分布式能源与建筑的融合

1、、不同用途建筑物应采用不同的分布式能源系统和不同的排热回收装置1 ?不同用途建筑物冷、暖、热水、电的峰值负荷不同，全年负荷量也不同，故应根据负荷的性能质选择分布式能源的燃气机类型。表1、表2分别表示宾馆、医院的峰值负荷和全年负荷量。表3、表4分别表示燃气内燃机和燃气轮机的排热回收量。燃气轮机分为大中型20000kW、小型100020000kW 和微型vlOOOkW，分布式能源系统中常使用的是小型和微型燃气轮机，微型燃气轮机的压比约为4.0 ,透平进口温度约为1000C,出口烟气温度约为650C,回热器排温出口烟温小于 320EO燃气轮机 和燃气内燃机的主要区别见表 5。从表5可知，燃气轮机的排

2、热量全部为 450550 C烟气的排热量，排热量/发电能力较大，烟气温度较高，当建筑冷、热负荷较大或需要蒸汽负荷量较大时，可采用这种方式。当建筑要求生活热水负荷较多时，由于生活热水所需温度较低，故可采用燃气内燃机方式。表1宾馆、医院的峰值负荷宾馆医院建筑面积m2527014342冷负荷kcal/m 2 ? h75.5466.4采暖负荷kcal/m 2 ? h67.64128.82生活热水负荷kcal/m ? h28.47204电负荷热源辅机除外w/mf28.134.5蒸汽负荷kcal/m ? h61.1表2宾馆、医院的全年负荷宾馆医院建筑面积m2527014342全年冷负荷Gcal/m2 ?

3、a0.0876 33.48%0.039 12.95%2全年采暖负荷Gcal/m ? a0.095 36.15%0.098 32.56%全年生活热水负荷Gcal/m2 ? a0.079 30.37%0.049 16.28%全年蒸汽负荷Gcal/m ? a0.115 38.21%全年电负荷kwh/nf ? a205.4174.6表3燃气内燃机的发电机容量和排热回收量最大值的关系发电能力kw100200300400600900排热水套排热Mcal/h97194290386580869回收排气排热Mcal/h54108163217325488量合计Mcal/h1513024536039051358排热

4、量/发电能力1.511.511.511.511.511.51表4燃气轮机的发电机容量和排热回收量最大值的关系发电能力kw2004001000排热回收量Mcal/h3927831782排热量/发电能力1.961.961.78表5燃气轮机和燃气内燃机的主要区别燃气轮机燃气内燃机发电效率%27.039.0小型、微型30.045柴油内燃机排热量/发电能力Mcal/h/kw1.8 1.961.51排烟温度和排气排热量450550° C400450 C,约为全部排热量的全部排热量35%水套出口水温和水套排热量5590 C，约为全部排热量的65%2?不同用途建筑物应采用不同的排热回收装置1选择排热

5、回收装置的重要性排热回收是分布式能源特有的技术，利用排热量的多少和排热装置的效率直接决定了分布式能源系统的经济性、节能性，同时还对系统的初投资、占地和系统的可靠性、耐久性和维护保养性有很大的影响。选择排热回收装置的一般原那么是使冷热负荷和电负荷到达平衡，以便充分地利用排热量，提高分布式能源系统的能源利用率。2排热回收装置 配套烟气型冷热水机，即不通过余热锅炉的热转换环节的排热利用方式。主要型式有：发电机配套低温尾气型冷温水机，制冷机利用发电机 230350 C的尾气，单效循环进展制冷或制热； 发电机 配套高温尾气型冷温水机，冷温水机利用发电机 380C以上的尾气，双效循环进展制冷、 制热或提高

6、生活 热水，发电机配套高温尾气补燃型直燃机，余热直燃机利用发电机380C以上尾气和燃料二种能源进展制冷、制热和提供生活热水；发电机配套尾气缸套水型冷温水机，制冷机利用380C以上的尾气，93C以上的缸套水二种能源，双效循环进展制冷、制热和提供生活热水。 排热回收用换热器见表 6排热回收用换热器的分类排热回收形态发生蒸汽产生热水产生热风排排发生蒸汽用换热器产生热水用换热器产生热风用换热器执八、气?余热锅炉?管壳式?管壳式排排?板式?板式出执八、?直接接触式?排气直接利用式形冷发生蒸汽式冷却水产生热水式冷却水换热器产生热风式冷却水换热器态却换热器?管壳式?管壳式水?沸腾冷却?板式?板式排?直接冷却

