冷熱電三聯供系統能耗分析方法研究

摘 要：能耗分析的側重點為能量需求側，分析應用冷熱電三聯供系統的建筑的制冷、制熱能耗。提出用 “能耗簡化”法來分析計算復雜冷熱源情況下建筑全年能耗，并將這種計算方法應用于實際項目的能耗計算中，過程中借鑒了LEED認證過程中處理冷熱電三聯供系統能耗的計算方法，對于國外綠色建筑評價方法的靈活運用，對完善國內綠色建筑評價具有指導意義。

關鍵詞：冷熱電三聯供；累計負荷；建筑能耗

1 前言

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

燃氣冷熱電三聯供系統，即CCHP（Combined Cooling，Heating and Power），以天然氣為主要燃料，帶動燃氣輪機或內燃機等燃氣發電設備運行，產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等余熱回收利用設備向用戶供熱、供冷。作為能源集成系統，冷熱電三聯供系統按照功能可分為三個子系統：動力系統（發電）、供熱系統（供暖、熱水、通風等）和制冷系統（制冷、除濕等）。

常規大型發電效率為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；而冷熱電三聯供系統由于分散在用戶附近，在獲得40%的發電效率后，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，從而起到節能的作用。

2 冷熱電三聯供系統能耗分析方法研究

國內外能耗模擬的研究一般采用動態模擬方法，即借助能耗模擬軟件計算得到全年8760小時逐時冷熱負荷，當已知建筑全年累計制/熱負荷時，根據公式（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]要求將建筑及相關的上游DES設備視為一個整體進行分析。這種方法比較復雜，但是考慮了上游設備的效率及損失，使分析計算結果比較精確。

區域能源站一般冷熱源系統比較復雜，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，是對模擬計算方法的靈活運用。具體做法是：（1）采用動態模擬方法計算出建筑全年累計冷/熱負荷。（2）依據暖通設計對各類機組進行負荷分配。（3）根據公式（1）方法，計算得出各機組能耗，進而得出建筑設計制冷/熱能耗。

該方法借鑒了美國LEED認證中的相關計算方法，又結合項目實際情況進行了簡化分析，不但可以解決軟件“超綱”問題，還可以為項目進行建筑用能分析提供解決方法。

這種計算方法可應用于多種機組（冷熱電三聯供系統、地源熱泵、電制冷機組、燃氣鍋爐等）復合或聯合供冷、供熱的系統。

國內對于冷熱電三聯供系統的節能分析，一般側重于對供能系統本身節能率、綜合能源效率及經濟性[2～5]分析，而從用戶的用能情況分析冷熱電三聯供系統節能性的資料并不多。本文采用這種能耗“簡化”法，結合實際工程從用能需求側來分析冷熱電三聯供系統的節能效果。

3 方法應用

3.1 項目概況及能源站系統配置

該項目為一棟辦公建筑位于天津地區，體型系數為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，該項目由區域能源站供冷、供熱。

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

3.2 模擬設置參數及負荷計算

該項目的空調系統為風機盤管加新風系統，室內設計參數滿足《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》的要求，空調、采暖室內設計溫度及開啟時間，人員作息時間，照明、設備逐時使用率參照《公共建筑節能設計標準》表B.0.4，表B.0.5-2～表B.0.7-2。

3.3 案例結果分析

該項目的冷熱源非常復雜，eQuest軟件難以實現這類復雜冷熱源系統的模擬計算，為了得出該項目的能耗計算結果，應用了上述介紹的 “能耗簡化”分析方法。

通過用eQuest模擬，該項目全年累計冷負荷為2137806kWh，設計熱負荷為1077788kWh。

（1）建筑制冷能耗分析

根據能源站設計資料可得，本項目地源熱泵、三聯供溴化鋰機組及電制冷機提供的冷負荷的比例分別為：三聯供溴化鋰機組6.7%，電制冷機組40%，地源熱泵53.3%。

則各機組為建筑提供的冷量分別為：

地源熱泵：0.53×2137806=1140306kWh；

電制冷機組：0.4×2137806=855122.4kWh；

三聯供溴化鋰機組：0.067×2137806=142378kWh。

根據能源站設計資料可知，各機組的全年綜合制冷性能系數（SCOP）分別為：地源熱泵機組5.31，電制冷機組5.52，根據公式（1）可分別得出各機組制冷能耗為：

地源熱泵：1140306/5.31=214747kWh；

電制冷機組：855122.4/5.52=154913kWh；

三聯供溴化鋰機組制冷利用的是發電機的廢熱，即煙氣和缸套水的熱量，根據美國LEED認證標準，可認為溴冷機制冷沒有消耗常規能源，而是對廢熱的利用，因此溴冷機制冷為零能耗。

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

本項目供熱系統為地源熱泵及三聯供溴化鋰機組，各自提供的熱負荷的比例分別為：三聯供溴冷機10.5%，地源熱泵89.5%。則各機組為建筑提供的熱量分別為：

地源熱泵：0.895×1077788=964420kWh；

三聯供溴化鋰機組：0.105×1077788=1131677kWh。

地源熱泵全年綜合制熱性能系數為3.45，則地源熱泵機組的制熱能耗為：

964420kWh/3.45=279600kWh；

同樣，溴化鋰機組制熱為廢熱利用，認為零能耗。則該項目制熱能耗為279.6MWh，單位面積能耗為6.6kWh/m2.a。

（3）建筑總能耗

經過以上分析計算，得出該項目建筑制冷、制熱能耗共計為8.7+6.6=15.3kWh/m2.a。

以上案例分析，采用 “能耗簡化”方法計算出區域供能情況下的建筑制冷制熱總能耗值，應用該方法幫助該項目完成了綠色建筑星級評定相關內容，得到了專家的認同。

4 結論

本文主要從能量需求側的角度，分析應用冷熱電三聯供系統的建筑的制冷、制熱能耗，首先提出用能耗“簡化”法來分析應用復合冷熱源情況下建筑全年用能情況。并結合實際案例，應用這種能耗計算方法，對該項目全年制冷、制熱能耗進行了分析計算。在計算過程中，借鑒了LEED認證過程中對于處理冷熱電三聯供系統能耗計算過程中的方法，簡化了計算過程；對國外綠色建筑評價方法的靈活運用，對完善國內綠色建筑評價方法具有指導意義。

參考文獻

[1] Treatment of District or Campus Thermal Energy in LEED V2 and LEED 2009-Design &Construction.

[2] 胡淞城.基于吸收式制冷的冷熱電三聯產系統的節能研究，[碩士論文]，2009.

[3] 華賁. DES/CCHP系統和區域能源利用效率計算方法及影響因素分析.中外能源，2012，17.

[4] 劉青榮，阮應君等.冷熱電三聯產系統節能減排效果的理論分析.華東電力，2010，8（2）.

[5] 楊木和，王建，徐桓等.某醫院建筑應用冷熱電三聯供系統的可行性分析.潔凈與空調技術，2010，4.

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