冷熱電三聯供系統在民用建筑中的應用

文/林東超、劉亞威 杭州華電華源環境工程有限公司 浙江杭州 310030

由于環保意識的提高，以及不可再生能源的大量使用，使人們認識到了節源能源、提高能源利用率的重要性。為了在節約能源的基礎上解決人們日常的供暖、供電、供冷問題，人們開始了冷熱電三聯供的方式，該方式以天然氣為能源支撐，燃燒能源清潔，多梯度的進行利用，最大程度的提高利用率，對此本文進行相關分析，并以某具體的民用建筑為例進行相關介紹。

1、冷熱電三聯供的相關概念

冷熱電三聯供，即CCHP（Combined Cooling, Heating and Power），該供能以天然氣為主，通過天然氣的燃燒帶動內燃機發電機等設備運行[1]，進行發電工作，產生的電能供給用戶使用，其發電量足夠用戶的電量消耗，剩余的電量還可以并入電網。天然氣燃燒會產生余熱，將系統排出的余熱進行在利用，即通過余熱鍋爐等設備進行余熱的回收，充分利用余熱的能量向用戶進行供冷、供熱。該功能方式通過一次能源燃燒就滿足了整個供能系統的需求，利用率極高，大大節約了能源，實現的分梯度的能源利用方式。

自1998年1月1日起實施的《中華人民共和國節約能源法》第三十九條就明確指出“國家鼓勵發展下列通用節能技術：發展熱能梯級利用技術，熱、電，冷聯產技術，提高熱能綜合利用率”[2]。此后技術不斷發展革新，逐漸走進人們的生活之中。

2、冷熱電三聯供的優點

2.1 節能環保

冷熱電三聯供是分布式能源的一種，一次燃燒可以多階段分梯度供能，其綜合利用率能夠達到90%，較普通的燃燒供能相比，利用率大大提高，并且燃燒的是天然氣，燃燒后產生二氧化碳和水，較為純凈，沒有有害氣體。

2.2 安全可靠

冷熱電三聯供系統的滿足自身建筑的供能外，剩余的熱量產生電能可以并入電網，供其他建筑使用。由于是建筑自己燃燒發電，所以不用擔心雷雨天氣破壞外部電網，建筑內部的電能供應將不受影響。

2.3 平衡能源消費

冷熱電三聯供的應用可以減少供能的用電量，增加天然氣的使用量，使消費比例趨向合理化，減少了空調的消耗以及管路的消耗，提高利用率。

3、民用建筑冷熱電三聯供方案分析

冷熱電三聯供有兩種工作方式，一個是根據建筑的電力需求來確定熱的供應，另一個是根據建筑的熱量需求來確定電的供應，不同的建筑有著不同的需求，因此在實際搭建該系統時要進行相應的考慮，本文以某民用建筑進行相關分析。

3.1 民用建筑的具體情況

該建筑面積為4.6萬m2，地下停車場1萬m2，地面建筑3.4 萬m2，總高82m。該建筑采用冷熱電三聯供進行供能，將系統置于樓的外部，樓內需要分季節進行供冷和供熱。供能面積為3.4萬m2。

3.2 建筑內用電分析

當季節性用電時，即夏季需要供冷，冬季需要供暖，都配有相關的設施，冷熱電三聯供的工作系統負荷比較小，此部分不需要外部電能的接入。

當非季節性用電時，即春季和秋季既不需要供冷，也不需要供熱，此時冷熱電三聯供并不工作，所以該部分需要向接入電網的電量。

通過以上的分析，在需要供能的季節電能由自身燃燒天然氣所得，多余的電能可并入電網，不足的電能從電網引入，靈活控制。

3.3 建筑內負荷分析

建筑內需要功能的面積為3.4萬m2，其中夏季供冷需要4500kW，若這些能量全部通過剩余的能量，則持續輸出的功率大約為3027kW。若是供熱的話，需要3200KW，經過計算，需要供能2960kW。以上所述為季節性供能，當非季節性時，樓內耗電大概為1700kW，此時若是發電組工作的話，則會造成浪費，因為消耗量無法吸收掉全部的能量。因此樓內供能需要根據發電量來確定。

4、民用建筑冷熱電三聯供經濟分析

對于中國的城市而言，大部分需要在夏季進行供冷，在冬季進行供熱，對于民用建筑而言，有兩種方案可以選擇。一種為全部利用國家電網的電能進行供冷和供熱，使用較為便利；另一種則是通過天然氣燃燒，即冷熱電三聯供。將兩種方案進行經濟對比，短期來看，若是采用冷熱電三聯供的方案，前期需要投入一筆不小的資金來運行設備，這需要一定的經濟能力支撐；而直接使用電網的電能則僅僅花費使用的電費，成本相對較低。從長期來看，冷熱電三聯供搭建完成后，在未來的時間內，可以采用自身的燃燒熱進行供電、供暖和供冷，將大大降低電費的使用，并且并入電網的電還能盈利，并且從長遠來看，該系統的環保效果、節能效果以及社會效益都遠高于第一種方案。

4.1 冷熱電三聯供年發電量計算

本次設計的建筑采用兩臺機組進行供能，以每日8小時的工作時間，每年200天的供能日期，則每年工作的時間則為1600個小時，設備工況按700kW計算，則每年發電224萬kW。

并且通過余熱進行供冷供熱，所節約的電能折算為發電量，則大約為83萬kW，因此總計的發電量可以視為兩者之和，即83+224=307萬kW。

4.2 天然氣的消耗量

目前天然氣每立方米可產生36MJ的能量，并且電能轉化率為37%，根據上述發電量的計算，大約需要天然氣60.5萬立方米，以單價3.61計算，則需218.4萬元。

4.3 設備運行的相關費用

設備的運行需要維護，則需要相應的投入，其費用包含以下幾個方面：設備維護的費用，工作人員的費用，設備的占有的場地費，相應的折舊費等，所用的費用綜合考慮，算入發電單價，可得出大概為0.8元/kW，而當地一般商用電價為0.89元/kW。

通過以上的分析，采用冷熱電三聯供的方式，其用電價格比國家電網較低，但是差價并不是特別明顯，總體優勢并不能完全體現出來，并且投入回報相對較慢。但是該功能方式的具有很高的社會意義，若是政府能給予相應的補助，則社會效益將會很好的顯現出來。

總結：

冷熱電三聯供是一種很好供能體系，具有能源利用率高，燃燒的能源較為清潔，具有極高的社會價值。應有于民用建筑的話，長遠來看具有較好的效益。對于該供能系統，政府等相關組織應給予相應的支持，來進一步發展該供能方式，不僅對民用建筑有好處，而且能夠減輕電網的負擔，緩解用電高峰時期電網的壓力，還能給予相應的電能供應。