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一种评价能源利用方式的新方法


第 27 卷   4 期 第
2006 年 4 月

太        阳 能 学 报
ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA

0    引 言

文章编号 : 025420096( 2006) 0420349207

一种评价能源利用方式的新方法

志峰 ,刘晓华 ,付   ,江   林 亿
( 清华大学建筑技术科学系 ,北京 100084)

摘   : 基于热力学第二定律的 分析方法 ,按照能质系数的概念确定了电 、 要 天然气 、 、 煤 蒸汽 、 热水等各种形式的

建筑用能及建筑物耗冷量 、 耗热量的能源品位高低 ; 提出了一种评价能源利用方式的新方法 。该方法利用能量转 的一系列用能环节的能源利用效率进行评价 ,作为确定建筑物用能方式的决策依据 。 关键词 : 建筑用能 ; 能质系数 ; 能量转换效率 ( eccΠECC) ; 能源利用方式评价 中图分类号 : TK01     文献标识码 : A

素 。近年来伴随着能源结构的调整和改善大气环境 质量的需要 ,高效节能的热电联产技术 、 建筑物内新 用等一系列问题越来越得到人们的重视。

的采暖供冷方式 、 电和天然气等清洁能源的合理利 包含相同热量的各种能源使用时转换为功的能

力不同 ,因此不同种类的能源之间存在质量上的差 异 。但目前在能耗统计和用能方式评价中并没有完 全反映这一差异 。相关统计和分析一般采用一次能 耗的计算方法
[1 ,2 ]

都按照热值折合为标准煤 , 我国规定 1kg 标准煤的 程中的煤耗将电能折算为标准煤 。

热值为 2913kJ , 对电的计算是根据燃煤电厂发电过 一次能耗的计算方法在一定程度上反映了燃料 和电之间能源品位的不同 , 但对电和热量的差异以 及天然气和煤的差异无法区分。以采暖锅炉为例 , 天然气锅炉的效率约为 90 % , 燃煤锅炉约为 80 % , 如果简单地按照一次能耗的分析方法 , 会得到将天 论 。而实际上由于天然气发电效率可高达 55 % , 而 然气直接燃烧用于采暖的方式要优于燃煤锅炉的结 煤电厂的效率仅为 33 % , 因此将具有高效发电能力 的天然气直接在采暖锅炉中燃烧属于 “高质低用” , 是一种能量转换效率较差的方式。同样 , 对热电厂 而言 ,燃煤热电联产 、 燃气热电联产 、 纯联合循环燃
   收稿日期 : 2004209215

换系数 ( eccΠECC) 指标 ,可对包括园区热电冷联供系统 、 建筑物制冷供热系统 、 能量输配系统及末端用能设备在内

气发电和燃煤发电等方式孰优孰劣 电联供系统 BCHP 是否节能
[7 ,8 ]

[ 3~6 ]

, 很难简单地按照一

能源问题是影响和制约社会经济发展的重要因

次能耗的分析方法给出清晰的结论。

为全面科学地反映能量转换过程中的热能利用

效果 ,分析考察过程中各种形式的能量传递、 转变 、 品位降低的情况 , 本文提出了从能量转换为功的能 力来判断能量优劣 ,用能质系数 ,即 在总能中所占 比例表明能量品质的方法 。利用能质系数的概念可 计算出各种园区能源供应系统、 能量输配系统 、 建筑 物能源消耗系统及各类用能设备所在的用能环节及 由它们组合而成的用能方式的能量转换效率 ( eccΠ
ECC) ,从而可对能源利用方式中的所有环节进行量

, 把煤 、 天然气等不同种类的能源

化评价 ,作为确定系统用能方式的决策依据 。

1  能质系数的计算方法

能源利用的过程是能量的传递过程 , 即能量从 能量密度高的物质或地方 ( 能源) 转移到能量密度低 的物质或地方 ( 环境) ,包括能量转换 ( 一次能源 → 二 次能源) 、 能量输送 ( 通过管路 、 线路等传递运输) 、 能 量使用 ( 用能设备中使用) 和能量回收 ( 已被使用的 能量或尚未使用的回收 、 再利用) 等多个环节 。能量 利用过程的本质是能质利用 ,即能的数量并未减少 , 而能的质量 ( 品质或品位) 却急剧降低 , 热力学价值 减少了 。当完成一个或几个所要求的任务后 , 在理 零。

