一．前言
利用熱能驅(qū)動(dòng)的制冷系統(tǒng)因其可回收利用各種低品位余熱，從而在能量梯級(jí)利用中起著不可替代的作用。在空調(diào)需求不斷增長(zhǎng)，電動(dòng)制冷面臨工質(zhì)替代和電力緊張等問題困擾的情況下，各種節(jié)電、節(jié)能和保護(hù)環(huán)境的熱制冷日益受到人們的關(guān)注。
熱制冷的驅(qū)動(dòng)熱源一般在非供冷季節(jié)也被用于供熱（采暖、過程加熱或生活熱水）。也就是說，熱制冷通常伴隨著一個(gè)供熱系統(tǒng)。由于共用了熱源和其它一些設(shè)備，冷、熱兩部分互相聯(lián)系成為一體，故稱之為冷熱聯(lián)供系統(tǒng)。與采用電動(dòng)制冷、熱能供熱的冷熱分供相比，供熱設(shè)備的冬、夏共用提高了它的全年利用小時(shí)數(shù)，降低了供熱成本；又因分擔(dān)了熱制冷在熱源建設(shè)上的投資也可能降低供冷成本。在熱電聯(lián)產(chǎn)的情況下利用熱制冷可緩解夏季用電高峰和用熱低谷的矛盾，平衡冬夏負(fù)荷；若利用太陽(yáng)能，還可轉(zhuǎn)移夏季白天的用電高峰，平衡晝夜負(fù)荷，緩解電力緊張狀況。隨著這種系統(tǒng)的普及應(yīng)用，研究它在什么條件下節(jié)能，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二．系統(tǒng)形式
由于驅(qū)動(dòng)熱的來(lái)源、載熱介質(zhì)和參數(shù)的不同，導(dǎo)致熱制冷設(shè)備種類繁多，冷熱聯(lián)供系統(tǒng)型式的多樣化，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能彼此之間有很大差異。因此在計(jì)算系統(tǒng)能耗時(shí)，不僅制冷機(jī)等主要設(shè)備的特性，而且熱源的屬性也成為一個(gè)關(guān)鍵問題。根據(jù)熱的來(lái)源冷熱聯(lián)供系統(tǒng)可分為：利用各種廢熱或可再生能源熱、利用熱電聯(lián)產(chǎn)熱和利用初次燃料熱等三類。從能的有效利用角度來(lái)看，必須遵守能量梯級(jí)利用的原則。盡可能利用低品位余熱和可再生能源供熱供冷。文獻(xiàn) 介紹了一個(gè)成功地回收利用工業(yè)余熱進(jìn)行冷熱聯(lián)供的典型實(shí)例。對(duì)于需要燃燒化石燃料產(chǎn)生熱能的情況，應(yīng)當(dāng)先作功發(fā)電之后再利用余熱供熱供冷。也就是說要采用熱電聯(lián)產(chǎn)。
熱電聯(lián)產(chǎn)（Cogeneration）是從同一能源同時(shí)生產(chǎn)電能（或機(jī)械能）和有用的低品位熱能。它可以使用兩種途徑：將電力生產(chǎn)移到用戶裝置上或?qū)⒂酂崴屯脩?。柴油機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的現(xiàn)場(chǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置屬于前者；而區(qū)域供熱的熱電聯(lián)產(chǎn)屬于后者，即集中發(fā)電，同時(shí)通過地下管網(wǎng)輸送蒸汽或熱水。
我國(guó)長(zhǎng)期以煤為主要燃料，大力發(fā)展燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組的熱電聯(lián)產(chǎn)。因此區(qū)域冷熱聯(lián)供在我國(guó)目前應(yīng)用的普遍形式是從熱電聯(lián)產(chǎn)的區(qū)域供熱發(fā)展而來(lái)，即：利用一次網(wǎng)將熱電廠生產(chǎn)的熱量輸送到熱力/制冷站，站內(nèi)的換熱器/吸收式制冷機(jī)將熱轉(zhuǎn)換為熱媒水和冷媒水，再通過二次網(wǎng)將冷、熱媒水輸送到用戶。對(duì)熱電廠來(lái)說，同時(shí)送出的產(chǎn)品只是熱和電。無(wú)論供熱供冷都只不過是它的熱負(fù)荷而已。故可稱這種系統(tǒng)為熱電聯(lián)產(chǎn)的冷熱聯(lián)供，簡(jiǎn)稱熱電冷聯(lián)供。
