermal management system）是为实现地热资源的可持续开发而建立的管理系统。

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