Vol127 , No14
Apr1 ,2006

、 楼宇式热

论上能量的热力学价值和经济学价值一样降低为

350  

太             阳 能 学 报

27 卷

能量的传递形式分为功和热两种 , 功和热之间 的转换是不可逆的 。这种不可逆性说明不同形式的 能源以及存在于高低温物体中的能量 , 除了有数量 上的联系外 , 还有质量上的差别 。能源的高效利用 不仅要从数量上考虑 , 而且要从质量上研究。从合 理利用能源的角度出发 , 应该以功作为能源品位的 量度
[9 ]

符合实际状况和目前的技术水平 。式 ( 3 ) 即按照
1300 ℃ 计算天然气的能质系数 , 视环境温度不同 , 天

。基于这种方法 , 将不同能源对外所能够做

的功和其总能量的比值定义为这种能源的能质系 数 ,用 λ表示 ,计算公式如下 : λ= W
Q

( 1)

其中 , Q —— — 该种形式能源的总能量 ; W —— — 总能量 中可以转化为功的部分 。 能质系数的概念适用于化学燃料及各种不同于 环境温度的工质以及它们所携带的的冷量和热量。 应用能质系数的概念可以反映各种能源以及建筑物 耗热量 、 耗冷量的能量品位高低 。 电是最高品位的能源 ,可以完全转换为功 ,其能 质系数 λ 为 1 ,其余能源形式的能质系数则根据其 e 对外做功的能力来分别确定 。
111   天然气的能质系数

常规的能源动力系统中 , 矿物燃料通常采用直

接燃烧的方式将燃料的化学能直接转换成热能 , 并 通过热力循环实现热功转化 。矿物燃料的能质系数 即燃料 在总能中所占的比例 。根据燃料 的计算 [ 10 ,11 ] 方法 ,可得矿物燃料的能质系数计算公式 ( 2) 。 λ= 1 T0 Tburn - T0

ln

Tburn T0

( 2)

式中 , Tburn —— — 矿物燃料的理论燃烧温度 ; T0 —— —作 为基准的环境温度 ; 两者均为绝对温度 。矿物燃料 在空气中燃烧所得的最高温度约是 2000 ℃。常温常 压下的燃烧产物可以看作是一个热力学系统 , 当其 可逆地冷却到环境温度时 , 就可获得该系统的有效 功 。按照式 ( 2) 计算 , 此系统的有用功约为 70 % , 即 矿物燃料理论上的能质系数可达到 017 。但是燃料 实际的用能过程 ,由于技术条件的限制 ,很难实现在 际的能质系数均低于 017 。 以天然气为例 ,在现有的常规技术条件下 ,天然

这样高的温度下完成热功转换 , 这使得矿物燃料实

气转换作功是通过燃气轮机进行 。燃气轮机中天然 [12 ] 气燃烧温度为 1300 ℃( 1573115K) 。因此 , 按照式

( 2) 计算天然气的能质系数时 ,燃烧温度取 1300 ℃ 更

112   煤的能质系数

113   蒸汽的能质系数 114   热水的能质系数 0115~0123 之间。

115   建筑物耗热量耗冷量的能质系数

11511   耗热量的能质系数

然气的能质系数为 0160~0164 之间 。 λ =1 gas 度 ,若锅炉材质采用铁素体钢时 质系数在 0141~0146 之间 。 λ =1 coal
T0

与天然气类似 , 煤作为矿物燃料在现有的技术
[ 13 ]

条件下 ,金属材料的耐温条件限制了蒸汽的上限温
, 其使用温度上

限是 585 ℃,故目前煤发电系统所采用的蒸汽动力装 置的最高蒸汽温度为 T = 550 ℃( 823115K) , 此温度 蒸汽属于二次能源 , 是通过矿物燃料或电转化 而得到 。它所能提供与使用的能量可以用蒸汽的焓 表示 ,做功的能力为蒸汽的  。所以蒸汽的能质系 [ 14 ] 数按照公式 ( 5) 计算 。 λ = steam
h″ T0 s″ h″

