分布式能源與建筑的融合上

1、分布式能源與建筑的融合（上）摘要：分布式能源的發(fā)電量和建筑用電量之間的平衡，分布式能源排熱量和建筑采暖、制冷、生活熱水用量之間的平衡是衡量分布式能源和建筑融合的標(biāo)準(zhǔn)。不同用途建筑物采用不同的分布式能源系統(tǒng)和不同的排熱回收裝置；采用詳細(xì)的、先進(jìn)的負(fù)荷計(jì)算方法；充分采用各種節(jié)能措施降低建筑能耗量；電力負(fù)荷的合理取值和優(yōu)化運(yùn)行方式等是評價分布式能源系統(tǒng)與建筑融合的條件。 關(guān)鍵詞： 冷（熱）負(fù)荷全年能耗量節(jié)能項(xiàng)目合同電力優(yōu)化運(yùn)行能源利用率復(fù)合能源分布式能源是指將發(fā)電系統(tǒng)以小規(guī)模（數(shù)千瓦至50MW的小型模塊式）、分散式的方式布置在建筑物內(nèi)或建筑物附近，向用戶供電、供冷（熱）和生活熱水。在燃?xì)夥植际侥茉聪?/p>

2、統(tǒng)中，由于燃?xì)廨啓C(jī)（或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)）的初始溫度T1超過1000，余熱利用溫度T2可低至2030，蒸汽輪機(jī)的T1約為550，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，理想熱機(jī)熱效率 ，燃?xì)夥植际侥茉吹臒嵝时日羝啓C(jī)高，是一種比較理想的總能利用系統(tǒng)。建筑發(fā)展的原則是堅(jiān)持以人為本，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需求，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的精神需要，滿足人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的要求，滿足人與人之間溝通和交往的需要。電、熱、冷、熱水是現(xiàn)代建筑的基本需求，由于熱、冷、生活熱水可采用低品位的能源，是分布式能源余熱利用的主要途徑，利用的是否合理，對分布式能源的能源利用率的高低有很大的影響?！胺峙涞卯?dāng)、各得其所、溫度對口、梯級利用”是分布式能源與建筑

3、融合的依據(jù)。衡量融合的標(biāo)準(zhǔn)是：分布式能源的發(fā)電量和建筑用電量之間的平衡；分布式能源排熱量和建筑采暖、制冷、生活熱水用量之間的平衡。兩者之間平衡的越好，分布式能源系統(tǒng)的效益（經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、社會）越好；反之，多余排熱只能排出，增大了系統(tǒng)能耗，降低了能源利用率。實(shí)現(xiàn)兩者融合的主要條件如下。一、不同用途建筑物應(yīng)采用不同的分布式能源系統(tǒng)和不同的排熱回收裝置1不同用途建筑物冷、暖、熱水、電的峰值負(fù)荷不同，全年負(fù)荷量也不同，故應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的性能質(zhì)選擇分布式能源的燃?xì)鈾C(jī)類型。表1、表2分別表示賓館、醫(yī)院的峰值負(fù)荷和全年負(fù)荷量。表3、表4分別表示燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的排熱回收量。燃?xì)廨啓C(jī)分為大中型（20000kw）

4、、小型（100020000kw）和微型（<1000kw），分布式能源系統(tǒng)中常使用的是小型和微型燃?xì)廨啓C(jī)，微型燃?xì)廨啓C(jī)的壓比約為4.0，透平進(jìn)口溫度約為1000，出口煙氣溫度約為650，回?zé)崞髋艤兀ǔ隹跓煖兀┬∮?20。燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的主要區(qū)別見表5。從表5可知，燃?xì)廨啓C(jī)的排熱量全部為450550煙氣的排熱量，排熱量/發(fā)電能力較大，煙氣溫度較高，當(dāng)建筑冷、熱負(fù)荷較大或需要蒸汽負(fù)荷量較大時，可采用這種方式。當(dāng)建筑要求生活熱水負(fù)荷較多時，由于生活熱水所需溫度較低，故可采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)方式。表1 賓館、醫(yī)院的峰值負(fù)荷 賓館醫(yī)院建筑面積（m2）2527014342冷負(fù)荷（kcal/m2

