建筑冷热源是建筑能耗的主要来源。传统的建筑冷热源存在两方面的问题:一方面,传统建筑冷热源主要靠电驱动,而传统火力发电厂发电,经电网输变电到达建筑用户过程中损耗巨大,能量利用效率较低,一次能源浪费严重。另一方面,化石燃料燃烧发电产生的污染气体对环境造成重大损害,危害人们的生存健康。为克服传统冷热源存在的缺点,采用基于可再生能源的冷热电联供系统,通过能量梯级利用,借助高发电效率的能量驱动装置,从根本上提升能量系统效率,减少环境污染是实现建筑节能减排的有效途径。本文研究的主要目的是借助燃料电池高发电效率、低污染、低噪音的优势,结合冷热电联供系统的能量梯级利用特点,建立一种基于燃料电池的微型冷热电联供系统,采用热力学分析和模拟仿真相结合的方法,得到燃料电池操作参数对微型冷热电联供系统热力学行为的影响规律。在此基础上,引入太阳能作为辅助热源,探究耦合联供系统在提升系统效率上的优势,为优化联供系统效率提供新思路。采用综合评价方法对联供系统进行评价,诠释基于燃料电池的微型冷热电联供系统在热力、经济和环境方面的价值。引入进化算法作为优化工具,优化系统各方面指标,为联供系统的优化研究提供了新方法。本文主要研究内容和结论如下:首先,对基于燃料电池的微型冷热电联供系统热力学行为和内部部件耦合关系进行了分析。在夏季和冬季两种工况下,借助参数分析方法,讨论了燃料电池主要操作参数的变化对联供系统能量利用效率产生的影响,结果表明较低的进气和工作温度、较高的电流密度和适当的进气压力可提升系统效率,系统夏季和冬季能量利用效率可分别达到70%和80%以上。作为吸收式制冷机热源,燃料电池的电流密度和工作温度是影响两者耦合关系的重要参数,结果表明:制冷机功率随电流密度增大单调上升,但受进气加湿能耗和制冷机发生器单位热负荷影响,随工作温度的变化上下波动;制冷机COP随工作温度上升而增大。其次,建立了基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)和抛物线型槽式太阳能集热器(PTSC)的耦合联供系统模型,评价了耦合系统在热力学、经济和环境方面的影响,讨论了 PEMFC和PTSC主要操作参数与PEMFC电堆、PTSC以及耦合联供系统热力学行为、经济成本和环境影响之间的映射关系。结果表明,耦合联供系统的能量利用效率比基于燃料电池的微型冷热电联供系统提升了 10%左右;低工作温度、高电流密度和太阳辐射有利于提升耦合系统效率,在低太阳辐射条件下耦合系统能量利用效率仍能达到较高的水平。经济成本评价结果显示耦合系统在经济上是可行的。与火力发电厂相比,耦合联供系统在降低污染物排放量有着巨大优势。低工作温度、高电流密度和太阳辐射有益于增强耦合系统的污染物减排表现。再次,引入基于分解的多目标进化算法(MOEA-D)多目标进化算法对燃料电池系统进行多目标优化。燃料电池系统是本文提出的联供系统中重要驱动装置,其能量利用效率和输出电功率是决定联供系统热力学特性的重要因素,优化燃料电池系统是提升联供系统热力性能的重要手段。本文采用MOEA-D优秀的寻优能力和计算效率,优化燃料电池系统操作参数,得到了 Pareto最优曲线,经决策后得到了最终最优解。优化后PEMFC系统的输出电功率和总效率均有明显提高,在最终最优点的输出电功率与系统效率均接近系统的最大值。最后,对已建立的PEMFC微型联供系统模型分别从热力性能、经济成本和环境影响三个方面进行了参数分析和评价研究,并以此为优化目标,分别采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)与MOEA-D两种进化算法对系统进了多目标优化。结果表明,高电流密度会造成年均成本的增长和系统(?)效率的下降,但可以显著提升温室气体(GHG)年减排量;低工作温度和高进气相对湿度有利于提升(?)效率和GHG年减排量;提升阳极进气压力可改善系统热力性能,提高GHG年减排量;当压力超过2atm时,系统性能的提升趋于饱和;提升阴极进气压力对提升系统(?)效率的贡献较小,但可以增加系统能量效率和GHG年减排量。对比MOEA-D和NSGA-Ⅱ优化结果发现,在种群分布上NSGA-Ⅱ比MOEA-D分布得更均匀,而两者在联供系统的各项评价指标的优化问题上各具优势。优化后的系统热力性能(能量效率、(?)效率)得到显著提升,GHG年减排量大幅度增加,但系统的年均成本增加了 18.76%。本文研究的基于燃料电池的微型冷热电联供系统可以改善传统建筑冷热源一次能源利用率不高和化石燃料燃烧发电引起的空气污染问题。系统的热力性能、经济成本和环境影响的综合评价结果体现了联供系统性能上的高效性,经济上的可行性和环境上优越性,为建筑节能减排提供了新思路。引入的MOEA-D多目标进化算法,优化了联供系统的操作参数集,提升了联供系统各方面性能,为类似的能量系统优化研究提供了新方法。