是煤能质系数的实际计算温度 。由此 , 煤的能质系 数按照公式 ( 4) 进行计算 。依环境温度不同 ,煤的能
823115
T0 Tg Th

其中 , h″ s″ — 对应温度或压力下的蒸汽的焓和 和 —— 熵 。以 018MPa 的饱和蒸汽为例 ,不同环境温度下的 能质系数在 0127~0135 之间 。 λ =1 hotw
T0 Tg - Th

热水能质系数按照公式 ( 6 ) 计算 , Tg —— — 热水

供 , K; Th —— — 回水温度 , K。以集中供热市政热水
(90~ 70 ℃ 为例 , 不 同 环 境 温 度 下 的 能 质 系 数 在 )

为满足建筑所需冷量 ( 或热量 ) 需求 , 采暖空调

系统消耗能源而转化为冷量和热量的难易程度是不 同的 。因此冷量和热量这二者的价值并不相等 , 需 要给耗冷量和耗热量分别赋予品位的概念。分析这

一问题时 ,将室内和室外环境视为两个热容量为无 限大的冷热源 , 按照热量 和冷量 的计算方法计 算冷热量的能质系数 。

1573115 - T0

T0

ln

823115 - T0

ln

ln

1573115
T0

( 3)

( 4)

( 5)

( 6)

4期

薛志峰等 : 一种评价能源利用方式的新方法

  351

建筑物冬季供暖是从温度为 T0 的室外环境向温 度为 T 的室内环境取热 ,按国内节能设计规范 ,冬季 室内空调设计温度为 18 ~ 22 ℃, 取均值 T = 20 ℃ ( 293115K) 则空调耗热量的能质系数为公式 ( 7) 。 λ =1 h 建筑物夏季供冷是从室内向室外环境排热。制 冷和供热都是空气的热湿处理过程 , 但是二者有很 热量及满足房间湿度而加湿的加热量。加热和加湿 大不同 。冬季供热包括满足房间温度要求而投入加 都需要耗热 , 现有的技术条件下 , 二者是独立的过 程 , 也就是说 , 冬季房间加热和加湿是两个独立环 节 , 采用不同的能源方式 , 如加热采用空调热水 , 而加湿用蒸汽或电 。制冷则不同 , 夏季房间降温的 同时需要除湿 , 但是现有的技术条件下制冷和除湿 两个过程难以分开 , 都通过冷冻水来完成 。 因此与供热不同 , 夏季建筑物耗冷量的能质系 数不用室内空气温度而是用表征室内湿度的房间空 气露点温度作为冷源温度来计算 。按照国内的节能 设计规范 ,夏季室内空调设计温度为 24~28 ℃,相对 湿度为 40 ~ 65 % , 取平均值即房间 26 ℃、 房间相对 湿度 50 % , 对应的空气露点温度为 1418 ℃( 287195
K) ,则建筑物夏季耗冷量的能质系数为公式 ( 8) 。

2  用能环节的能量转换效率 ecc

11512   耗冷量的能质系数

λ= c

116   不同环境温度取值对应的能质系数

内的平均温度 ) 、 ℃( 北京地区年平均室外温度 ) 、 10 2816 ℃( 北京地区夏季空调日平均温度) 作为基准环 境温度 T0 ,可计算得到如表 1 所示的各种能源的能 质系数 。 以能质系数为基础可对园区热电联供系统的能 源供应环节 、 能量输配环节 、 建筑的冷热量消耗环节 及各类用能设备进行比较 ,确定最合理的制冷 、 供热 等能量转换方式 。 图 1 是煤和天然气等化学燃料经过热电厂 → 市 政输送管线 → 空调冷热源设备 、 空调末端设备 、 建筑

由能质系数的计算公式可以看出 , 同一种能源 在不同 的 环 境 温 度 下 的 能 质 系 数 不 同 。分 别 以 - 116 ℃( 北京地区采暖期日平均温度低于 5 ℃ 期间

287195

T0

293115

T0

( 7)

- 1

( 8)