5、·h）75.5466.4采暖負(fù)荷（kcal/m2·h）67.64128.8生活熱水負(fù)荷（kcal/m2·h）28.4720 電負(fù)荷（熱源輔機(jī)除外）（w/m2）28.134.5 蒸汽負(fù)荷（kcal/m2·h） 61.1表2 賓館、醫(yī)院的全年負(fù)荷 賓館醫(yī)院建筑面積（m2）2527014342全年冷負(fù)荷（Gcal/m2·a）0.0876（33.48%）0.039（12.95%）全年采暖負(fù)荷（Gcal/m2·a）0.095（36.15%）0.098（32.56%）全年生活熱水負(fù)荷（Gcal/m2·a）0.079（30.37%）0.0

6、49（16.28%）全年蒸汽負(fù)荷（Gcal/m2·a） 0.115（38.21%）全年電負(fù)荷（kwh/m2·a）205.4174.6表3 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電機(jī)容量和排熱回收量（最大值）的關(guān)系發(fā)電能力（kw）100200300400600900排熱回收量水套排熱（Mcal/h）97194290386580869排氣排熱（Mcal/h）54108163217325488合計(jì)（Mcal/h）1513024536039051358排熱量/發(fā)電能力1.511.511.511.511.511.51表4 燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電機(jī)容量和排熱回收量（最大值）的關(guān)系發(fā)電能力（kw）2004001000排

7、熱回收量（Mcal/h）3927831782排熱量/發(fā)電能力1.961.961.78表5 燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的主要區(qū)別 燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電效率（%）27.039.0（小型、微型）30.045（柴油內(nèi)燃機(jī)）排熱量/發(fā)電能力（Mcal/h/kw）1.81.961.51排煙溫度和排氣排熱量450550（全部排熱量）400450，約為全部排熱量的35%水套出口水溫和水套排熱量 5590，約為全部排熱量的65%2不同用途建筑物應(yīng)采用不同的排熱回收裝置（1）選擇排熱回收裝置的重要性排熱回收是分布式能源特有的技術(shù)，利用排熱量的多少和排熱裝置的效率直接決定了分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性，同時還對系統(tǒng)的

8、初投資、占地和系統(tǒng)的可靠性、耐久性和維護(hù)保養(yǎng)性有很大的影響。選擇排熱回收裝置的一般原則是使冷（熱）負(fù)荷和電負(fù)荷達(dá)到平衡，以便充分地利用排熱量，提高分布式能源系統(tǒng)的能源利用率。（2）排熱回收裝置 配套煙氣型冷熱水機(jī)，即不通過余熱鍋爐的熱轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的排熱利用方式。主要型式有：發(fā)電機(jī)配套低溫尾氣型冷溫水機(jī)，制冷機(jī)利用發(fā)電機(jī)230350的尾氣，單效循環(huán)進(jìn)行制冷或制熱；發(fā)電機(jī)配套高溫尾氣型冷溫水機(jī)，冷溫水機(jī)利用發(fā)電機(jī)380以上的尾氣，雙效循環(huán)進(jìn)行制冷、制熱或提高生活熱水，發(fā)電機(jī)配套高溫尾氣補(bǔ)燃型直燃機(jī)，余熱直燃機(jī)利用發(fā)電機(jī)380以上尾氣和燃料二種能源進(jìn)行制冷、制熱和提供生活熱水；發(fā)電機(jī)配套尾氣缸套水型冷溫

