分布式能源與建筑的融合

1、、不同用途建筑物應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，故應根據(jù)負荷的性能質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vlOOOkW，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1000C,出口煙氣溫度約為650C,回熱器排溫出口煙溫小于 320EO燃氣輪機 和燃氣內燃機的主要區(qū)別見表 5。從表5可知，燃氣輪機的排

2、熱量全部為 450550 C煙氣的排熱量，排熱量/發(fā)電能力較大，煙氣溫度較高，當建筑冷、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，故可采用燃氣內燃機方式。表1賓館、醫(yī)院的峰值負荷賓館醫(yī)院建筑面積m2527014342冷負荷kcal/m 2 ? h75.5466.4采暖負荷kcal/m 2 ? h67.64128.82生活熱水負荷kcal/m ? h28.47204電負荷熱源輔機除外w/mf28.134.5蒸汽負荷kcal/m ? h61.1表2賓館、醫(yī)院的全年負荷賓館醫(yī)院建筑面積m2527014342全年冷負荷Gcal/m2 ?

3、a0.0876 33.48%0.039 12.95%2全年采暖負荷Gcal/m ? a0.095 36.15%0.098 32.56%全年生活熱水負荷Gcal/m2 ? a0.079 30.37%0.049 16.28%全年蒸汽負荷Gcal/m ? a0.115 38.21%全年電負荷kwh/nf ? a205.4174.6表3燃氣內燃機的發(fā)電機容量和排熱回收量最大值的關系發(fā)電能力kw100200300400600900排熱水套排熱Mcal/h97194290386580869回收排氣排熱Mcal/h54108163217325488量合計Mcal/h1513024536039051358排熱

4、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系發(fā)電能力kw2004001000排熱回收量Mcal/h3927831782排熱量/發(fā)電能力1.961.961.78表5燃氣輪機和燃氣內燃機的主要區(qū)別燃氣輪機燃氣內燃機發(fā)電效率%27.039.0小型、微型30.045柴油內燃機排熱量/發(fā)電能力Mcal/h/kw1.8 1.961.51排煙溫度和排氣排熱量450550° C400450 C,約為全部排熱量的全部排熱量35%水套出口水溫和水套排熱量5590 C，約為全部排熱量的65%2?不同用途建筑物應采用不同的排熱回收裝置1選擇排熱

5、回收裝置的重要性排熱回收是分布式能源特有的技術，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那么是使冷熱負荷和電負荷到達平衡，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 C的尾氣，單效循環(huán)進展制冷或制熱； 發(fā)電機 配套高溫尾氣型冷溫水機，冷溫水機利用發(fā)電機 380C以上的尾氣，雙效循環(huán)進展制冷、 制熱或提高

6、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380C以上尾氣和燃料二種能源進展制冷、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380C以上的尾氣，93C以上的缸套水二種能源，雙效循環(huán)進展制冷、制熱和提供生活熱水。 排熱回收用換熱器見表 6排熱回收用換熱器的分類排熱回收形態(tài)發(fā)生蒸汽產生熱水產生熱風排排發(fā)生蒸汽用換熱器產生熱水用換熱器產生熱風用換熱器執(zhí)八、氣?余熱鍋爐?管殼式?管殼式排排?板式?板式出執(zhí)八、?直接接觸式?排氣直接利用式形冷發(fā)生蒸汽式冷卻水產生熱水式冷卻水換熱器產生熱風式冷卻水換熱器態(tài)卻換熱器?管殼式?管殼式水?沸騰冷卻?板式?板式排?直接冷卻

7、式執(zhí)八、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。其中產生熱風的空氣預熱器不僅要承受500600 C的高溫，而且燃燒氣體中的凝結水對材質也有很大的影響，最近開發(fā)的板殼式換熱器空氣預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，選擇適宜的排熱回收裝置 我國已有燃氣內燃機分布式能源系統(tǒng)水套排熱冷卻水的上限溫度約為90C，當以它作為單效循環(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 C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、設計人員采用習慣俗成的冷熱指

