分布式能源與建筑的融合

1、精品 料推薦一、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、電的峰值負荷不同，全年負荷量也不同，故應(yīng)根據(jù)負荷的性能質(zhì)選擇分布式能源的燃氣機類型。表 1、表 2 分別表示賓館、醫(yī)院的峰值負荷和全年負荷量。表3、表 4 分別表示燃氣內(nèi)燃機和燃氣輪機的排熱回收量。燃氣輪機分為大中型（20000kw）、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氣輪機，微型燃氣輪機的壓比約為4.0，透平進口溫度約為1000，出口煙氣溫度約為650，回?zé)崞髋艤兀ǔ隹跓煖兀┬∮?320。燃氣輪機和燃氣內(nèi)燃機的主要區(qū)別見表 5

2、。從表 5 可知，燃氣輪機的排熱量全部為 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、熱負荷較大或需要蒸汽負荷量較大時，可采用這種方式。當(dāng)建筑要求生活熱水負荷較多時， 由于生活熱水所需溫度較低，故可采用燃氣內(nèi)燃機方式。表 1賓館、醫(yī)院的峰值負荷建筑面積（ m2）冷負荷（ kcal/m2h）采暖負荷（ kcal/m2h）生活熱水負荷（ kcal/m2h）電負荷（熱源輔機除外）（w/m 2）蒸汽負荷（ kcal/m2h）表 2賓館、醫(yī)院的全年負荷建筑面積（ m2）全年冷負荷（ gcal/m2a）全年生活熱水負荷（ gcal/m2a）全年電負荷（ kwh/m 2a）賓

3、館醫(yī)院252701434275.5466.467.64128.828.472028.134.561.1賓館醫(yī)院25270143420.0876（ 33.48%）0.039（12.95%）0.095（36.15%）0.098（32.56%）0.079（30.37%）0.049（16.28%）0.115（38.21%）205.4174.6表 3燃氣內(nèi)燃機的發(fā)電機容量和排熱回收量（最大值）的關(guān)系發(fā)電能力（ kw）100200300400600900排熱水套排熱（ mcal/h ）97194290386580869回收排氣排熱（ mcal/h ）54108163217325488量合計（ mcal/h

4、 ）1513024536039051358排熱量 /發(fā)電能力1.511.511.511.511.511.51表 4燃氣輪機的發(fā)電機容量和排熱回收量（最大值）的關(guān)系發(fā)電能力（ kw）2004001000排熱回收量（ mcal/h ）39278317821精品 料推薦排熱量 /發(fā)電能力1.961.961.78表 5燃氣輪機和燃氣內(nèi)燃機的主要區(qū)別燃氣輪機燃氣內(nèi)燃機發(fā)電效率（ %）27.039.0（小型、微型）30.045（柴油內(nèi)燃機）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，約為全部排熱量的400450（全部排熱量）35%水套出口水溫和水套排

5、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)濟性、節(jié)能性，同時還對系統(tǒng)的初投資、占地和系統(tǒng)的可靠性、耐久性和維護保養(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）負荷和電負荷達到平衡，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，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)電機配套低溫尾氣型冷溫水機，制冷機利用發(fā)電機230350的尾氣，單效循環(huán)進行制冷或制熱；發(fā)電機配

6、套高溫尾氣型冷溫水機，冷溫水機利用發(fā)電機 380以上的尾氣，雙效循環(huán)進行制冷、制熱或提高生活熱水， 發(fā)電機配套高溫尾氣補燃型直燃機， 余熱直燃機利用發(fā)電機 380 以上尾氣和燃料二種能源進行制冷、 制熱和提供生活熱水； 發(fā)電機配套尾氣缸套水型冷溫水機，制冷機利用 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)排排發(fā)生蒸汽用換熱器產(chǎn)生熱水用換熱器產(chǎn)生熱風(fēng)用換熱器熱氣余熱鍋爐管殼式管殼式排排板式板式出熱直接接觸式排氣直接利用式形冷發(fā)生蒸汽式冷卻水產(chǎn)生熱水式冷卻水換熱器產(chǎn)

7、生熱風(fēng)式冷卻水換熱器態(tài)卻換熱器管殼式管殼式水沸騰冷卻板式板式排熱直接冷卻式2精品 料推薦表 6 表示根據(jù)排熱排出形態(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 我國已有燃氣內(nèi)燃機分布式能源系統(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)吸收式制冷機熱源時，機組體積大，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， 也可采用梯級利用方式，第一級發(fā)生蒸汽，滿

8、足工藝或吸收式制冷機的要求，第二級通過水-水換熱器發(fā)生熱水。二、設(shè)計人員采用習(xí)慣俗成的冷（熱）指標(biāo)方法作為分布式能源系統(tǒng)的設(shè)計依據(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荷簡單地疊加；

