[发明专利]用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法及系统

权利要求书

1.一种用于家庭燃料电池热电联供建筑的能效评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100，确定采用燃料电池的能源系统中能源转换环节、能源传输环节以及能源储存环节的能源利用率，结合需求结构因素、系统配置方案因素以及可再生能源因素，得到综合能源系统配置；所述能源包括外购电、天然气、燃料电池用氢气以及CHP热电联产机组；

S200，建立S100所述综合能源系统配置阶段的综合指标体系；即能源转换环节的效率G、能源传输环节损失的能量占所有一次能源消耗的比例T、储能环节损失的能量占所有一次能源消耗S与能源综合利用效率η_total的关系，

S300，根据S200所得配置阶段的综合指标体系，分别对需求结构因素、系统配置方案因素、可再生能源因素进行优化符合实际工况最优结果后，得到综合能源利用效率与能源供应环节、能源转换环节和能源需求环节之间的关系；

S400，获取经过S300优化后的综合能源系统实际运行参数，包括冷、热、电等能源系统的指标体系和重要设备的能效指标，计算其各项指标；

S500，根据S400所得结果，收集综合能源系统所供用户不同时间的用电数据，对不同年份同一月份的用能指标进行分级，用电情况进行能效评估，获得最终能效评估结果；

S400中，所述指标包括单位面积综合能耗、供暖系统单位面积能耗指标、分户或分栋供暖方式的供暖能耗指标、重要能源转换设备的效率、设备实际容量与额定容量之比、不同能源转换设备的效率、建筑中能源转换设备效率以及计算清洁能源供能占比；单位面积综合能耗表征建筑物单面面积的能量利用能力，计算在统计期内单位面积建筑物内各种能源的综合能耗，利用下式计算：

式中：

e_i,b-type-sub单位面积综合能耗，第n个区域的综合能耗，第n个区域的面积；

供暖系统单位面积能耗体现供暖单位供暖节能的能力，供暖温度不低于18℃，集中供热方式的建筑能耗指标实测值E_bh，f利用下式计算：

E_bh,f＝(q_s+e_dis)β

q_s＝∑Q_i/A_s

β＝H_DD0/H_DD

其中：E_bh,f为建筑能耗指标实测值，q_s为热源能耗实测值，β为修正系数，e_dis为供热管网水泵电耗实测值，A_s为系统承担的总的供暖面积，Q_i热源热量，H_DD0为以18℃为标准计算的标准供暖期供暖度日数，H_DD为以18℃为标准计算的当年供暖期供暖度日数；

分户或分栋供暖方式的供暖能耗指标实测值E_bh利用下式计算：

E_bh,d＝E_sβ/A

E_s为供暖系统供暖期所消耗的燃煤；A为供暖建筑面积；

考虑统计期内设备实际容量与额定容量之比评价各负载的状态，利用下式计算：

式中：W^j为设备实际负荷大小，根据评价分析需要选择设备实时负荷或者平均负荷；W_N为设备额定容量大小；考虑不同能源转换设备的效率，对于重要设备的效率计算式如下：燃气轮机的一次能源利用率C_r为：

式中：W—燃气轮机发电量；G_r—燃气轮机天然气消耗量；H_r—消耗天然气的低位热值；热泵C_p的一次能源利用率为：

式中：Q₀为热泵的制冷量；W为热泵消耗的电功率；η_w为发电效率；η_f为电网的输配效率；η_y为压缩机的效率；余热锅炉的一次能源利用率C_b：

式中：Q_h为余热锅炉的供热量；Q为燃气轮机的余热回收量；η_rec为余热锅炉的余热回收效率；分布式能源系统采用溴化锂机组进行制冷，机组的相关参数如下：

溴化锂制冷机组的性能系数COP：

式中：Q_c,c为溴化锂制冷机组消耗的制冷量，Q_c,h为溴化锂制冷机组消耗的热量；对于电锅炉，(1)电锅炉输出热功率Q_s：

Q_s电锅炉输出热功率，C_p水的比热容，m流量，ρ密度，T₂锅炉出口水温，T₁锅炉入口水温；

(2)电锅炉效率：

其中，η_i为第i次计算电锅炉效率，Q_si为第i次计算电锅炉输出热功率，N_gi为第i次采样电锅炉有功功率，统计时间段Δt内的平均热效率η_pj：

(3)平均效率：

其中，η为平均效率，η₁第1个锅炉效率，η₂第2个锅炉效率

热水锅炉系统正平衡效率计算公式：

式中：η₁为锅炉正平衡效率，D_gs为给水流量，h_sc为给水焓值，D_sc为输出热水流量，h_sc为输出热水焓值，G_s为锅水取样量，h_s为取样量焓值，B为燃料消耗量，Q_r为输入热量；

对于饱和蒸汽锅炉系统，饱和蒸汽锅炉系统正平衡效率计算公式：

式中：h_bq为饱和蒸汽焓，γ为汽化潜热，ω为蒸汽湿度，

建筑中其余能源转换设备效率η_trs利用下式计算：

式中：η_trs为能源转换设备效率(％)；Q_E,out为设备输出能量，Q_E,in为设备输入能量；

考虑能源转换指标需要达到在进行能效评估时，应尽可能利用清洁能源，清洁能源供冷量占比φ_C供热量占比φ_H利用下式计算：

式中：Q_Crenew为可再生能源能够提供的建筑供冷量，Q_Hrenew为可再生能源能够提供的可供干燥、炊事等较高温用途的热量，Q_C为建筑物空调需要的耗冷量，Q_H为建筑物空调需要的耗热量，E_used为获取某种可再生能源而需要消耗的电量；COP_C为普通冷水机组的制冷能效比，以满足现行国家公共建筑节能设计标准的限定值为基准；COP_H为普通高温热泵的制热能效比，以满足现行国家公共建筑节能设计标准的限定值为基准；

S500中进行最终能效评估具体如下：

S501，结合S400中关于能源转换设备的参数、重要设备的参数，能源转换设备效率、设备负载率需要分别达到各设备相关国家标准，并以国家标准准入值作为下限值，国家先进水平作为上限值，定下限值为1，上限值为10，将国家先进水平和国标准入值之间的区间均分为10份，每一份即为一个等级，分为：1，2，3，4，5，6，7，8，9，10个等级；利用下式计算能效等级，

S502，对于家庭建筑，利用S300所得综合能耗/面积获得单位面积能耗最优值，并以所述最优值作为为上限，国家标准规定家庭建筑单位面积能耗准入值作为下限值，定下限值为1，上限值为10，分为：1，2，3，4，5，6，7，8，9，10个等级，计算能耗等级，

S503，收集不同年份综合能源系统的运行数据，分别评估每一年的能效等级。