9、水機(jī)，制冷機(jī)利用380以上的尾氣，93以上的缸套水二種能源，雙效循環(huán)進(jìn)行制冷、制熱和提供生活熱水。 排熱回收用換熱器（見表6）表6 排熱回收用換熱器的分類 排熱回收形態(tài) 發(fā)生蒸汽產(chǎn)生熱水產(chǎn)生熱風(fēng)排熱排出形態(tài)排氣排熱發(fā)生蒸汽用換熱器·余熱鍋爐產(chǎn)生熱水用換熱器·管殼式·板式·直接接觸式產(chǎn)生熱風(fēng)用換熱器·管殼式·板式·排氣直接利用式冷卻水排熱發(fā)生蒸汽式冷卻水換熱器·沸騰冷卻產(chǎn)生熱水式冷卻水換熱器·管殼式·板式·直接冷卻式產(chǎn)生熱風(fēng)式冷卻水換熱器·管殼式·板式表6表示根據(jù)排熱

10、排出形態(tài)和回收形態(tài)的換熱器的分類。其中產(chǎn)生熱風(fēng)的空氣預(yù)熱器不僅要承受500600的高溫，而且燃燒氣體中的凝結(jié)水對材質(zhì)也有很大的影響，最近開發(fā)的板殼式換熱器（空氣預(yù)熱器）不僅能滿足上述要求，而且傳熱效率較高。（3）根據(jù)建筑的需求，選擇合適的排熱回收裝置 我國已有燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)分布式能源系統(tǒng)水套排熱冷卻水的上限溫度約為90，當(dāng)以它作為單效循環(huán)吸收式制冷機(jī)熱源時，機(jī)組體積大，能效系數(shù)低。 對于煙氣溫度為500600的排氣，可采用對接式煙氣冷溫水機(jī)，也可采用梯級利用方式，第一級發(fā)生蒸汽，滿足工藝或吸收式制冷機(jī)的要求，第二級通過水-水換熱器發(fā)生熱水。二、設(shè)計(jì)人員采用習(xí)慣俗成的冷（熱）指標(biāo)方法作為分布式能源系

11、統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)是不合適的1建筑面積和冷（熱）源冷量的關(guān)系建筑面積越大，單位面積空調(diào)冷量越小。上海公共建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能潛力分析通過對上海公共建筑的調(diào)查得出，當(dāng)建筑面積為12萬m2時，空調(diào)裝機(jī)冷量為140w/m2，當(dāng)建筑面積為23萬m2，該值為135w/m2，當(dāng)建筑面積為78萬m2時，該值為110w/m2。原因是：大面積的高層建筑中各部分空調(diào)使用情況差異較大，也就是說有較大的負(fù)荷參差率和同時使用率；峰 值冷量并不等于各部分和各房間的高峰負(fù)荷簡單地疊加；大面積高層建筑對建筑節(jié)能相對較重視，采取了相應(yīng)的節(jié)能措施，故減少了空調(diào)裝機(jī)容量。2我國的設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷指標(biāo)值比實(shí)際使用中最大值大得多表7、表8、表9是

12、我國有關(guān)供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊中規(guī)定的冷（熱）和生活熱水指標(biāo)值。設(shè)計(jì)時以表7中的現(xiàn)有建筑，表8和表9為依據(jù)，將峰值冷（熱）量簡單疊加，并乘以大于1的安全系數(shù)。按冷（熱）負(fù)荷指標(biāo)設(shè)計(jì)選擇的結(jié)果，必然出現(xiàn)高估和冒估的問題，即實(shí)際負(fù)荷大大低于估算值，如某些大樓空調(diào)裝機(jī)容量即使在最熱的天氣也只使用一半左右。表7 采暖熱指標(biāo)推薦值建筑物類 型住宅居住區(qū)綜 合學(xué)校辦公醫(yī)院托幼旅館商店食堂餐廳影劇院展覽館大禮堂體育館現(xiàn)有建筑4356(5864)(6067)5881(6080)6481(6580)5870(6070)6487(6580)116140(115140)93116(95115)116163(115165)