9、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)裝機容量。2我國的設(shè)計冷熱負荷指標(biāo)值比實際使用中最大值大得多表 7、表 8、表 9 是我國有關(guān)供熱空調(diào)設(shè)計手冊中規(guī)定的冷（熱）和生活熱水指標(biāo)值。設(shè)計時以表 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）負荷指標(biāo)設(shè)計選擇的結(jié)果，必然出現(xiàn)高估和冒估的問題，即實際負荷大大低于估算值，如某些大樓空調(diào)裝機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)推薦值建筑物住宅居住區(qū)學(xué)校醫(yī)院旅館商店食堂影劇院大禮堂類型綜合辦公托幼餐廳展覽館體育館現(xiàn)有4356(6067)5881

10、64815870648711614093116116163建筑(5864)(6080)(6580)(6070)(6580)(115140)(95115)(115165)節(jié)能28372836273930392734304199119799999140建筑注：熱指標(biāo)指民用建筑設(shè)計熱負荷，不包括管網(wǎng)、熱力站等的熱損失。3精品 料推薦表 8空調(diào)冷負荷指標(biāo)建筑類型及房間名稱冷負荷指標(biāo)（ w/m 2）旅游、旅館：客房（標(biāo)準(zhǔn)層）80110酒吧、咖啡100180西餐廳160200中餐廳、宴會廳180350商店、小賣部100160中庭、接待90120小會議室 (允許小量吸煙 )200300大會議室 (不許吸煙

11、)180280理發(fā)、美容120180健身房、保齡球100200彈子房90120室內(nèi)游泳池200350舞廳（交誼舞）200250舞廳（迪斯科）250350辦公90120醫(yī)院：高能病房80110一般手術(shù)室100150潔凈手術(shù)室300500x 光、 ct、 b 超診斷120150表 9居住區(qū)生活熱水熱指標(biāo)用水設(shè)備情況住宅無生活熱水設(shè)備，只對公建供熱水全部住宅有浴盆并供給生活熱水時建筑類型及房間名稱冷負荷指標(biāo)（ w/m2 ）商場、百貨大樓：營業(yè)室150250影劇院：觀眾席180350休息廳（允許吸煙）300400化妝室90120體育館：比賽館120250觀眾休息廳（允許吸煙）300400貴賓室1001

12、20展覽廳、陳列室130200會堂、報告廳150200圖書閱覽75100科研、辦公90140公寓、住宅8090餐館200350熱指標(biāo)備注（ w/m2）2.5340 熱力站供熱面積 2 萬 m23我國的設(shè)計冷（熱）負荷指標(biāo)值與國外同類建筑比，在相同的氣候條件下也大得多。4精品 料推薦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?？照{(diào)大樓平均裝機冷量為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)致圍護結(jié)構(gòu)傳熱負荷和新風(fēng)負荷比東京大12%，但由于大型公共建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱負荷占總負荷的比例很小，加上新風(fēng)也僅比東京大34%。4建

13、筑節(jié)能對冷（熱）負荷的影響從表 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對冷（熱）負荷的影響我國公共建筑的特點：（1）大型化：如 機場新建航站樓50 幾萬 m2，大學(xué)城 50 萬 m2 100萬 m2，軟件園 30 萬 m240 萬 m2，（ 2）功能復(fù)雜，往往將辦公、公

14、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）負荷的影響。6建議采用詳細的和先進的負荷計算方法。在可行性設(shè)計階段，當(dāng)設(shè)計條件不具備時，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荷參差率，即在負荷估算值的基礎(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)計數(shù)據(jù)計算各類建筑的能耗時，要考慮節(jié)能措施對建筑能耗的影響1我國目前住宅建筑和公共建筑的采暖、空調(diào)能耗（ 1）住宅采明能耗現(xiàn)況： 北京一些住宅建筑的平均采暖能耗約為0.5gj/ m2（2），a 140kwh

15、/ m a相當(dāng)于表 11 中德國 80 年代住宅的水平，具有委大的節(jié)能潛力。表 11德國住宅采暖能耗的變化住宅發(fā)展階段住宅采暖能耗（ kwh/m2）a20 世紀 70 年代前的住宅（未改造）30040020 世紀 80 年代的住宅15020020 世紀 90 年代的低能耗住宅5080超級低能耗住宅2040（ 2）上海公共建筑空調(diào)能耗現(xiàn)況上海公共建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能潛力分析文中對 9 幢辦公樓和商辦樓全年空調(diào)能耗的調(diào)查結(jié)果：平均能耗為1.8gj/m2（析算年一次能耗）。比日本辦公樓節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)2 大，說a1.256gj/ma明節(jié)能潛力較大。2供熱空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能對全年能耗的影響（ 1）供熱空調(diào)的節(jié)能系統(tǒng)