用电设备 → 建筑用电 、 、 耗冷 耗热量最终排放到室外 环境的一系列用能环节 。这些环节的能量转换效率 都统一采用能量转换系数 ecc ( Energy Conversion Co2 efficient ) 进行评价 ,其计算方法见 ( 9) 式 。
表1  不同温度下几种能源形式的能质系数
Table 1   The energy quality co2efficiency of different reference temperature (10 ℃ ) 11000 01624 01440 01319 01198 01220

能          质 系 数

能源形式 电 天然气

基准温度 基准温度 基准温度
11000 01608 01419 01274 01145 01169 01048 11000 01633 01454 01347 01231 01252

式中 , Qi —— — 能量转换环节的收益 ,对建筑用能环节

即建筑物耗冷 、 耗热量 、 除空调系统外其他设备的用 电量 ( 对热电厂则是电厂的产电或产热 ; 对市政输送

环节则是扣除输送过程的损耗后热电厂输送到建筑 物入口处的电量和热量) ;λ —— — 上述收益对应的能 Q 质系数 ; Ei —— — 能量转换环节的消耗 ,对建筑用能环 节即建筑物制冷空调系统消耗的天然气、 、 电 煤及市 政热网的热水或蒸汽以及建筑照明、 办公设备 、 电梯 等消耗的电量 ( 对热电厂则是电厂燃烧消耗的煤、 天

然气 ; 对市政输送环节则是电厂热电联产机组送出

煤 蒸汽 ( 以 018MPa 为例) 热水 ( 以 90~70 ℃ 为例) 热水 ( 以 98~82 ℃ 为例) 建筑物耗冷量 建筑物耗热量

— —

图1  建筑能源利用过程和转换方式

Fig11   Building energy utilization and conversion process

ecci =

λ Qi ? Q λE Ei ?

(2816 ℃ ( - 116 ℃ ) )





01074

( 9)

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的电量和热量) ;λE —— — 上述消耗对应的能质系数。
ecci 数值越大说明在满足同样需求的前提下能耗越

位的能源 ,而电厂余热的能源品位相对要低得多。 由表 2 的计算结果还可以看到 , 如果仅比较发 电环节的能量转换效率 ecce , 最高效的是燃气电厂 的发电 ,而供热环节能量转换效率 eccq 最高的则是 燃煤热电联产的余热 。由此可见 , 在相同建筑用能 设备和输送电网的条件下 , 利用燃气电厂发电和燃 煤热电联产产热的用能方式效率最高。
312   市政输送环节

小 ,因而该能量转换环节的能源利用效率越高。

3  各用能环节的能量转换效率
311   热电厂能源供应环节

按照式 ( 9) 来分析热电厂发电环节和供热环节 的能量转换效率 , 其中发电环节的能量转换系数 ecce 可按照式 ( 10 - 1) 计算 , 供热环节的能量转换系 数 eccq 可按照式 ( 10 - 2) 计算 ,而整个电厂同时考虑 发电和产热两个环节的综合能量转换系数 ecce + q 可 按照式 ( 10 - 3) 计算 。
ecce = e

市政输送包括输送电力 、 输送热水 、 输送蒸汽 3 电力的输送在品位上没有变化 , 主要是电厂自

类能源 。

用电和输配电线路的电力损耗。这部分损失一般占 总发电量的 10 %~ 20 % 。因此 , 电力输配系统的能 量转换效率 ecc s2elec 为 018~019 。   eccc = λ Qc ? c λ Ec ? E 市政蒸汽通常需要 3 ~ 5km 的长距离输送 。在

λ λ m ? m - q? q λ q? q λ m? m - e

( 10 - 1) ( 10 - 2) ( 10 - 3)

eccq =

ecce + q

λ e + q? q = λ m? m

式中 , e —— 电 厂 发 电 量 ; q —— 电 厂 产 热 量 ; —热 —热 m —— — 热电厂燃料消耗量 ;λ 、m —— — 分别为电厂供 q λ 应的热量和消耗的燃料所对应的能质系数。 表 2 是目前常见的几种区域 ( 园区) 能源供应系 统发电和产热环节能量转换效率 ecc 的计算结果 。 综合考虑发电和产热两个环节 ,燃煤热电联产 ecce + q 最高 ,能源利用充分 ,而天然气直接燃烧的热水锅炉 虽然其锅炉效率要高于燃煤锅炉 , 但 ecce + q 最低 , 比 热电联产方式仅产热部分的 eccq 都要低 , 应限制使 用。
表2  园区能源供应方式的 ecc 比较