在以燃油或燃?xì)鉃槿剂系那闆r下，可采用燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃引擎的熱電聯(lián)產(chǎn)或熱電冷聯(lián)產(chǎn)。所謂熱電冷聯(lián)產(chǎn)是在同一能源中心同時(shí)生產(chǎn)電能（或機(jī)械能）、熱能和冷媒水，并利用管網(wǎng)將冷、熱媒輸送到用戶。日本新宿新都心的區(qū)域供熱供冷是燃機(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)的一個(gè)典型。制冷容量達(dá)208MW，號(hào)稱世界。文獻(xiàn)[2] 介紹了三聯(lián)產(chǎn)（Trigeneration）的概念，描述了八十年代專為區(qū)域供能開發(fā)出三聯(lián)產(chǎn)機(jī)器的特征是：與原動(dòng)機(jī)（燃?xì)廨啓C(jī)）在同一根軸上連接著發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)和制冷壓縮機(jī)；原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的軸功可用于在任意比例下生產(chǎn)冷媒水和發(fā)電；用原動(dòng)機(jī)的排氣生產(chǎn)出第三個(gè)產(chǎn)品——熱。這種系統(tǒng)效率很高，年滿負(fù)荷運(yùn)行達(dá)5000~7000小時(shí)。
此外，采用電動(dòng)熱泵既供熱又供冷的系統(tǒng)也是一種冷熱聯(lián)供系統(tǒng)。
三．方法
能耗的估算方法有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)之分。靜態(tài)方法只按設(shè)計(jì)負(fù)荷和設(shè)備的設(shè)計(jì)工況特性計(jì)算，并可以當(dāng)量滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)法估算季節(jié)或全年能耗。這種方法簡(jiǎn)便，在一般分析中可用。動(dòng)態(tài)方法則以負(fù)荷的逐時(shí)分布特性為基礎(chǔ)，并考慮設(shè)備的部分負(fù)荷特性和變工況特性,來(lái)估算全年能耗[3]。由于動(dòng)態(tài)方法可以考慮到不同地區(qū)、不同使用對(duì)象和采用不同設(shè)備之間的差異，故在針對(duì)某一具體工程進(jìn)行可行性研究或方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)用動(dòng)態(tài)方法或它的簡(jiǎn)化方法對(duì)系統(tǒng)中所有設(shè)備作全年能耗估算。本文屬一般性能耗分析，所以采用了靜態(tài)方法。
冷熱聯(lián)供系統(tǒng)從熱源、輸送系統(tǒng)到站房，由多種設(shè)備組成。它們有的消耗熱能有的消耗電能，各種能量品位和來(lái)源都有不同。要進(jìn)行能耗的分析比較，是把它們?nèi)颊鬯愕匠醮文茉聪牧?；其中凡是電量都按骨干凝汽式發(fā)電廠或全國(guó)平均發(fā)電能耗折算。
初次能耗量（PE）是指為供應(yīng)所需要的能而耗費(fèi)的各種能折算成的初次能源消耗量。初次能耗率（PER）是初次能耗量與需要輸出能量的比值。
1．當(dāng)耗用來(lái)自燃燒器或鍋爐的熱能時(shí)
供熱初次能耗量 PE=Qh/ηb （1）
供熱初次能耗率 PER=1/ηb （2）
熱驅(qū)動(dòng)制冷或熱泵主機(jī)的初次能耗率 PER=1/(COP·ηb） （3）
式中Qh¾¾供熱量
ηb ¾¾燃燒器或鍋爐的效率
COP——制冷或熱泵主機(jī)的性能系數(shù)
2．當(dāng)耗用電能時(shí)
初次能耗量 PE=W/ηpl （4）
電動(dòng)壓縮式制冷或熱泵主機(jī)的初次能耗率為
PER=1/(COP·ηpl) （5）
式中W——耗電量
ηpl¾¾凝汽式發(fā)電廠的總效率
3．當(dāng)利用廢熱或太陽(yáng)能、地?zé)岬瓤稍偕鸁崮軙r(shí)
能耗與投入輔助能源多少有關(guān)。設(shè)f為輸入的廢熱或可再生熱能Qw占需要輸入總能量(Qw+PE)的份額
f= Qw/( Qw+PE) （6）
