冷热电三联供系统能耗分析方法研究

摘 要：能耗分析的侧重点为能量需求侧，分析应用冷热电三联供系统的建筑的制冷、制热能耗。提出用 “能耗简化”法来分析计算复杂冷热源情况下建筑全年能耗，并将这种计算方法应用于实际项目的能耗计算中，过程中借鉴了LEED认证过程中处理冷热电三联供系统能耗的计算方法，对于国外绿色建筑评价方法的灵活运用，对完善国内绿色建筑评价具有指导意义。

关键词：冷热电三联供；累计负荷；建筑能耗

1 前言

分布式能源是相对于传统的集中式供电方式而言的，以小规模（几kW至数MW）分散布置的方式建在用户附近，可独立的输出电、热和冷能的系统。

燃气冷热电三联供系统，即CCHP（Combined Cooling，Heating and Power），以天然气为主要燃料，带动燃气轮机或内燃机等燃气发电设备运行，产生的电力满足用户的电力需求，排出的低品位废热通过余热锅炉或者余热直燃机等余热回收利用设备向用户供热、供冷。作为能源集成系统，冷热电三联供系统按照功能可分为三个子系统：动力系统（发电）、供热系统（供暖、热水、通风等）和制冷系统（制冷、除湿等）。

常规大型发电效率为40～50%，受距离限制，50%的能源以废热的形式排放而无法充分利用；而冷热电三联供系统由于分散在用户附近，在获得40%的发电效率后，可将50%的废热就近用于供冷供热，对能源的梯级利用，使得能源效率提高到80%以上，从而起到节能的作用。

2 冷热电三联供系统能耗分析方法研究

国内外能耗模拟的研究一般采用动态模拟方法，即借助能耗模拟软件计算得到全年8760小时逐时冷热负荷，当已知建筑全年累计制/热负荷时，根据公式（1）可得到建筑全年制冷/熱能耗。

（1）

对于分布式能源站的能耗分析，美国LEED认证中提出两种方法，其中方法二Aggregate Building/DES Scenario[1]要求将建筑及相关的上游DES设备视为一个整体进行分析。这种方法比较复杂，但是考虑了上游设备的效率及损失，使分析计算结果比较精确。

区域能源站一般冷热源系统比较复杂，会超出软件模拟能力范围，这时需采用能耗“简化”法间接求出建筑的制冷、制热能耗。

“能耗简化”法以简化模拟过程为目的，是对模拟计算方法的灵活运用。具体做法是：（1）采用动态模拟方法计算出建筑全年累计冷/热负荷。（2）依据暖通设计对各类机组进行负荷分配。（3）根据公式（1）方法，计算得出各机组能耗，进而得出建筑设计制冷/热能耗。

该方法借鉴了美国LEED认证中的相关计算方法，又结合项目实际情况进行了简化分析，不但可以解决软件“超纲”问题，还可以为项目进行建筑用能分析提供解决方法。

这种计算方法可应用于多种机组（冷热电三联供系统、地源热泵、电制冷机组、燃气锅炉等）复合或联合供冷、供热的系统。

国内对于冷热电三联供系统的节能分析，一般侧重于对供能系统本身节能率、综合能源效率及经济性[2～5]分析，而从用户的用能情况分析冷热电三联供系统节能性的资料并不多。本文采用这种能耗“简化”法，结合实际工程从用能需求侧来分析冷热电三联供系统的节能效果。

3 方法应用

3.1 项目概况及能源站系统配置

该项目为一栋办公建筑位于天津地区，体型系数为0.17，地上9层，地下1层，总建筑面积为42680m2，主要功能房间为办公，该项目由区域能源站供冷、供热。

为满足用户冷、热需求，该能源站采用冷热电三联供能供系统，分别配置了地源热泵、电制冷机组、蓄冷蓄热等联合供冷供热。能源站供电、供热及供冷示意图如图1所示。

3.2 模拟设置参数及负荷计算

该项目的空调系统为风机盘管加新风系统，室内设计参数满足《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》的要求，空调、采暖室内设计温度及开启时间，人员作息时间，照明、设备逐时使用率参照《公共建筑节能设计标准》表B.0.4，表B.0.5-2～表B.0.7-2。

