冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)能耗分析方法研究

摘 要：能耗分析的側(cè)重點(diǎn)為能量需求側(cè)，分析應(yīng)用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的建筑的制冷、制熱能耗。提出用 “能耗簡化”法來分析計(jì)算復(fù)雜冷熱源情況下建筑全年能耗，并將這種計(jì)算方法應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目的能耗計(jì)算中，過程中借鑒了LEED認(rèn)證過程中處理冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)能耗的計(jì)算方法，對于國外綠色建筑評價方法的靈活運(yùn)用，對完善國內(nèi)綠色建筑評價具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：冷熱電三聯(lián)供；累計(jì)負(fù)荷；建筑能耗

1 前言

分布式能源是相對于傳統(tǒng)的集中式供電方式而言的，以小規(guī)模（幾kW至數(shù)MW）分散布置的方式建在用戶附近，可獨(dú)立的輸出電、熱和冷能的系統(tǒng)。

燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)，即CCHP（Combined Cooling，Heating and Power），以天然氣為主要燃料，帶動燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)等燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運(yùn)行，產(chǎn)生的電力滿足用戶的電力需求，排出的低品位廢熱通過余熱鍋爐或者余熱直燃機(jī)等余熱回收利用設(shè)備向用戶供熱、供冷。作為能源集成系統(tǒng)，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)按照功能可分為三個子系統(tǒng)：動力系統(tǒng)（發(fā)電）、供熱系統(tǒng)（供暖、熱水、通風(fēng)等）和制冷系統(tǒng)（制冷、除濕等）。

常規(guī)大型發(fā)電效率為40～50%，受距離限制，50%的能源以廢熱的形式排放而無法充分利用；而冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)由于分散在用戶附近，在獲得40%的發(fā)電效率后，可將50%的廢熱就近用于供冷供熱，對能源的梯級利用，使得能源效率提高到80%以上，從而起到節(jié)能的作用。

2 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)能耗分析方法研究

國內(nèi)外能耗模擬的研究一般采用動態(tài)模擬方法，即借助能耗模擬軟件計(jì)算得到全年8760小時逐時冷熱負(fù)荷，當(dāng)已知建筑全年累計(jì)制/熱負(fù)荷時，根據(jù)公式（1）可得到建筑全年制冷/熱能耗。

（1）

對于分布式能源站的能耗分析，美國LEED認(rèn)證中提出兩種方法，其中方法二Aggregate Building/DES Scenario[1]要求將建筑及相關(guān)的上游DES設(shè)備視為一個整體進(jìn)行分析。這種方法比較復(fù)雜，但是考慮了上游設(shè)備的效率及損失，使分析計(jì)算結(jié)果比較精確。

區(qū)域能源站一般冷熱源系統(tǒng)比較復(fù)雜，會超出軟件模擬能力范圍，這時需采用能耗“簡化”法間接求出建筑的制冷、制熱能耗。

“能耗簡化”法以簡化模擬過程為目的，是對模擬計(jì)算方法的靈活運(yùn)用。具體做法是：（1）采用動態(tài)模擬方法計(jì)算出建筑全年累計(jì)冷/熱負(fù)荷。（2）依據(jù)暖通設(shè)計(jì)對各類機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷分配。（3）根據(jù)公式（1）方法，計(jì)算得出各機(jī)組能耗，進(jìn)而得出建筑設(shè)計(jì)制冷/熱能耗。

該方法借鑒了美國LEED認(rèn)證中的相關(guān)計(jì)算方法，又結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行了簡化分析，不但可以解決軟件“超綱”問題，還可以為項(xiàng)目進(jìn)行建筑用能分析提供解決方法。

這種計(jì)算方法可應(yīng)用于多種機(jī)組（冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)、地源熱泵、電制冷機(jī)組、燃?xì)忮仩t等）復(fù)合或聯(lián)合供冷、供熱的系統(tǒng)。

國內(nèi)對于冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能分析，一般側(cè)重于對供能系統(tǒng)本身節(jié)能率、綜合能源效率及經(jīng)濟(jì)性[2～5]分析，而從用戶的用能情況分析冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)節(jié)能性的資料并不多。本文采用這種能耗“簡化”法，結(jié)合實(shí)際工程從用能需求側(cè)來分析冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能效果。

3 方法應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況及能源站系統(tǒng)配置

該項(xiàng)目為一棟辦公建筑位于天津地區(qū)，體型系數(shù)為0.17，地上9層，地下1層，總建筑面積為42680m2，主要功能房間為辦公，該項(xiàng)目由區(qū)域能源站供冷、供熱。

為滿足用戶冷、熱需求，該能源站采用冷熱電三聯(lián)供能供系統(tǒng)，分別配置了地源熱泵、電制冷機(jī)組、蓄冷蓄熱等聯(lián)合供冷供熱。能源站供電、供熱及供冷示意圖如圖1所示。