其中初次能耗量 PE與需要輸入的驅(qū)動(dòng)熱Qd和鍋爐或燃燒器效率ηb有關(guān)。
Qd= Qw+PE·ηb （7）
由此可得制冷的初次能耗率為
PER=1/{ [ηb+ f / (1- f)]COP} （8）
4．當(dāng)利用熱電聯(lián)產(chǎn)熱時(shí)
供熱、供冷的初次能耗率估算方法將在下節(jié)專門討論。
5．當(dāng)系統(tǒng)有多種耗能設(shè)備時(shí)
初次能耗量為
式中，下標(biāo) j¾¾系統(tǒng)中不同耗能設(shè)備。
一個(gè)冷熱聯(lián)供系統(tǒng)的耗能部分通常包括制冷或熱泵主機(jī)、冷卻或低溫?zé)嵩聪到y(tǒng)、能儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)以及輔助加熱系統(tǒng)等。
系統(tǒng)的供冷初次能耗率為 PERc..s= PERr+ Ac/ηpl （10）
系統(tǒng)的供熱初次能耗率為 PERh..s= PERh+ Ah/ηpl+B/ηb （11）
式中PERr——制冷主機(jī)初次能耗率
PERh ——制熱主機(jī)初次能耗率
Ac——輔助設(shè)備耗電量與系統(tǒng)供冷量之比 GJ/GJ
Ah——輔助設(shè)備耗電量與系統(tǒng)供熱量之比 GJ/GJ
B——輔助加熱量與系統(tǒng)供熱量之比 GJ/GJ
因本文只進(jìn)行不同系統(tǒng)方案間的比較，可把彼此基本相同的部分忽略，不計(jì)冷、熱媒輸送系統(tǒng)耗能。對(duì)制冷系統(tǒng)只計(jì)主機(jī)耗能和冷卻水系統(tǒng)耗電。對(duì)熱泵系統(tǒng)只計(jì)主機(jī)耗能、低溫?zé)嵩聪到y(tǒng)耗電和輔助加熱系統(tǒng)耗能。這樣，
對(duì)于兩效吸收式制冷取Ac=0.04~0.05
對(duì)于單效吸收式制冷取Ac=0.07~0.09
對(duì)于兩級(jí)吸收式制冷取Ac=0.10~0.14
對(duì)于電動(dòng)壓縮式制冷取Ac=0.03~0.04
對(duì)于熱泵取Ah = 0.02~0.04
利用熱能驅(qū)動(dòng)的制冷系統(tǒng)因其可回收利用各種低品位余熱，從而在能量梯級(jí)利用中起著不可替代的作用。在空調(diào)需求不斷增長(zhǎng)，電動(dòng)制冷面臨工質(zhì)替代和電力緊張等問題困擾的情況下，各種節(jié)電、節(jié)能和保護(hù)環(huán)境的熱制冷日益受到人們的關(guān)注。
熱制冷的驅(qū)動(dòng)熱源一般在非供冷季節(jié)也被用于供熱（采暖、過程加熱或生活熱水）。也就是說，熱制冷通常伴隨著一個(gè)供熱系統(tǒng)。由于共用了熱源和其它一些設(shè)備，冷、熱兩部分互相聯(lián)系成為一體，故稱之為冷熱聯(lián)供系統(tǒng)。與采用電動(dòng)制冷、熱能供熱的冷熱分供相比，供熱設(shè)備的冬、夏共用提高了它的全年利用小時(shí)數(shù)，降低了供熱成本；又因分擔(dān)了熱制冷在熱源建設(shè)上的投資也可能降低供冷成本。在熱電聯(lián)產(chǎn)的情況下利用熱制冷可緩解夏季用電高峰和用熱低谷的矛盾，平衡冬夏負(fù)荷；若利用太陽(yáng)能，還可轉(zhuǎn)移夏季白天的用電高峰，平衡晝夜負(fù)荷，緩解電力緊張狀況。隨著這種系統(tǒng)的普及應(yīng)用，研究它在什么條件下節(jié)能，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二．系統(tǒng)形式
由于驅(qū)動(dòng)熱的來(lái)源、載熱介質(zhì)和參數(shù)的不同，導(dǎo)致熱制冷設(shè)備種類繁多，冷熱聯(lián)供系統(tǒng)型式的多樣化，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能彼此之間有很大差異。因此在計(jì)算系統(tǒng)能耗時(shí)，不僅制冷機(jī)等主要設(shè)備的特性，而且熱源的屬性也成為一個(gè)關(guān)鍵問題。根據(jù)熱的來(lái)源冷熱聯(lián)供系統(tǒng)可分為：利用各種廢熱或可再生能源熱、利用熱電聯(lián)產(chǎn)熱和利用初次燃料熱等三類。從能的有效利用角度來(lái)看，必須遵守能量梯級(jí)利用的原則。盡可能利用低品位余熱和可再生能源供熱供冷。文獻(xiàn) 介紹了一個(gè)成功地回收利用工業(yè)余熱進(jìn)行冷熱聯(lián)供的典型實(shí)例。對(duì)于需要燃燒化石燃料產(chǎn)生熱能的情況，應(yīng)當(dāng)先作功發(fā)電之后再利用余熱供熱供冷。也就是說要采用熱電聯(lián)產(chǎn)。