能源供应方式

燃煤热电联产 燃气热电联产 燃煤电厂 燃气电厂 燃煤热水锅炉 燃气热水锅炉

   此外 , 燃煤热电联产的效率 ecce + q 高于燃煤电

厂 ,但是燃气热电联产的能量转换效率 ecce + q 反而低 于燃气电厂 ,也就是说 ,如果热电联产的热电比不合 适 ,可能用能效率还不如纯发电。因为电是最高品

Table 2  ecc of different tri2generation system

发电 效率
0125 0140 0133 0155 0 0

供热 效率

发电
ecce

产热
eccq

电+热
ecce + q

0165 01841 0142 01753 0 0 0180 0190 01749 01882 0 0

01752 01414 0 0 01400 01318

01893 01790 01749 01882 01400 01318

313   建筑物空调制冷供热环节

输送和使用蒸汽的过程中 , 汽网的热损失有管道损 失 ( 每公里) 115 % 、 蒸汽泄漏 4 % 、 凝水不回收 10 % 、 二次蒸发量不利用 15 % 、 其他损失 3 % 。考虑蒸汽 输送过程中供汽管道的热损失 ( 沿程阻力损失 、 蒸汽 泄漏损失 、 管道散热损失) 以及蒸汽输送过程中由于 蒸汽管网的输送热效率在 65 %~ 85 %
[ 15 ,16 ]

蒸汽压力降低导致的能源品位降低 , 国内绝大部分
, 因此蒸

汽输送的能量转换效率 ecc s2steam 一般为 0165~0185 。 市政热水的输送效率与管网输送热损失、 输送 过程中水泵电耗以及热水的供回水温差大小均有 关 。供回水温差越大 , 则热水相对于热源的 损失 越大 ,从这个角度来讲应减小供回水温差 ,使得热水 温度接近热源温度 。但是供回水温差越小 , 水泵的 间的权衡 。在现有的平均技术水平条件下 , 热水输 转换效率 ecc s2hotw 一般为 0175~0185 。 节的 eccq 可按照式 ( 11 - 2) 计算 。 流量越大 ,水泵电耗会增加 ,实际的工程是在这二者 送过程的热损失为 15 %~25 % , 即热水输送的能量 由图 1 可见 ,建筑空调用冷用热系统 ( 包括冷热 源设备和空调末端设备) 的能源转化效率与建筑物 的冷热量的消耗 、 冷热源与空调末端组合方式的设 备效率均有关 。根据式 ( 9) ,建筑物供冷环节的能量 转换系数 eccc 可按照式 ( 11 - 1) 计算 ,建筑物供热环
( 11 - 1)

4期

薛志峰等 : 一种评价能源利用方式的新方法

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  ecch =

λ Qh ? h λ Eh ? E

( 11 - 2)

其驱动能源 , 虽然装置的 COP 不高 , 但由于所消耗 能源的能质系数不高 ,所以 eccc 的数值也较大 ,直燃 机制冷使用的驱动源为高品位的天然气 , 而且制冷 装置的 COP 很难提高 ,因此其 eccc 低 。 同样暂不考虑热电厂和市政输送环节 , 仅从建 筑物用能环节来看 ,对冬季供暖而言 ,电采暖虽然由 电能转化为热能的效率非常高 ( 接近 100 %) ,但转换 效率 ecch 值最低 ,显然电能是最高品位的能源 ,将其 直接用于供暖是典型的 “高质低用” 与能量的梯级 , 利用原则相违背 。冬季采用燃气锅炉或直燃机供热 时 ,消耗较高品位的天然气作为其动力来源 ,虽然其 供热的效率可以达到 90 % ,但 ecch 数值也很低 。因 此电和天然气作为高品位能源 ,不宜直接用于采暖 。 而市政热水采暖是低品位热水的利用 , 能量转换效 率 ecch 最高 。利用水源热泵或风冷热泵采暖 , 虽然 消耗的是高品位电能 , 但热泵机组的 COP 较高 , 因 此效率也较高 。 表 4 的计算结果仅是针对北京市某一大型公共 建筑冷热源方案的比较 , 不是各种能量转换系统形 式优劣的绝对结论 ,建筑物的负荷特性不同 、 所用设 备的制冷和供热效率不同 ,计算结果都会有所差别 , 因此针对每个不同的建筑物应分别进行全年逐时模 拟计算 ,才能确定最佳的冷热源形式 。但是 ,一些突 出性的问题 ,比如电采暖 、 天然气直接采暖等能源利 用形式的不合理性已非常明显。

