建筑复合能源系统品位互补关联机理与协同调控机制研究

目前我国建筑供能系统大多采用单一能源形式，忽视了能量"质"的属性，内部不可逆损失较大，不能充分发挥各种能源的优势，已有的研究也基本停留在静态及直观应用方面，未能从源头出发，真正实现"品位对口，优势互补"。针对上述问题，本课题提出建筑应发展复合能源系统的思路和理念，在充分研究能的品位特征及热力利用价值的基础上，将能量品位关联与互补的思想引入多能源输入/输出的理论研究中，借助模型试验、数值模拟及理论分析等手段，深入阐明复合系统中多能源输入/输出的动态相互作用规律以及能量耦合循环机制和品位定向提升机制，揭示能量品位关联与互补效应。在此基础上，构建建筑复合能源系统的通用结构模式和热力学模型，对其在能量传递与转换利用过程中的品位变化规律与协同补偿机制进行详细研究，创新性地开拓基于能量品位关联互补的系统全工况调控新途径，全面丰富和发展建筑复合能源系统的设计与运行调控理论。

我国建筑采暖空调能耗巨大，能源问题和环境问题日益突出，建筑能源形式单一，不能充分发挥各能源自身的优势，本课题对单一能源与其他能源形式相结合，构建了可再生能源复合系统、可再生能源与常规能源复合系统形式，使其互相补充以发挥各自的优势。寻求多能源输入/输出、品位关联/互补的协同优化，在实现系统稳定、安全、持续运行的同时，更大程度上实现了能量的品位互补以及系统的高效供能。.本课题首先基于能量的属性特征和相关利用方式，应用工程热力学理论，对建筑能源形式及相关能源产品（电、煤、油、天然气、蒸汽、高温水、生活热水、低温水等）的作功能力进行了研究，提出了“能量品质因数，能量品位利用率，能量品位匹配度”三个量化指标，分析了可用能的热力利用价值及适用区间，研究出表征与分析能量品位的方法体系。.在上述基础上，以太阳能与地源热泵复合能源系统、太阳能或地源热泵与燃油（煤、气）锅炉复合能源系统为研究对象，结合其自身品位特征及热力学利用价值，搭建了复合能源系统实验台，建立动态数学模型，提出了土壤累积代表温度，并对不同运行方式下系统性能系数进行了实验模拟对比分析，提出了能量品位关联互补以及耦合循环新方法。进而从源头上揭示出可再生能源复合系统、可再生能源与常规能源复合系统品位关联互补的实质。.最后本课题通过火用分析构建了复合能源系统的通用结构模式与热力学模型，运用工程热力学理论，研究了全工况下采能系统、释能系统、用能系统在能量传递与转换利用过程中的品位变化规律，根据各个子系统之间的耦合关系，提出能量品位关联互补的全工况系统性能调控方法，理论联系实际，从工程优化角度出发，把复合能源系统的优势应用到工程项目，为建筑节能和新能源利用提供指导，从实际层面验证了该套系统的各项优质特性，全面丰富建筑复合能源系统的设计与运行调控理论。