13、節(jié)能建筑28372836273930392734304199119799999140注：熱指標(biāo)指民用建筑設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，不包括管網(wǎng)、熱力站等的熱損失。表8 空調(diào)冷負(fù)荷指標(biāo)建筑類型及房間名稱冷負(fù)荷指標(biāo)（w/m2）建筑類型及房間名稱冷負(fù)荷指標(biāo)（w/m2）旅游、旅館：客房（標(biāo)準(zhǔn)層）酒吧、咖啡西餐廳中餐廳、宴會廳商店、小賣部中庭、接待小會議室(允許小量吸煙)大會議室(不許吸煙)理發(fā)、美容健身房、保齡球彈子房室內(nèi)游泳池舞廳（交誼舞）舞廳（迪斯科）辦公80110100180160200180350100160901202003001802801201801002009012020035020025025035

14、090120商場、百貨大樓：營業(yè)室150250影劇院：觀眾席休息廳（允許吸煙）化妝室18035030040090120體育館：比賽館觀眾休息廳（允許吸煙）貴賓室120250300400100120展覽廳、陳列室會堂、報告廳130200150200圖書閱覽75100科研、辦公90140醫(yī)院：高能病房一般手術(shù)室潔凈手術(shù)室X光、CT、B超診斷80110100150300500120150公寓、住宅8090餐館200350表9 居住區(qū)生活熱水熱指標(biāo)用水設(shè)備情況熱指標(biāo)（w/m2）備注住宅無生活熱水設(shè)備，只對公建供熱水2.53 全部住宅有浴盆并供給生活熱水時4020熱力站供熱面積<2萬m2熱

15、力站供熱面積>2萬m2 3我國的設(shè)計(jì)冷（熱）負(fù)荷指標(biāo)值與國外同類建筑比，在相同的氣候條件下也大得多。在上海公共建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能潛力分析文中指出，上海空調(diào)大樓平均裝機(jī)冷量為112.8w/m2，比東京大12.6%。而上海夏季干球溫度比東京平均僅高1，濕球溫度基本相同，雖然氣候條件差異導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷比東京大12%，但由于大型公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷占總負(fù)荷的比例很小，加上新風(fēng)也僅比東京大34%。4建筑節(jié)能對冷（熱）負(fù)荷的影響從表7采暖熱指標(biāo)推薦值可知，節(jié)能建筑的熱指標(biāo)比現(xiàn)有建筑低得多，在分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，對于新建建筑應(yīng)采用節(jié)能建筑熱指標(biāo)數(shù)值。從表10還可知，我國的

16、建筑節(jié)能還具有很大的潛力。表10 北京建筑采暖能耗與部分國家的比較 w/m2執(zhí)行新節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)前采明期的平均能耗30.1執(zhí)行新節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)后采暖期的平均能耗20.6瑞典、丹麥、芬蘭等國采暖期的平均能耗115我國公共建筑物的特點(diǎn)對冷（熱）負(fù)荷的影響我國公共建筑的特點(diǎn)：（1）大型化：如××機(jī)場新建航站樓50幾萬m2，大學(xué)城50萬m2100萬m2，軟件園30萬m240萬m2，（2）功能復(fù)雜，往往將辦公、公寓、商場、餐飲、娛樂等多種設(shè)施集中在一幢高層建筑之中。在設(shè)計(jì)分布式能源系統(tǒng)時，必須考慮不同使用功能建筑的同時使用系數(shù)和參差系數(shù)對冷（熱）負(fù)荷的影響。6建議采用詳細(xì)的和先進(jìn)的負(fù)荷計(jì)算方法。在可行性設(shè)計(jì)階段，當(dāng)設(shè)計(jì)條件不具備時，也可采用指標(biāo)估算方法，但應(yīng)有一定的科學(xué)依據(jù)，越是大型的建筑越是需要考慮負(fù)荷參差率，即在負(fù)荷估算值的基礎(chǔ)上乘以一個小于1的系數(shù)（一般取為.70.8）。三、在利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算各類建筑的能耗時，