暖通空調(diào)系統(tǒng)能源利用評價(jià)--建筑熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)
一、建筑熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)概念
建筑熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)（BCHP系統(tǒng)），也稱為分布式供電系統(tǒng)的一種，是在建筑物內(nèi)安裝燃?xì)饣蛉加桶l(fā)電機(jī)組發(fā)電，滿足建筑物的用電基礎(chǔ)負(fù)荷；同時(shí)，用其余熱產(chǎn)生熱水，用于采暖和生活熱水需要；在夏季還用發(fā)電的余熱產(chǎn)生冷量，用于空調(diào)的降溫和除濕。這樣，通過燃?xì)饣蛉加屯瑫r(shí)解決建筑物內(nèi)供電、供熱和供冷的需要，所以稱為建筑熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)+余熱直燃機(jī)（補(bǔ)燃型）BCHP系統(tǒng)流程，如圖8.6所示。
二、建筑熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)能效特性分析
采用燃?xì)饣蛉加桶l(fā)電，有幾種不同形式，其發(fā)電效率、產(chǎn)熱效率和所產(chǎn)生熱量的承載形式也不同，從而決定能耗性能的差異，見表8.8。
BCHP系統(tǒng)產(chǎn)生熱量是通過在煙氣，水換熱器從排出的煙氣中回收熱量，水-水換熱器從發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水中回收熱量。由于排出的煙氣溫度高，所以可以滿足高溫度熱利用（如制備90℃的熱水）的要求。煙氣中熱量的熱回收效率與利用熱量的溫度和煙氣的過量空氣系數(shù)有關(guān)。過量空氣系數(shù)越大，排出的煙氣量越大，熱回收效率就越低。而發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度又不能太高，所以從內(nèi)燃機(jī)的缸套冷卻水中就只能得到不超過70-80℃的熱量，從斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水中，就只能得到40-50℃的熱水。這樣，當(dāng)需要較高溫的熱量時(shí)，以熱水形式產(chǎn)生的熱量不易利用。
BCHP的余熱制冷的方式是利用吸收式制冷機(jī)?？梢灾苯影寻l(fā)動(dòng)機(jī)的煙氣通到專門的吸收制冷機(jī)中，制取空調(diào)用冷凍水。此時(shí)，煙氣中的熱量轉(zhuǎn)換為冷量的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)1.2-1.3。然而，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水中的熱量溫度低，不宜用來制冷。有些吸收機(jī)可以同時(shí)利用內(nèi)燃機(jī)的煙氣和缸套冷卻水制冷，但此時(shí)的熱一冷轉(zhuǎn)換系數(shù)只能達(dá)到1O左右。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的缸套水就很難用來制冷。
采用BCHP系統(tǒng)同時(shí)提供電力和熱量時(shí)，首先從燃?xì)庵刑崛「咂肺坏碾娔?，然后將其剩余的低品位能源轉(zhuǎn)換為熱量。與直接鍋爐燃燒產(chǎn)熱相比，其能源利用率較高。因此，當(dāng)全年有穩(wěn)定的熱負(fù)荷時(shí)，采用BCHP供電供熱是一種能源高效利用的方式。采用發(fā)電后的余熱制冷時(shí)，制冷COP僅為1-1.3，而采用通常的大型電動(dòng)壓縮式制冷機(jī)，COP可達(dá)6左右，也就是說1份電力可以制取6份冷量。這樣，采用大功率內(nèi)燃機(jī)，發(fā)電效率40%，產(chǎn)熱量40%，熱量可產(chǎn)生的冷量為40%(COP=1)，這部分冷量折合電力不到7%(COP=6)，總的等效發(fā)電效率不到47%。目前，大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠發(fā)電效率可以達(dá)到55%，考慮電力的輸配損失，到達(dá)用戶末端后也可達(dá)到約50%。因此，和大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠及電動(dòng)壓縮制冷相比，采用大功率內(nèi)燃機(jī)的“電冷聯(lián)產(chǎn)”，其能源轉(zhuǎn)換率并不高。
采用微燃機(jī)，即使發(fā)電效率30%，產(chǎn)熱效率60%，此熱量變?yōu)槔淞?8%( COP=1.3)，冷量折合電力為13%，總的等效發(fā)電效率不到43%，低于大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠的50%的效率。因此，不能認(rèn)為采用微燃機(jī)發(fā)電的“電冷聯(lián)產(chǎn)”方式能源利用率高，大型燃?xì)獍l(fā)電廠可以得到更高的能量轉(zhuǎn)換效率。
采用建筑熱電冷聯(lián)產(chǎn)方式，還有確定合理的發(fā)電機(jī)的容量問題。這時(shí)，需要考慮是按照“以電定熱”，還是“以熱定電”的方式運(yùn)行。按照“以電定熱”，就是根據(jù)電力的需求運(yùn)行BCHP設(shè)備，如果產(chǎn)生的熱量不能全部利用，就會(huì)被排放。由于這種設(shè)備單獨(dú)發(fā)電時(shí)能源利用率很低，所以就會(huì)造成大的能源浪費(fèi)?！耙詿岫姟笔歉鶕?jù)熱量或冷量的需求運(yùn)行BCHP設(shè)備，不造成熱量的無效排放。除了某些生活熱水負(fù)荷全年穩(wěn)定（如醫(yī)院、游泳池、旅館）外，采暖負(fù)荷在冬季變化很大，夏季的冷負(fù)荷則變化更大，這樣就導(dǎo)致“以熱定電”的運(yùn)行模式運(yùn)行時(shí)，全年的設(shè)備有效運(yùn)行小時(shí)數(shù)低，設(shè)備初投資回收慢。在一些電力供應(yīng)不足、電價(jià)高昂的地區(qū)，經(jīng)濟(jì)利益就會(huì)促使運(yùn)行者按照“以電定熱”方式運(yùn)行，當(dāng)電價(jià)高時(shí)，盡管發(fā)電效率不高，但仍有經(jīng)濟(jì)利益，于是就形成“省錢不省能”的運(yùn)行模式。然而，從節(jié)約能源的大局看，這不是一種合理的運(yùn)行方式，應(yīng)該限制和避免。