摘要燃气冷热电三联供和地源热泵深度耦合系统，实现了二者在运营模式上的互补，提高了能源利用率，降低了环境危害，经济性也显著提升。但目前耦合系统往往只是利用各自供能特点进行并联，调峰运行，未能实现真正意义上的耦合。本文选择了淮安某国际酒店项目，模拟优化建筑全年逐时负荷，并根据能源系统配置原则，进行配置选型，对比分供系统，就系统用能合理性、环保性能以及负载率变化时系统各项指标的变化情况等进行了研究。 关键字 燃气冷热电三联供 地源热泵 深度耦合 用能合理性 负载率
A Research on the Feasibility of CCHP—GSHP Deeply Coupling System
By Xu Qiang，Liu Zhou，Zhang Huan
Abstract Combined cooling, heating and power system with ground source heat pump deeply coupling system can achieve complementary goals in operation and improve the efficiency of energy utilization, and it can also reduce the pollution of environment, while it has superiorities on economy. But the coupling system is usually in parallel operation with t
heir respective characteristic for peaking load, which can not be real coupling system. Taking a hotel in Huaian as an example for research, comparing with traditional pided energy supply system, the problems on energy rational use, environmental performance and the variation of the indicators with the load rate are studied, which is based on the optimization of building load and configuration optimization of the equipment.
KeywordsCCHP, GSHP, Deeply coupling system, Energy rational use, Load rate
0 引言
燃气冷热电三联供系统是传统热电联产系统的一种进化和发展，在应对能源短缺、资源贫乏、环境恶化等问题方面发挥着日益重要的作用，而且随着研究日渐深入、技术更为成熟，其应用越发广泛。同时，伴随着城市的快速发展，地源热泵作为洁净且能效比较高的空调系统形式之一，在我国适宜的地质条件与气候特征下，表现出很强的适用性，为建筑空调系统的规模化使用与深入发展带来了巨大潜力。两种高效的供能系统，各自发展与应用都日趋成熟，但少有交叉融合，即便有研究指明了二者联合运行的优越性，也只是错峰使用，简单配比，或以地源热泵为辅助装置，制定相应运行策略来满足建筑负荷需求，未
能充分发挥耦合的作用，致使烟气热量流失，系统能源利用率下降。
为使传统耦合系统真正实现耦合，在保证系统用能合理性的情况下，充分利用燃气发电机组烟气余热，减少一次能源供应，实现节能减排，寻求可行的深度耦合策略具有重要意义。
本文选择优化模拟淮安某国际酒店能耗状况，利用常规分供系统对比冷热电深度耦合系统，就其用能合理性与环保性能进行探讨，以期获得更好的耦合方案。
1 燃气冷热电三联供和地源热泵深度耦合系统
燃气冷热电三联供和地源热泵深度耦合系统，是以燃气（天然气）作为一次能源，以燃气轮机、燃气内燃机及微型燃气轮机等为原动机驱动发电机组发电以满足建筑电负荷[1]，在余热装置回收部分高温烟气热能后，利用地源热泵系统再次深度回收余热，必要时辅以调峰装置为用户供冷、制热及供电，保证建筑空间冷、热、电等能源需求的分布式能源系统[2]。燃气冷热电三联供和地源热泵深度耦
合系统与传统分布式能源系统类似，供电时满足 “并网不上网、自备自用”的原则，所发电
力与市电以相应的供电策略持续为建筑供电，满足建筑电负荷需求。在传统耦合系统中，燃气冷热电三联供系统运行供电满足地源热泵系统的用电需求，系统协调运行，在一定的运行策略下供给建筑用能，因此系统的协调运行主要体现在电能的利用与策略性启停方面，致使未能被吸收式机组充分吸收利用的烟气余热大量流失。为提高烟气余热利用率，本文提出了深度耦合系统，即在传统耦合系统基础上增设汽水换热器，以充分吸收烟气余热，并通过其与地源热泵需求侧出口耦合为建筑供能来实现烟气的深度回收利用，图1即为 “耦合系统”示意图。以不同的线型代表能量的利用过程。
图1 冷热电三联供和地源热泵深度耦合系统示意图
、分别为市政电网、内燃机供电量。、分别为内燃机、燃气锅炉消耗天然气量。、、分别为建筑、电制冷机、地源热泵系统耗电量。、、分别为建筑冷、热、生活热水负荷。
燃气机组在运行时，燃料燃烧产生的能量只有35%～40%可以转化为电能，其余都是以热的形式散发。其中约有25%从发电机尾气中排掉，15%左右从缸套冷却器散发，10%将从发电机组本身散发。因此，为提升系统能源利用率，回收利用发电机高温烟气以及缸套冷却器中的热量成为了重要手段。
制冷工况时，高温烟气进入吸收式空调机组，向系统提供冷冻水，同时地源热泵受到内燃机发电机组所发电力驱动，制冷运行。制冷高峰时段，电制冷机启动，补充建筑所需冷量。
供热工况时，吸收式机组吸收高温烟气热量供热运行，向系统提供热水满足建筑采暖负荷需求，同时余热烟气通过汽水换热器与耦合系统电力驱动下的地源热泵机组用户侧进行耦合，加热用户侧热水，达到需求温度后持续为用户提供生活热水，供热高峰时段由燃气锅炉补充。
内燃机发电机组高温烟气可以通过多种形式与地源热泵机组进行深度耦合。当余热烟气与地源热泵地源侧机组进口耦合时可以减少打井面积，而在余热与地源热泵需求侧机组出口耦合时，可以明显提高余热利用效率[3]。本文即利用后者来提高系统余热利用效率。
2 淮安某国际酒店简介
酒店位于江苏淮安地区，区域地质、水文环境较好，建筑结构规则，地下一层4m，以停车场、库房及空调机房为主，地上四层总高18.4m，共有客房162套，总建筑面积31105m2，是集住宿、休闲、会议等多功能于一体的综合型酒店。
地源热泵系统3 建筑冷热电负荷优化
3.1 建筑全年逐时冷热负荷确定
相比面积指标法，DeST进行建筑负荷模拟准确性、合理性都有提升。根据建筑信息，按功能性划分区域，选择合适的窗墙比，设置天井、天窗，完善模型，酒店外观结构如图2所示。
图2 酒店DeST建筑模型
全年最大冷、热负荷分别为2616.39kW、1544.80kW。建筑全年负荷分布明显，波动较大，制冷季与供热季尤为突出，冷负荷在制冷季达到最大值，冬季则主要表现为热负荷，过渡季节仅有少量负荷，负荷逐时值及分布规律如图3所示。
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