7、式执八、表6表示根据排热排出形态和回收形态的换热器的分类。其中产生热风的空气预热器不仅要承受500600 C的高温，而且燃烧气体中的凝结水对材质也有很大的影响，最近开发的板壳式换热器空气预热器不仅能满足上述要求，而且传热效率较高。3根据建筑的需求，选择适宜的排热回收装置 我国已有燃气内燃机分布式能源系统水套排热冷却水的上限温度约为90C，当以它作为单效循环吸收式制冷机热源时，机组体积大，能效系数低。 对于烟气温度为500600 C的排气，可采用对接式烟气冷温水机，也可采用梯级利用方式，第一级发生蒸汽，满足工艺或吸收式制冷机的要求，第二级通过水-水换热器发生热水。二、设计人员采用习惯俗成的冷热指

8、标方法作为分布式能源系统的设计依据是不适宜的1 ?建筑面积和冷热源冷量的关系建筑面积越大，单位面积空调冷量越小。?#公共建筑能耗现状与节能潜力分析?通过对#公共建筑的调查得出，当建筑面积为 12万吊时，空调装机冷量为140w/m,当建筑面积为23万m，该值为 i35w/m，当建筑面积为78万m时，该值为ii0w/m。原因是：大面积的高层建 筑中各局部空调使用情 况差异较大， 也就是说有较大的负荷参差率和同时使用率；峰值冷量并不等于各局部和各房间的顶峰负荷简单地叠加；大面积高层建筑对建筑节能相对较重视，采取了相应的节能措施，故减少了空调装机容量。2 ?我国的设计冷热负荷指标值比实际使用中最大值大

9、得多表7、表&表 9是我国有关供热空调设计手册中规定的冷热和生活热水指标值。设计时以表7中的现有建筑，表8和表9为依据，将峰值冷热量简单叠加，并乘以大于1的平安于估算值，系数。按冷热负荷指标设计选择的结果，必然出现高估和冒估的问题，即实际负荷大大低 如某些大楼空调装机容量即使在最热的天气也只使用一半左右 表7采暖热指标推荐值建筑物类型住宅居住区综合学校办公医院托幼旅馆商店食堂餐厅影剧院展览馆大礼堂体育馆现有43? 56(6067)5881648158706487116? 14093116116163建筑(58? 64)(6080)(6580)(6070)(6580)(115? 140)

10、(95115)(115165)节能2837283627? 3930392734304199119799999140建筑注：热指标指民用建筑设计热负荷，不包括管网、热力站等的热损失。空调冷负荷指标建筑类型与房间名称冷负荷指标w/m建筑类型与房间名称冷负荷指标w/m2旅游、旅馆：客房标准层80? 110商场、百货大楼：营业室150250酒吧、咖啡100? 180影剧院：观众席180350西餐厅160? 200休息厅允许吸烟300400中餐厅、宴会厅180? 350化装室90120商店、小卖部100160体育馆：比赛馆120250中庭、接待90120观众休息厅允许吸烟300400小会议室允许小量吸烟

11、200300贵宾室100120大会议室不许吸烟180280展览厅、陈列室130200理发、美容120180会堂、报告厅150200健身房、保龄球100200图书阅览75100弹子房90120科研、办公90? 140室内游泳池200350舞厅交谊舞200250舞厅迪斯科250350办公90120医院：高能病房80110公寓、住宅8090一般手术室100150餐馆200350洁净手术室300500X光、CT B超诊断120150表9居住区生活热水热指标用水设备情况热指标w/m i备注住宅无生活热水设备，只对公建供热水2.5 3全部住宅有浴盆并供应生活热水时4020热力站供热面积V 2万m2热力站供

12、热面积 2万m3?我国的设计冷热负荷指标值与国外同类建筑比，在一样的气候条件下也大得多在?#公共建筑能耗现状与节能潜力分析?文中指出，#空调大楼平均装机冷量为112.8w/m 2,比东京大12.6%。而#夏季干球温度比东京平均仅高1C,湿球温度根本一样，虽然气候条件差异导致围护结构传热负荷和新风负荷比东京大12%但由于大型公共建筑围护结构传热负荷占总负荷的比例很小，加上新风也仅比东京大34%4?建筑节能对冷热负荷的影响从表7采暖热指标推荐值可知，节能建筑的热指标比现有建筑低得多，在分布式能源系统设计 时，对于新建建筑应采用节能建筑热指标数值。从表10还可知，我国的建筑节能还具有很大的潜力。表1