熱電聯(lián)產(chǎn)（Cogeneration）是從同一能源同時(shí)生產(chǎn)電能（或機(jī)械能）和有用的低品位熱能。它可以使用兩種途徑：將電力生產(chǎn)移到用戶裝置上或?qū)⒂酂崴屯脩?。柴油機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的現(xiàn)場(chǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置屬于前者；而區(qū)域供熱的熱電聯(lián)產(chǎn)屬于后者，即集中發(fā)電，同時(shí)通過地下管網(wǎng)輸送蒸汽或熱水。
我國(guó)長(zhǎng)期以煤為主要燃料，大力發(fā)展燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組的熱電聯(lián)產(chǎn)。因此區(qū)域冷熱聯(lián)供在我國(guó)目前應(yīng)用的普遍形式是從熱電聯(lián)產(chǎn)的區(qū)域供熱發(fā)展而來(lái)，即：利用一次網(wǎng)將熱電廠生產(chǎn)的熱量輸送到熱力/制冷站，站內(nèi)的換熱器/吸收式制冷機(jī)將熱轉(zhuǎn)換為熱媒水和冷媒水，再通過二次網(wǎng)將冷、熱媒水輸送到用戶。對(duì)熱電廠來(lái)說，同時(shí)送出的產(chǎn)品只是熱和電。無(wú)論供熱供冷都只不過是它的熱負(fù)荷而已。故可稱這種系統(tǒng)為熱電聯(lián)產(chǎn)的冷熱聯(lián)供，簡(jiǎn)稱熱電冷聯(lián)供。
在以燃油或燃?xì)鉃槿剂系那闆r下，可采用燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃引擎的熱電聯(lián)產(chǎn)或熱電冷聯(lián)產(chǎn)。所謂熱電冷聯(lián)產(chǎn)是在同一能源中心同時(shí)生產(chǎn)電能（或機(jī)械能）、熱能和冷媒水，并利用管網(wǎng)將冷、熱媒輸送到用戶。日本新宿新都心的區(qū)域供熱供冷是燃機(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)的一個(gè)典型。制冷容量達(dá)208MW，號(hào)稱世界。文獻(xiàn)[2] 介紹了三聯(lián)產(chǎn)（Trigeneration）的概念，描述了八十年代專為區(qū)域供能開發(fā)出三聯(lián)產(chǎn)機(jī)器的特征是：與原動(dòng)機(jī)（燃?xì)廨啓C(jī)）在同一根軸上連接著發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)和制冷壓縮機(jī)；原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的軸功可用于在任意比例下生產(chǎn)冷媒水和發(fā)電；用原動(dòng)機(jī)的排氣生產(chǎn)出第三個(gè)產(chǎn)品——熱。這種系統(tǒng)效率很高，年滿負(fù)荷運(yùn)行達(dá)5000~7000小時(shí)。
此外，采用電動(dòng)熱泵既供熱又供冷的系統(tǒng)也是一種冷熱聯(lián)供系統(tǒng)。
三．方法