式中 , Qc 、 h —— Q — 分别是建筑物全年消耗的总冷量 和总热量 ;λ 、h —— — 分别是冷量和热量对应的能质 c λ 系数 ; Ec 、 h —— E — 分别是冷源和热源设备全年使用 的电 、 天然气 、 、 煤 热水和蒸汽等的总能量 ;λE —— —上 述能耗对应的系数 。 建筑物空调制冷和供热环节能量转换效率的比 较是基于相同的输出 , 即各种方式均提供建筑物所 需要的全年总冷量和总热量 。以北京市某大型公共 建筑为例 ,如果冷热源设备部分负荷下的平均效率 采用表 3 中设定的参数 , 根据逐时冷热负荷及对应 环境温度下的能质系数可详细计算得到如表 4 所示 的制冷和供热环节的能量转换效率 eccc 和 ecch 。
表3  冷热源设备性能
Table 3   Mechanical efficiency of cooling and heating plant

供冷形式
COP

离心式
510 019

蒸汽
112 019

热水
0170 0175

制冷机 吸收机 吸收机

直燃机
113 110

风冷 水源 热泵 热泵
310 215 415 310

天然气 供暖形式效 率或 COP 锅炉

直燃机

燃煤 锅炉

电采暖

风冷 水源 热泵 热泵

表4  北京某大型公共建筑供热 、 制冷环节的 能量转换效率比较

Table 4   The ecc of different heating & cooling plant for one commercial building in Beijing

热源方式 热水采暖 水源热泵 蒸汽采暖 风冷热泵 燃煤锅炉 燃气锅炉 直燃机 电采暖

供热环节能量 转换效率 ecch
01319 01221 01213 01184 01122 01105 01105 01074

冷源方式

冷却环节能量 转换效率 eccc
01240 01231 01216 01210 01144 01102

4  建筑用能效率的总体评价
上述制冷和供热环节的 eccc 和 ecch 计算中没有 考虑电制冷 、 热水采暖方式中电和热水输送 ( 产生) 过程的能量转换效率 。而实际上制冷 、 供热或用电 均需要经过多个用能环节才能完成燃料到冷热电的 转换 ,因此评价用能方式的能源利用效率 ,应按照式 ( 12) 计算 。 C ( 12 - 1) ECC = eccc ? s2 ? q ( ecce ) ecc ecc
C

电制冷 热水吸收机 水源热泵 蒸汽吸收机 风冷热泵 直燃机

   通过表 4 的计算结果进行比较 , 不考虑热电厂 和市政输送环节 ,仅从建筑物用能环节来看 ,对夏季 制冷而言 ,离心式电动制冷机 、 水源热泵 、 风冷热泵 虽然消耗最高品位的电能 , 但由于上述制冷装置的 COP 较高 , 因而 eccc 的数值较大 , 热水吸收机和蒸 汽吸收机分别使用能源品位较低的热水和蒸汽作为

其中 , ECC 、 ECC 、 ECC —— — 分别为考虑热电厂 、 市 政输送 、 建筑物制冷供热等环节的影响后 ,建筑制冷 方式 、 供热方式及用电方式的能量转换效率。电力 、
0170 、180 ,同时将表 2 电厂发电产热环节 、 4 建筑 0 表

蒸汽 、 热水 3 种能源市政输送的 ecc s2 分别取为 0185 、

ECC = ecc s2elec ? e      ecc
H E

ECC = ecch ? s2 ? q ( ecce ) ecc ecc
E

H

( 12 - 2) ( 12 - 3)