13、0建筑采暖能耗与局部国家的比较w/m执行新节能标准前米明期的平均能耗30.1执行新节冃匕标准后采暖期的平均冃匕耗20.6瑞典、丹麦、芬兰等#暖期的平均能耗115 ?我国公共建筑物的特点对冷热负荷的影响我国公共建筑的特点：1大型化：女口 XX机场新#站楼50几万m,大学城50万m1oo万m,软件园30万m4o万m, 2功能复杂，往往将办公、公寓、商场、餐饮、娱乐等多种设施集中在一幢高层建筑之中。在设计分布式能源系统时，必须考虑不同使用功能建筑的同时使用系数和参差系数对冷热负荷的影响。采用指标估算方6?建议采用详细的和先进的负荷计算方法。在可行性设计阶段，当设计条件不具备时，也可法，但应有一定的科

14、学依据，越是大型的建筑越是需要考虑负荷参差率，即在负荷估算值的根底上乘以一个小于1的系数一般取为.70.8丨。三、在利用统计数据计算各类建筑的能耗时，要考虑节能措施对建筑能耗的影响1 ?我国目前住宅建筑和公共建筑的采暖、空调能耗1住宅采明能耗现况：一些住宅建筑的平均采暖能耗约为0.5GJ/ m 2 ? a 140kwh/ m 2 ? a，相当于表11中德国80年代住宅的水平，具有委大的节能潜力 表11德国住宅采暖能耗的变化住宅开展阶段2住宅采暖能耗kwh/m ? a20世纪70年代前的住宅未改造20世纪80年代的住宅20世纪90年代的低能耗住宅超级低能耗住宅300400150200508020

15、402#公共建筑空调能耗现况?#公共建筑能耗现状与节能潜力分析?文中对9幢办公楼和商办楼全年空调能耗的调查结果:平均能耗为1.8GJ/m2? a析算年一次能耗。比日本办公楼节能标准1.256GJ/m 2 ?a大，说明 节能潜力较大。2.供热空调系统的节能对全年能耗的影响1供热空调的节能系统见表 12表12供热空调的节能系统工程节能系统机器工程节能系统机器1可变流量方式? VA机组2咼效率控制系统?计算机控制VAVT 式?风机转速控制3辐射采暖空调?低温地板辐射采明VW方式?水泵转速控制4蓄能系统台数控制?立式蓄热槽?潜热蓄热2节能措施对供热空调能耗的影响节能对象办公楼建筑见表1313、表 14

16、2建筑面积2万m的办公楼工程内容指标建筑面积220000 m60 5575%空调面积212000 m1人/6空调m设计人数2000 人50 4060人/千 m建筑面积实际人数1000 人2105 70140 w/m冷源2100kw280 55120w/m热源1600kw240 3040w/m合同电力800kw3210 1020m/m ?h空调风量200000 m 3/h2 24nVm2 ? h新风量340000 m /h热源动力260kw13 415w/m?表厂、2I空调泵80kw4 28w/m空调机150kw27.5 410w/m送排风机80kw24 39w/m卫生泵50kw2.5 26w/

17、m?电梯60kw23 27w/m照明、万能插座500kw225 2035w/m其它20kw260 50T00w/m合计1200kw表14不同用途能耗与比例工程燃气量1次能GJ/a1次能合计比例%直燃机含补机170 千 nVa7829782921工程设备容量kw最大负荷kwMwh/a1次能GJ/a热源比例%冷热机组含补机2601803603692369210空调用泵80502002051热输送14空调机1501003303384543613送排风机80402002051动力38卫生泵等5020100102647184电梯6040160164114358100照明、万能插座500350140014

18、3581538其它2020150153837572合计12008002900297422合同电力800kw 单位面积能耗1879MJ/ m ?a节能措施共8项见表15表15节能工程与节能率节能工程减少用气量千m/a减少用电量MW/a节能率换算为一次能变更空调设定温度17363.0缩短空调时间8.5462.3减少新风量14.364.33.5减少空调机风量39.8722.0白天、休息日熄灯1833.GJ/a391.1节约照明用电501.4夜间自动售货机关灯481.3小计355.314.6%换算为一次能3644GJ/a?变更空调设定温度：当将夏季空调室内设定温度提高C,冬季采暖设定温度下降1C时，能

19、 减少冷热源能耗10%即减少夏季空调燃气量170千m/a x 0.1=17千m/a ;减少空调、采 暖用电量360MWh/ X 0.1=36MWh/a10%时，减少供?缩短空调时间1h:当将50烷调系统在开业、停业时缩短运行1小时，即1h/10h=0.1热空调用气量为前项的1/2 ,即8.5千nVa ;减少供热空调用电量360+200+36CMWh/X 0.5 x 0.仁 46MWh/a?减少新风量：当减少新风量一半时，即25000 m 3/h时，减少的能耗夏、冬季为25000riVh x 1.2kg/m 碣 29.3KJ/kg x 1500h/a=320GJ/a。假设燃气、电各为一半时，减少