8、標方法作為分布式能源系統(tǒng)的設計依據(jù)是不適宜的1 ?建筑面積和冷熱源冷量的關系建筑面積越大，單位面積空調冷量越小。?#公共建筑能耗現(xiàn)狀與節(jié)能潛力分析?通過對#公共建筑的調查得出，當建筑面積為 12萬吊時，空調裝機冷量為140w/m,當建筑面積為23萬m，該值為 i35w/m，當建筑面積為78萬m時，該值為ii0w/m。原因是：大面積的高層建 筑中各局部空調使用情 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局部和各房間的頂峰負荷簡單地疊加；大面積高層建筑對建筑節(jié)能相對較重視，采取了相應的節(jié)能措施，故減少了空調裝機容量。2 ?我國的設計冷熱負荷指標值比實際使用中最大值大

9、得多表7、表&表 9是我國有關供熱空調設計手冊中規(guī)定的冷熱和生活熱水指標值。設計時以表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的平安于估算值，系數(shù)。按冷熱負荷指標設計選擇的結果，必然出現(xiàn)高估和冒估的問題，即實際負荷大大低 如某些大樓空調裝機容量即使在最熱的天氣也只使用一半左右 表7采暖熱指標推薦值建筑物類型住宅居住區(qū)綜合學校辦公醫(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43? 56(6067)5881648158706487116? 14093116116163建筑(58? 64)(6080)(6580)(6070)(6580)(115? 140)

10、(95115)(115165)節(jié)能2837283627? 3930392734304199119799999140建筑注：熱指標指民用建筑設計熱負荷，不包括管網、熱力站等的熱損失?？照{冷負荷指標建筑類型與房間名稱冷負荷指標w/m建筑類型與房間名稱冷負荷指標w/m2旅游、旅館：客房標準層80? 110商場、百貨大樓：營業(yè)室150250酒吧、咖啡100? 180影劇院：觀眾席180350西餐廳160? 200休息廳允許吸煙300400中餐廳、宴會廳180? 350化裝室90120商店、小賣部100160體育館：比賽館120250中庭、接待90120觀眾休息廳允許吸煙300400小會議室允許小量吸煙

11、200300貴賓室100120大會議室不許吸煙180280展覽廳、陳列室130200理發(fā)、美容120180會堂、報告廳150200健身房、保齡球100200圖書閱覽75100彈子房90120科研、辦公90? 140室內游泳池200350舞廳交誼舞200250舞廳迪斯科250350辦公90120醫(yī)院：高能病房80110公寓、住宅8090一般手術室100150餐館200350潔凈手術室300500X光、CT B超診斷120150表9居住區(qū)生活熱水熱指標用水設備情況熱指標w/m i備注住宅無生活熱水設備，只對公建供熱水2.5 3全部住宅有浴盆并供應生活熱水時4020熱力站供熱面積V 2萬m2熱力站供

12、熱面積 2萬m3?我國的設計冷熱負荷指標值與國外同類建筑比，在一樣的氣候條件下也大得多在?#公共建筑能耗現(xiàn)狀與節(jié)能潛力分析?文中指出，#空調大樓平均裝機冷量為112.8w/m 2,比東京大12.6%。而#夏季干球溫度比東京平均僅高1C,濕球溫度根本一樣，雖然氣候條件差異導致圍護結構傳熱負荷和新風負荷比東京大12%但由于大型公共建筑圍護結構傳熱負荷占總負荷的比例很小，加上新風也僅比東京大34%4?建筑節(jié)能對冷熱負荷的影響從表7采暖熱指標推薦值可知，節(jié)能建筑的熱指標比現(xiàn)有建筑低得多，在分布式能源系統(tǒng)設計 時，對于新建建筑應采用節(jié)能建筑熱指標數(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1

13、0建筑采暖能耗與局部國家的比較w/m執(zhí)行新節(jié)能標準前米明期的平均能耗30.1執(zhí)行新節(jié)冃匕標準后采暖期的平均冃匕耗20.6瑞典、丹麥、芬蘭等#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：女口 XX機場新#站樓50幾萬m,大學城50萬m1oo萬m,軟件園30萬m4o萬m, 2功能復雜，往往將辦公、公寓、商場、餐飲、娛樂等多種設施集中在一幢高層建筑之中。在設計分布式能源系統(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。采用指標估算方6?建議采用詳細的和先進的負荷計算方法。在可行性設計階段，當設計條件不具備時，也可法，但應有一定的科