16、（見表12）5精品 料推薦表 12供熱空調(diào)的節(jié)能系統(tǒng)項目節(jié)能系統(tǒng)機器項目節(jié)能系統(tǒng)機器1可變流量方式vav 機組2高效率控制系統(tǒng)計算機控制vav 方式風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制3輻射采暖空調(diào)低溫地板輻射采明vwv 方式水泵轉(zhuǎn)速控制4蓄能系統(tǒng)立式蓄熱槽臺數(shù)控制潛熱蓄熱（ 2）節(jié)能措施對供熱空調(diào)能耗的影響節(jié)能對象辦公樓建筑（見表 13、表 14）表 13項目建筑面積空調(diào)面積設(shè)計人數(shù)實際人數(shù)冷源熱源合同電力空調(diào)風(fēng)量新風(fēng)量熱源動力空調(diào)泵空調(diào)機送排風(fēng)機衛(wèi)生泵電梯照明、萬能插座其它合計表 14建筑面積 2 萬 m2 的辦公樓內(nèi)容20000 m212000 m22000 人1000 人2100kw1600kw800kw32

17、00000 m /h340000 m /h260kw80kw150kw80kw50kw60kw500kw20kw1200kw不同用途能耗及比例指標(biāo)60（ 5575%）1 人/6 空調(diào) m250（ 4060）人 /千 m2（建筑面積）2105（70140 w/m ）280（ 55120）w/m240（ 3040）w/m3210（ 1020）m /m h13（ 415） w/m24（28）w/m 27.5（410）w/m24（39）w/m 22.5（26）w/m 23（27）w/m 225（ 2035）w/m 260（ 50100）w/m2項目燃氣量直燃機（含補機）170 千 m3 /a1 次能

18、gj/a1 次能合計比例 %78297829216精品 料推薦項目設(shè)備容量最大負荷mwh/a1 次能 gj/a熱源比例 %kwkw冷熱機組（含補機）2601803603692369210空調(diào)用泵80502002051熱輸送14空調(diào)機1501003303384543613送排風(fēng)機80402002051動力38衛(wèi)生泵等5020100102647184電梯6040160164114358100照明、萬能插座5003501400143581538其它2020150153837572合計1200800290029742合同電力 800kw單位面積能耗 1879mj/ m2a節(jié)能措施（共表 15節(jié)能項目變

19、更空調(diào)設(shè)定溫度縮短空調(diào)時間減少新風(fēng)量減少空調(diào)機風(fēng)量白天、休息日熄燈節(jié)約照明用電夜間自動售貨機關(guān)燈小計換算為一次能8 項）（見表 15）節(jié)能項目及節(jié)能率減少用氣量（千m3/a）減少用電量（ mw/a ）節(jié)能率（換算為一次能）17363.08.5462.314.364.33.539.8722.01833.gj/a391.1501.4481.3355.314.6%3644gj/a變更空調(diào)設(shè)定溫度：當(dāng)將夏季空調(diào)室內(nèi)設(shè)定溫度提高 1，冬季采暖設(shè)定溫度下降 1時，能減少冷（熱）源能耗 10%，即減少夏季空調(diào)燃氣量 170 千 m3 /a 0.1=17 千 m3/a；減少空調(diào)、采暖用電量 360mwh/a

20、0.1=36mwh/a?？s短空調(diào)時間 1h：當(dāng)將 50%空調(diào)系統(tǒng)在開業(yè)、停業(yè)時縮短運行1 小時，即（ 1h/10h=0.1 10%）時，減少供熱空調(diào)用氣量為前項的1/2，即 8.5 千 m3/a；減少供熱空調(diào)用電量（360+200+360）mwh/a 0.5 0.1=46mwh/a。減少新風(fēng)量：當(dāng)減少新風(fēng)量一半時，即25000 m3/h 時，減少的能耗（夏、冬季）為25000m3/h 1.2kg/m3 29.3kj/kg 1500h/a=1320gj/a。若燃氣、電各為一半時，減少供熱空調(diào)用氣量（ 315gcal/a 0.5） /11000kcal/m3=14.3 千 m3/a；減少供熱空調(diào)用

21、電量（ 3150.5）/2450kcal/kwh=64.3mwh/a 。降低空調(diào)機送風(fēng)量：當(dāng)轉(zhuǎn)速減少20%時能減少電耗 40%，即 360mwh/a0.5 0.4=72mwh/a。7精品 料推薦白天熄燈 1 小時：當(dāng)照明器具的一半白天熄燈1 小時時，減少耗電量為300kw0.5 1h/d 260d/a=39mwh/a。減少照明用電：通過降低照度減少照明負荷削減的耗電量為，1000mwh/a0.05=50mwh/a。自動售貨機照明關(guān)， 夜間關(guān)：自動售貨機照明關(guān)削減的耗電量為10 臺0.1kw 8000h/a=8mwh/a；自動售貨機夜間關(guān)削減的耗電量為10 臺1kw4000h/a=40mwh/a