20、供热3a空调用气量315Gcal/a x 0.5/11000kcal/m =14.3 千m/a ;减少供热空调用电量315X 0.5 /2450kcal/kwh=64.3MWh/a。?降低空调机送风量：当转速减少 20%寸能减少电耗40%即360MWh/x 0.5 X 0.4=72MWh/a?白天熄灯1小时：当照明器具的一半白天熄灯1小时时，减少耗电量为1000MWh/ x 0.05=50MWh/a10 台 x 0.1kwx 8000h/a=8MWh/a300kw x 0.5 x 1h/d x 260d/a=39MWh/a?减少照明用电：通过降低照度减少照明负荷削减的耗电量为，?自动售货机照明

21、关，夜间关：自动售货机照明关削减的耗电量为的装机容量。自动售货机夜间关削减的耗电量为 10 台 x 1kwx4000h/a=40MWh/a从以上分析可知，节能系统不仅降低了供热空调系统的运行能耗，而且还减少了供热空调系统在计算分布式能源系统的运行能耗时，应充分考虑节能措施的效果。四、公共建筑电力负荷是设计分布式能源的重要参数1 ?我国公共建筑耗电的现况见表 16、表17表16局部宾馆电耗的构成亮马河大厦新世纪饭店天桥饭店宝辰饭店香山饭店空调系统5544504050照明系统172017226锅炉224165电梯99131614给排水91712616办公设备8849注：摘自?商业建筑空调节能改造技

22、术指南?总用电量100照明33.3冷暖空调41.4制冷机14.2空调动力27.2其它动力电梯、电脑、冷排水25.3注：摘自?商业建筑空调节能改造技术指南?2?照明、办公设备电负荷有增长的趋势当前我国办公室的照度标准为 1002001x,电力负荷约为1225w/m,随着办公楼照度水平的 提高，照明标准 将增长至400IX，照明电负荷和照明用电量将有增长的趋势。当前我国办公楼的智能化水平较低，办公用电设备少，照明和插座容量的电气负荷约为14w/帘,2 2占办公楼总电气负荷 40w/m的35%日本照明和插座电气负荷约为30w/m。3.建筑规模不同、空调冷热源方式不同对公共建筑的电力负荷有较大的影响见

23、表18。从表18可知，空调冷热源方式不同，对电负荷与用电量有很大影响。燃气空调冷热源电负荷为 415w/m，电驱动制冷机为837w/m,分散式为2336w/ml燃气空调用电量为103106kwh/m ，电驱动制冷机动为 152242kwh/m , 分散式为 73195kwh/mt冷热源方式A:直燃机含GHPB+电驱动制冷机C:分散式建筑面积1 m2万？ 5万2万大于5万2万5万2万5万2万建筑名称A1A2A3A4A5B1B2B3B4C1C2C3C4职工人数人/千卅745064404348355347-324540冷冷负荷w/m2137119102116110117124591279514187

24、113热热负荷w/m2136123771161017790541257812881125负合同电力w/m233404444415653446065706335荷空调风量mf/m 2h11111911122014102814361123新风量m/m2h3333435253325电力热源w/m241112159168113724362324负荷输送w/m211713810171112168776动力w/m21291014613171162613117照明、插座w/m225243023246221253627542418小计5251656049108575995881106555用能用能量MJ/m2

25、145013601490147012301860221015702300186017501590900量比用电量kwh/m 211211812612610317118615224219518616473例热源%33382836312429232721292649输送%151019101516142118108129动力%12146168102313624111330照明、插座%30354333424632394538484530其它%103454424474434?公共建筑电力负荷的特点如下： 用电量夏季大、冬季少；平日多，星期六、星期日少。 当使用吸收式制冷机时，夏季用电量不增加，但输送系统仍需用电 照明、办公用电有逐年增长趋势，但全年负荷比较稳定。5电力负荷取值是确定发电机装机容量的主要依据发电机装机容量的取值是一项优化设计的问题， 主要依据是系统的经济性和节能性最正确。 从 已实施的分 布式能源系统工程可知，发电机装机容量约为公共建筑电力峰值负荷的60% 时，经济性较好。五、分布式能源系统运行方式的优化运行是保证分布式能源系统经济效益高， 热回收量多的重要手段， 也是保证分布式能源系统与 建筑到达最 正确融合的重要手段。燃气内燃机 GE 发