3.3 案例结果分析

该项目的冷热源非常复杂，eQuest软件难以实现这类复杂冷热源系统的模拟计算，为了得出该项目的能耗计算结果，应用了上述介绍的 “能耗简化”分析方法。

通过用eQuest模拟，该项目全年累计冷负荷为2137806kWh，设计热负荷为1077788kWh。

（1）建筑制冷能耗分析

根据能源站设计资料可得，本项目地源热泵、三联供溴化锂机组及电制冷机提供的冷负荷的比例分别为：三联供溴化锂机组6.7%，电制冷机组40%，地源热泵53.3%。

则各机组为建筑提供的冷量分别为：

地源热泵：0.53×2137806=1140306kWh；

电制冷机组：0.4×2137806=855122.4kWh；

三联供溴化锂机组：0.067×2137806=142378kWh。

根据能源站设计资料可知，各机组的全年综合制冷性能系数（SCOP）分别为：地源热泵机组5.31，电制冷机组5.52，根据公式（1）可分别得出各机组制冷能耗为：

地源热泵：1140306/5.31=214747kWh；

电制冷机组：855122.4/5.52=154913kWh；

三联供溴化锂机组制冷利用的是发电机的废热，即烟气和缸套水的热量，根据美国LEED认证标准，可认为溴冷机制冷没有消耗常规能源，而是对废热的利用，因此溴冷机制冷为零能耗。

综上所述，建筑制冷能耗包括以下2部分：即地源热泵制冷能耗214747kWh，电制冷机组制冷能耗154913kWh；该建筑全年制冷能耗为369.66MWh，单位面积能耗为8.7kWh/m2.a

（2）建筑制热能耗分析

本项目供热系统为地源热泵及三联供溴化锂机组，各自提供的热负荷的比例分别为：三联供溴冷机10.5%，地源热泵89.5%。则各机组为建筑提供的热量分别为：

地源热泵：0.895×1077788=964420kWh；

三联供溴化锂机组：0.105×1077788=1131677kWh。

地源热泵全年综合制热性能系数为3.45，则地源热泵机组的制热能耗为：

964420kWh/3.45=279600kWh；

同样，溴化锂机组制热为废热利用，认为零能耗。则该项目制热能耗为279.6MWh，单位面积能耗为6.6kWh/m2.a。

（3）建筑总能耗

经过以上分析计算，得出该项目建筑制冷、制热能耗共计为8.7+6.6=15.3kWh/m2.a。

以上案例分析，采用 “能耗简化”方法计算出区域供能情况下的建筑制冷制热总能耗值，应用该方法帮助该项目完成了绿色建筑星级评定相关内容，得到了专家的认同。

4 结论

本文主要从能量需求侧的角度，分析应用冷热电三联供系统的建筑的制冷、制热能耗，首先提出用能耗“简化”法来分析应用复合冷热源情况下建筑全年用能情况。并结合实际案例，应用这种能耗计算方法，对该项目全年制冷、制热能耗进行了分析计算。在计算过程中，借鉴了LEED认证过程中对于处理冷热电三联供系统能耗计算过程中的方法，简化了计算过程；对国外绿色建筑评价方法的灵活运用，对完善国内绿色建筑评价方法具有指导意义。

参考文献

[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热电三联产系统的节能研究，[硕士论文]，2009.

[3] 华贲. DES/CCHP系统和区域能源利用效率计算方法及影响因素分析.中外能源，2012，17.

[4] 刘青荣，阮应君等.冷热电三联产系统节能减排效果的理论分析.华东电力，2010，8（2）.

[5] 杨木和，王建，徐桓等.某医院建筑应用冷热电三联供系统的可行性分析.潔净与空调技术，2010，4.

作者简介：李倩（1985-），女，河北沧州人，工程师，从事建筑节能相关工作。