22、。從以上分析可知， 節(jié)能系統(tǒng)不僅降低了供熱空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗， 而且還減少了供熱空調(diào)系統(tǒng)的裝機容量。在計算分布式能源系統(tǒng)的運行能耗時，應(yīng)充分考慮節(jié)能措施的效果。四、公共建筑電力負荷是設(shè)計分布式能源的重要參數(shù)1我國公共建筑耗電的現(xiàn)況（見表 16、表 17）表 16北京部分賓館電耗的構(gòu)成（ %）亮馬河大廈新世紀飯店天橋飯店寶辰飯店香山飯店空調(diào)系統(tǒng)5544504050照明系統(tǒng)172017226鍋爐224165電梯99131614給排水91712616辦公設(shè)備8849注：摘自商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能改造技術(shù)指南表 17辦公樓電耗的構(gòu)成（ %）總用電量 100照明 33.3冷暖空調(diào) 41.4制冷機 14.2空調(diào)

23、動力 27.2其它動力（電梯、電腦、冷排水）25.3注：摘自商業(yè)建筑空調(diào)節(jié)能改造技術(shù)指南2照明、辦公設(shè)備電負荷有增長的趨勢當(dāng)前我國辦公室的照度標(biāo)準(zhǔn)為 1002001x，電力負荷約為 1225w/m2，隨著辦公樓照度水平的提高，照明標(biāo)準(zhǔn)將增長至 400lx ，照明電負荷和照明用電量將有增長的趨勢。8精品 料推薦當(dāng)前我國辦公樓的智能化水平較低， 辦公用電設(shè)備少，照明和插座容量的電氣負荷約為14w/m2，占辦公樓總電氣負荷 40w/m2 的 35%。日本照明和插座電氣負荷約為 30 w/m2。3建筑規(guī)模不同、 空調(diào)冷（熱）源方式不同對公共建筑的電力負荷有較大的影響（見表 18）。從表 18 可知，空

24、調(diào)冷（熱）源方式不同，對電負荷及用電量有很大影響。燃氣空調(diào)冷（熱）源電負荷為 415w/m2，電驅(qū)動制冷機為 837w/m2，分散式為 2336w/m2 。燃氣空調(diào)用電量為 103106kwh/m2，電驅(qū)動制冷機動為 152242kwh/m2 ，分散式為73195kwh/m2。表 18辦公大樓的設(shè)計參考數(shù)據(jù)冷（熱）源方式a ：直燃機（含ghp）建筑面積 m22 萬 5 萬2 萬大于5 萬b：+ 電驅(qū)動制冷機c：分散式2 萬52 萬5 萬2 萬萬建筑名稱a1a2a3a4a5b1b2b3b4c1c2c3c4職工人數(shù) 人 / 千 m2745064404348355347-324540冷冷負荷 w/m

25、 2137119102116110117124591279514187113(熱)熱負荷 w/m 2136123771161017790541257812881125負合同電力 w/m 233404444415653446065706335荷空調(diào)風(fēng)量 m3 /m2h11111911122014102814361123新風(fēng)量 m3/m 2h3333435253325電力 熱源 w/m 241112159168113724362324負荷 輸送 w/m 211713810171112168776動力 w/m 21291014613171162613117照明、插座 w/m 225243023246

26、221253627542418小計5251656049108575995881106555用能 用能量 mj/m 21450136014901470123018602210157023001860175015909009精品 料推薦量比用電量 kwh/m 211211812612610317118615224219518616473例熱源 %33382836312429232721292649輸送 %151019101516142118108129動力 %12146168102313624111330照明、插座 %30354333424632394538484530其它 %103454424474434公共建筑電力負荷的特點如下： 用電量夏季大、冬季少；平日多，星期六、星期日少。 當(dāng)使用吸收式制冷機時，夏季用電量不增加，但輸送系統(tǒng)仍需用電。 照明、辦公用電有逐年增長趨勢，但全年負荷比較穩(wěn)定。5電力負荷取值是確定發(fā)電機裝機容量的主要依據(jù)發(fā)電機裝機容量的取值是一項優(yōu)化設(shè)計的問題， 主要依據(jù)是系統(tǒng)的經(jīng)濟性和節(jié)能性最佳。 從已實施的分布式能源系統(tǒng)工程可知， 發(fā)電機裝機容量約為公共建筑電力峰值負荷的 60%時，經(jīng)濟性較好。五、分布式能源系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化運行是保證分布式能源系統(tǒng)經(jīng)濟效益高， 熱回收量多的重要手段， 也是保證分布式能源系統(tǒng)與建筑達到