354  

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物制冷供热环节中对应的能量转换效率计算结果代 入式 ( 12) ,则可得到表 5 中各种制冷 、 供热和用电方 式的能量转换效率 。
表5  建筑用能方式的综合用能效率比较
Table 5   The general ECC for the entire energy utilization

供电方式

冷源方式 热源方式

用电
ECC
E

制冷
ECC
C

供热
ECC
H

   由表 5 的计算结果可以看到 ,考虑建筑用能 、 市 政输送及热电厂在内的一系列转换环节后 , 从制冷 来讲 ,由于末端电制冷机效率高 ,各种热电厂结合电 制冷的总用能效果均好于 BCHP ; 从供热来讲 , 燃煤 热电联产结合市政热网采暖 , 由于热电厂产热部分 的能量转换效率很高 , 综合用能效果也优于 BCHP ; 从供电讲 ,BCHP 没有电网输送损失 , 因此用电的能 量转换效率稍高于燃煤热电联产等方式 。 建筑用能涉及到制冷 、 供热和用电 3 种方式 ,同 时与热电厂 、 市政输送 、 建筑物空调制冷 3 个环节相 关 ,评价建筑用能的效率高低 , 需综合考虑上述因 素 ,按照式 ( 13) 进行计算 。 λ λ Qc ? c Qh ? h λ λ ECC = ( Qc ? c + Q h ? h + E) ( C + H
ECC ECC E + E) ECC

式中 , ECC —— — 综合考虑制冷供热和用电后的建筑 用能的综合转换效率 。 建筑用能中耗热量 、 耗冷量和用电量三者之间 的比例会影响建筑物用能的综合效率 ECC 。但是决 定 ECC 高低的主要因素是制冷 、 供热和用电 3 种方 式的能量转换效率 , 同时与之相关的热电厂能源供 应环节 、 市政输送环节 、 建筑物用冷用热 3 个环节及 各自用能设备的能量转换效率也直接影响 ECC 。高 效的建筑用能应满足高效的用能方式、 高效的用能 环节 、 高效的用能设备 3 个要求 。

5    总 结

能源的合理利用不仅要在数量上充分完全 , 更 重要的是按照 “高质高用” 的原则实现能级匹配 。本 文给出了可表征电 、 天然气 、 、 煤 热水和蒸汽等各种 能源及建筑物耗冷量 、 耗热量品位的能质系数 ,以此

燃煤热电联产 电制冷 热水采暖 01715 燃煤电厂 电制冷 天然气锅炉 01637 燃煤电厂 直燃机 01637 BCHP 01753

01171 01192 01153 01105 01102 01105 01116 01133

( 13)

为基础提出的评价指标用能环节的能量转换效率 CΠ Π HE ( ecc) 、 用能方式的能量转换效率 ( ECC ) 、 建筑用 能综合能量转换效率 ( ECC) , 可对包括园区能源供 应、 建筑物能源制冷供热 、 能量输配及末端用能设备 在内的一系列用能环节的能源利用效率及建筑物制 冷、 、 供热 用电 3 类用能方式进行评价 , 给出量化计
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4期

薛志峰等 : 一种评价能源利用方式的新方法

  355

ONE NEW ASSESSMENT METHOD FOR THE ENERGY UTIL IZATION MANNER
Xue Zhifeng , Liu Xiaohua , Fu Lin , Jiang Y i
( Department of Building Science , School of Architecture , Tsinghua Univesity , Beijing100084 , China)

Abstract :Using the exergy analysis method , the conception of energy quality character was presented , which indicated the discretion of electricity , gas , coal , steam and hot water ,cooling or heating load etc. Based on the energy quality character , one new assessment method named ECC ( energy conversion coefficient ) for the energy utilization manner was introduced for the scheme decision2making of the district BCHP system , building cooling and heating system and energy transportation and distribution system and various energy consumption machine. ner assessment

联系人 E2mail :xuezf02 @mails. tsinghua. edu. cn

Keywords :building energy ; energy quality character ;energy conversion coefficient ( eccΠECC) ; energy utilization man2


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