冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及其與地源熱泵耦合系統(tǒng)的優(yōu)化研究.pdf

1、建筑能源消耗約占全社會總能源消耗的1/3，我國每年的竣工建筑總面積約為10億平方米，其中公共建筑約占了30％。公共建筑能耗居高不下，帶來了一系列的環(huán)境和能源問題。在這一背景下，作為重要供能系統(tǒng)的冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)受到了廣泛關(guān)注。冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)以天然氣為驅(qū)動力，驅(qū)動原動機產(chǎn)生電量供給建筑，與此同時，還可以利用原動機產(chǎn)生的余熱給建筑制冷或制熱，充分體現(xiàn)了能源梯級利用的理念，系統(tǒng)能源利用率高。地源熱泵通過輸入一部分電能，從而實現(xiàn)

2、由低品位熱能向高品位熱能的轉(zhuǎn)移，它的熱源/熱匯為陸地淺層能源，冷/熱源的相對穩(wěn)定性能使地源熱泵穩(wěn)定性較好，性能系數(shù)較高。通過給地源熱泵供電的方式將冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)耦合起來，給建筑提供冷熱電負荷，能顯著提高系統(tǒng)的性能。而系統(tǒng)能否運行成功取決于系統(tǒng)的容量和運行策略，因此有必要對供能系統(tǒng)進行優(yōu)化。本文以冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(CCHP)及冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與地源熱泵的耦合系統(tǒng)(CCHP-GSHP)為研究對象，以系統(tǒng)的優(yōu)化為核心，以節(jié)能、

3、環(huán)保和經(jīng)濟等綜合效益為目標，對冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與地源熱泵的耦合系統(tǒng)進行了優(yōu)化研究。
　　首先，對系統(tǒng)優(yōu)化的過程進行了比較全面的分析，建筑需求、系統(tǒng)構(gòu)成、設(shè)備容量、運行策略、優(yōu)化目標及優(yōu)化方法等為系統(tǒng)優(yōu)化過程中需考慮的因素，構(gòu)建了系統(tǒng)的一般優(yōu)化過程。
　　其次，建筑的逐時冷熱電負荷為供能系統(tǒng)進行容量和運行優(yōu)化的前提和基礎(chǔ)，本文第三章用動態(tài)負荷模擬軟件DesignBuilder對中國五個氣候區(qū)的五種不同類型的公

4、共建筑進行逐時冷熱電負荷的模擬，并對冷熱電負荷的特性進行了分析。
　　再次，基于能源、環(huán)境、經(jīng)濟目標，結(jié)合層次分析法，在以電定熱運行策略下，以原動機額定容量及蓄熱設(shè)備額定容量為優(yōu)化變量，考慮氣候條件及建筑類型，對冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)提出了優(yōu)化及評估方法，將其應(yīng)用于中國五個氣候區(qū)（溫和地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、寒冷地區(qū)、嚴寒地區(qū)）的五個代表城市（昆明、廣州、長沙、北京、哈爾濱）的三類公共建筑（賓館、辦公樓、學(xué)校教學(xué)樓）的冷熱電三

5、聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
　　然后，對由燃氣輪機（包含熱回收裝置）、吸收式制冷機組、熱交換器、鍋爐、蓄熱裝置及地源熱泵組成的CCHP-GSHP耦合系統(tǒng)提出了多目標優(yōu)化模型。在該多目標優(yōu)化模型中，結(jié)合以電定熱運行策略，原動機的額定電容量、地源熱泵提供的冷量占總冷量的比例、地源熱泵提供的熱量占總熱量的比例及決定機組是否開啟的關(guān)鍵參數(shù)為優(yōu)化變量，同時把耦合系統(tǒng)的環(huán)境、能源及經(jīng)濟性能當做優(yōu)化目標，遺傳算法用于求解該優(yōu)化問題。在求解該優(yōu)化模型后，CCHP

6、-GSHP耦合系統(tǒng)的設(shè)備容量和系統(tǒng)的逐時運行策略即可求得，同時對優(yōu)化結(jié)果的可靠性、逐月熱電比與逐月性能值的關(guān)系進行了分析，最后對天燃氣價及電價的敏感性進行了研究，以位于長沙的某一棟賓館建筑為例進行了案例分析。
　　最后，對由燃氣內(nèi)燃機（包含熱回收裝置）、吸收式制冷機組、熱交換器、鍋爐及地源熱泵組成的CCHP-GSHP耦合系統(tǒng)建立了優(yōu)化模型。在該優(yōu)化模型中，一次能源節(jié)約率、二氧化碳排放減少率及年總成本節(jié)約率為優(yōu)化目標，結(jié)合以熱定電運