能耗的估算方法有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)之分。靜態(tài)方法只按設(shè)計(jì)負(fù)荷和設(shè)備的設(shè)計(jì)工況特性計(jì)算，并可以當(dāng)量滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)法估算季節(jié)或全年能耗。這種方法簡(jiǎn)便，在一般分析中可用。動(dòng)態(tài)方法則以負(fù)荷的逐時(shí)分布特性為基礎(chǔ)，并考慮設(shè)備的部分負(fù)荷特性和變工況特性,來(lái)估算全年能耗[3]。由于動(dòng)態(tài)方法可以考慮到不同地區(qū)、不同使用對(duì)象和采用不同設(shè)備之間的差異，故在針對(duì)某一具體工程進(jìn)行可行性研究或方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)用動(dòng)態(tài)方法或它的簡(jiǎn)化方法對(duì)系統(tǒng)中所有設(shè)備作全年能耗估算。本文屬一般性能耗分析，所以采用了靜態(tài)方法。
冷熱聯(lián)供系統(tǒng)從熱源、輸送系統(tǒng)到站房，由多種設(shè)備組成。它們有的消耗熱能有的消耗電能，各種能量品位和來(lái)源都有不同。要進(jìn)行能耗的分析比較，是把它們?nèi)颊鬯愕匠醮文茉聪牧?；其中凡是電量都按骨干凝汽式發(fā)電廠或全國(guó)平均發(fā)電能耗折算。
初次能耗量（PE）是指為供應(yīng)所需要的能而耗費(fèi)的各種能折算成的初次能源消耗量。初次能耗率（PER）是初次能耗量與需要輸出能量的比值。
1．當(dāng)耗用來(lái)自燃燒器或鍋爐的熱能時(shí)
供熱初次能耗量 PE=Qh/ηb （1）
供熱初次能耗率 PER=1/ηb （2）
熱驅(qū)動(dòng)制冷或熱泵主機(jī)的初次能耗率 PER=1/(COP·ηb） （3）
式中Qh¾¾供熱量
ηb ¾¾燃燒器或鍋爐的效率
COP——制冷或熱泵主機(jī)的性能系數(shù)
2．當(dāng)耗用電能時(shí)
初次能耗量 PE=W/ηpl （4）
電動(dòng)壓縮式制冷或熱泵主機(jī)的初次能耗率為
PER=1/(COP·ηpl) （5）
式中W——耗電量
ηpl¾¾凝汽式發(fā)電廠的總效率
3．當(dāng)利用廢熱或太陽(yáng)能、地?zé)岬瓤稍偕鸁崮軙r(shí)
能耗與投入輔助能源多少有關(guān)。設(shè)f為輸入的廢熱或可再生熱能Qw占需要輸入總能量(Qw+PE)的份額
f= Qw/( Qw+PE) （6）
其中初次能耗量 PE與需要輸入的驅(qū)動(dòng)熱Qd和鍋爐或燃燒器效率ηb有關(guān)。
Qd= Qw+PE·ηb （7）
由此可得制冷的初次能耗率為
PER=1/{ [ηb+ f / (1- f)]COP} （8）
4．當(dāng)利用熱電聯(lián)產(chǎn)熱時(shí)
供熱、供冷的初次能耗率估算方法將在下節(jié)專門討論。
5．當(dāng)系統(tǒng)有多種耗能設(shè)備時(shí)
初次能耗量為
式中，下標(biāo) j¾¾系統(tǒng)中不同耗能設(shè)備。
一個(gè)冷熱聯(lián)供系統(tǒng)的耗能部分通常包括制冷或熱泵主機(jī)、冷卻或低溫?zé)嵩聪到y(tǒng)、能儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)以及輔助加熱系統(tǒng)等。
系統(tǒng)的供冷初次能耗率為 PERc..s= PERr+ Ac/ηpl （10）
系統(tǒng)的供熱初次能耗率為 PERh..s= PERh+ Ah/ηpl+B/ηb （11）
式中PERr——制冷主機(jī)初次能耗率
PERh ——制熱主機(jī)初次能耗率
Ac——輔助設(shè)備耗電量與系統(tǒng)供冷量之比 GJ/GJ
Ah——輔助設(shè)備耗電量與系統(tǒng)供熱量之比 GJ/GJ
B——輔助加熱量與系統(tǒng)供熱量之比 GJ/GJ
因本文只進(jìn)行不同系統(tǒng)方案間的比較，可把彼此基本相同的部分忽略，不計(jì)冷、熱媒輸送系統(tǒng)耗能。對(duì)制冷系統(tǒng)只計(jì)主機(jī)耗能和冷卻水系統(tǒng)耗電。對(duì)熱泵系統(tǒng)只計(jì)主機(jī)耗能、低溫?zé)嵩聪到y(tǒng)耗電和輔助加熱系統(tǒng)耗能。這樣，
對(duì)于兩效吸收式制冷取Ac=0.04~0.05
對(duì)于單效吸收式制冷取Ac=0.07~0.09
對(duì)于兩級(jí)吸收式制冷取Ac=0.10~0.14
對(duì)于電動(dòng)壓縮式制冷取Ac=0.03~0.04
對(duì)于熱泵取Ah = 0.02~0.04