14、學依據(jù)，越是大型的建筑越是需要考慮負荷參差率，即在負荷估算值的根底上乘以一個小于1的系數(shù)一般取為.70.8丨。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、空調能耗1住宅采明能耗現(xiàn)況：一些住宅建筑的平均采暖能耗約為0.5GJ/ m 2 ? a 140kwh/ m 2 ? a，相當于表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開展階段2住宅采暖能耗kwh/m ? a20世紀70年代前的住宅未改造20世紀80年代的住宅20世紀90年代的低能耗住宅超級低能耗住宅300400150200508020

15、402#公共建筑空調能耗現(xiàn)況?#公共建筑能耗現(xiàn)狀與節(jié)能潛力分析?文中對9幢辦公樓和商辦樓全年空調能耗的調查結果:平均能耗為1.8GJ/m2? a析算年一次能耗。比日本辦公樓節(jié)能標準1.256GJ/m 2 ?a大，說明 節(jié)能潛力較大。2.供熱空調系統(tǒng)的節(jié)能對全年能耗的影響1供熱空調的節(jié)能系統(tǒng)見表 12表12供熱空調的節(jié)能系統(tǒng)工程節(jié)能系統(tǒng)機器工程節(jié)能系統(tǒng)機器1可變流量方式? VA機組2咼效率控制系統(tǒng)?計算機控制VAVT 式?風機轉速控制3輻射采暖空調?低溫地板輻射采明VW方式?水泵轉速控制4蓄能系統(tǒng)臺數(shù)控制?立式蓄熱槽?潛熱蓄熱2節(jié)能措施對供熱空調能耗的影響節(jié)能對象辦公樓建筑見表1313、表 14

16、2建筑面積2萬m的辦公樓工程內容指標建筑面積220000 m60 5575%空調面積212000 m1人/6空調m設計人數(shù)2000 人50 4060人/千 m建筑面積實際人數(shù)1000 人2105 70140 w/m冷源2100kw280 55120w/m熱源1600kw240 3040w/m合同電力800kw3210 1020m/m ?h空調風量200000 m 3/h2 24nVm2 ? h新風量340000 m /h熱源動力260kw13 415w/m?表廠、2I空調泵80kw4 28w/m空調機150kw27.5 410w/m送排風機80kw24 39w/m衛(wèi)生泵50kw2.5 26w/

17、m?電梯60kw23 27w/m照明、萬能插座500kw225 2035w/m其它20kw260 50T00w/m合計1200kw表14不同用途能耗與比例工程燃氣量1次能GJ/a1次能合計比例%直燃機含補機170 千 nVa7829782921工程設備容量kw最大負荷kwMwh/a1次能GJ/a熱源比例%冷熱機組含補機2601803603692369210空調用泵80502002051熱輸送14空調機1501003303384543613送排風機80402002051動力38衛(wèi)生泵等5020100102647184電梯6040160164114358100照明、萬能插座500350140014

18、3581538其它2020150153837572合計12008002900297422合同電力800kw 單位面積能耗1879MJ/ m ?a節(jié)能措施共8項見表15表15節(jié)能工程與節(jié)能率節(jié)能工程減少用氣量千m/a減少用電量MW/a節(jié)能率換算為一次能變更空調設定溫度17363.0縮短空調時間8.5462.3減少新風量14.364.33.5減少空調機風量39.8722.0白天、休息日熄燈1833.GJ/a391.1節(jié)約照明用電501.4夜間自動售貨機關燈481.3小計355.314.6%換算為一次能3644GJ/a?變更空調設定溫度：當將夏季空調室內設定溫度提高C,冬季采暖設定溫度下降1C時，能