3.2 模擬設(shè)置參數(shù)及負(fù)荷計(jì)算

該項(xiàng)目的空調(diào)系統(tǒng)為風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)滿足《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，空調(diào)、采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度及開啟時間，人員作息時間，照明、設(shè)備逐時使用率參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》表B.0.4，表B.0.5-2～表B.0.7-2。

3.3 案例結(jié)果分析

該項(xiàng)目的冷熱源非常復(fù)雜，eQuest軟件難以實(shí)現(xiàn)這類復(fù)雜冷熱源系統(tǒng)的模擬計(jì)算，為了得出該項(xiàng)目的能耗計(jì)算結(jié)果，應(yīng)用了上述介紹的 “能耗簡化”分析方法。

通過用eQuest模擬，該項(xiàng)目全年累計(jì)冷負(fù)荷為2137806kWh，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為1077788kWh。

（1）建筑制冷能耗分析

根據(jù)能源站設(shè)計(jì)資料可得，本項(xiàng)目地源熱泵、三聯(lián)供溴化鋰機(jī)組及電制冷機(jī)提供的冷負(fù)荷的比例分別為：三聯(lián)供溴化鋰機(jī)組6.7%，電制冷機(jī)組40%，地源熱泵53.3%。

則各機(jī)組為建筑提供的冷量分別為：

地源熱泵：0.53×2137806=1140306kWh；

電制冷機(jī)組：0.4×2137806=855122.4kWh；

三聯(lián)供溴化鋰機(jī)組：0.067×2137806=142378kWh。

根據(jù)能源站設(shè)計(jì)資料可知，各機(jī)組的全年綜合制冷性能系數(shù)（SCOP）分別為：地源熱泵機(jī)組5.31，電制冷機(jī)組5.52，根據(jù)公式（1）可分別得出各機(jī)組制冷能耗為：

地源熱泵：1140306/5.31=214747kWh；

電制冷機(jī)組：855122.4/5.52=154913kWh；

三聯(lián)供溴化鋰機(jī)組制冷利用的是發(fā)電機(jī)的廢熱，即煙氣和缸套水的熱量，根據(jù)美國LEED認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，可認(rèn)為溴冷機(jī)制冷沒有消耗常規(guī)能源，而是對廢熱的利用，因此溴冷機(jī)制冷為零能耗。

綜上所述，建筑制冷能耗包括以下2部分：即地源熱泵制冷能耗214747kWh，電制冷機(jī)組制冷能耗154913kWh；該建筑全年制冷能耗為369.66MWh，單位面積能耗為8.7kWh/m2.a

（2）建筑制熱能耗分析

本項(xiàng)目供熱系統(tǒng)為地源熱泵及三聯(lián)供溴化鋰機(jī)組，各自提供的熱負(fù)荷的比例分別為：三聯(lián)供溴冷機(jī)10.5%，地源熱泵89.5%。則各機(jī)組為建筑提供的熱量分別為：

地源熱泵：0.895×1077788=964420kWh；

三聯(lián)供溴化鋰機(jī)組：0.105×1077788=1131677kWh。

地源熱泵全年綜合制熱性能系數(shù)為3.45，則地源熱泵機(jī)組的制熱能耗為：

964420kWh/3.45=279600kWh；

同樣，溴化鋰機(jī)組制熱為廢熱利用，認(rèn)為零能耗。則該項(xiàng)目制熱能耗為279.6MWh，單位面積能耗為6.6kWh/m2.a。

（3）建筑總能耗

經(jīng)過以上分析計(jì)算，得出該項(xiàng)目建筑制冷、制熱能耗共計(jì)為8.7+6.6=15.3kWh/m2.a。

以上案例分析，采用 “能耗簡化”方法計(jì)算出區(qū)域供能情況下的建筑制冷制熱總能耗值，應(yīng)用該方法幫助該項(xiàng)目完成了綠色建筑星級評定相關(guān)內(nèi)容，得到了專家的認(rèn)同。

4 結(jié)論

本文主要從能量需求側(cè)的角度，分析應(yīng)用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的建筑的制冷、制熱能耗，首先提出用能耗“簡化”法來分析應(yīng)用復(fù)合冷熱源情況下建筑全年用能情況。并結(jié)合實(shí)際案例，應(yīng)用這種能耗計(jì)算方法，對該項(xiàng)目全年制冷、制熱能耗進(jìn)行了分析計(jì)算。在計(jì)算過程中，借鑒了LEED認(rèn)證過程中對于處理冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)能耗計(jì)算過程中的方法，簡化了計(jì)算過程；對國外綠色建筑評價方法的靈活運(yùn)用，對完善國內(nèi)綠色建筑評價方法具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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[2] 胡淞城.基于吸收式制冷的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能研究，[碩士論文]，2009.

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作者簡介：李倩（1985-），女，河北滄州人，工程師，從事建筑節(jié)能相關(guān)工作。