19、 減少冷熱源能耗10%即減少夏季空調燃氣量170千m/a x 0.1=17千m/a ;減少空調、采 暖用電量360MWh/ X 0.1=36MWh/a10%時，減少供?縮短空調時間1h:當將50烷調系統(tǒng)在開業(yè)、停業(yè)時縮短運行1小時，即1h/10h=0.1熱空調用氣量為前項的1/2 ,即8.5千nVa ;減少供熱空調用電量360+200+36CMWh/X 0.5 x 0.仁 46MWh/a?減少新風量：當減少新風量一半時，即25000 m 3/h時，減少的能耗夏、冬季為25000riVh x 1.2kg/m 碣 29.3KJ/kg x 1500h/a=320GJ/a。假設燃氣、電各為一半時，減少

20、供熱3a空調用氣量315Gcal/a x 0.5/11000kcal/m =14.3 千m/a ;減少供熱空調用電量315X 0.5 /2450kcal/kwh=64.3MWh/a。?降低空調機送風量：當轉速減少 20%寸能減少電耗40%即360MWh/x 0.5 X 0.4=72MWh/a?白天熄燈1小時：當照明器具的一半白天熄燈1小時時，減少耗電量為1000MWh/ x 0.05=50MWh/a10 臺 x 0.1kwx 8000h/a=8MWh/a300kw x 0.5 x 1h/d x 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，?自動售貨機照明

21、關，夜間關：自動售貨機照明關削減的耗電量為的裝機容量。自動售貨機夜間關削減的耗電量為 10 臺 x 1kwx4000h/a=40MWh/a從以上分析可知，節(jié)能系統(tǒng)不僅降低了供熱空調系統(tǒng)的運行能耗，而且還減少了供熱空調系統(tǒng)在計算分布式能源系統(tǒng)的運行能耗時，應充分考慮節(jié)能措施的效果。四、公共建筑電力負荷是設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局部賓館電耗的構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系統(tǒng)5544504050照明系統(tǒng)172017226鍋爐224165電梯99131614給排水91712616辦公設備8849注：摘自?商業(yè)建筑空調節(jié)能改造技

22、術指南?總用電量100照明33.3冷暖空調41.4制冷機14.2空調動力27.2其它動力電梯、電腦、冷排水25.3注：摘自?商業(yè)建筑空調節(jié)能改造技術指南?2?照明、辦公設備電負荷有增長的趨勢當前我國辦公室的照度標準為 1002001x,電力負荷約為1225w/m,隨著辦公樓照度水平的 提高，照明標準 將增長至400IX，照明電負荷和照明用電量將有增長的趨勢。當前我國辦公樓的智能化水平較低，辦公用電設備少，照明和插座容量的電氣負荷約為14w/簾,2 2占辦公樓總電氣負荷 40w/m的35%日本照明和插座電氣負荷約為30w/m。3.建筑規(guī)模不同、空調冷熱源方式不同對公共建筑的電力負荷有較大的影響見

23、表18。從表18可知，空調冷熱源方式不同，對電負荷與用電量有很大影響。燃氣空調冷熱源電負荷為 415w/m，電驅動制冷機為837w/m,分散式為2336w/ml燃氣空調用電量為103106kwh/m ，電驅動制冷機動為 152242kwh/m , 分散式為 73195kwh/mt冷熱源方式A:直燃機含GHPB+電驅動制冷機C:分散式建筑面積1 m2萬？ 5萬2萬大于5萬2萬5萬2萬5萬2萬建筑名稱A1A2A3A4A5B1B2B3B4C1C2C3C4職工人數(shù)人/千卅745064404348355347-324540冷冷負荷w/m2137119102116110117124591279514187

24、113熱熱負荷w/m2136123771161017790541257812881125負合同電力w/m233404444415653446065706335荷空調風量mf/m 2h11111911122014102814361123新風量m/m2h3333435253325電力熱源w/m241112159168113724362324負荷輸送w/m211713810171112168776動力w/m21291014613171162613117照明、插座w/m225243023246221253627542418小計5251656049108575995881106555用能用能量MJ/m2

25、145013601490147012301860221015702300186017501590900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)化設計的問題， 主要依據(jù)是系統(tǒng)的經濟性和節(jié)能性最正確。 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 建筑到達最 正確融合的重要手段。燃氣內燃機 GE 發(fā)