建筑能耗作为我国能源消耗的三大“耗能大户”之一,其重要性不言而喻。如何实现安全、持久与稳定的能源供应,不仅关系到国家经济发展,甚至对社会是否稳定发展产生一定影响。分布式冷热电联产系统通过将能源资源与建筑紧密联系在一起,实现高效、安全的能源供应。同时,通过与可再生能源相结合,不仅能实现联产系统多能源互补集成,更能调整能源结构、缓解能源短缺、降低环境污染问题。生物质、太阳能和地热能因其资源储量巨大、环境友好等特点而受到各界关注。因此,有必要对生物质、太阳能和地热能为主的建筑冷热电供能系统进行研究。本文通过揭示生物质、太阳能和地热能集成机理,提出耦合供能系统,从热力学及(火用)经济角度对其进行分析。同时建立耦合供能系统多目标优化模型,对耦合供能系统进行运行优化。本文的研究工作主要如下:首先,基于适度反应原则,对生物质部分气化过程展开研究。通过控制气化进程中反应时间及气化温度,降低生物质碳转化率,实现生物质部分气化,并对部分气化过程能量损失情况分析,验证生物质部分气化可能性。同时基于化学能和物理能的梯级利用原理,分别从能的品位出发探究太阳热能品位提升至生物质合成气品位的规律及地源热泵冷凝端出口热水温度与热泵COP的关联特性,通过降低冷凝器出口热水温度实现热泵COP提升,并有效降低冷凝器(火用)损。通过上述创新方式的应用,为能源互补集成提供多种新思路。其次,基于太阳热能品位提升至生物质合成气品位机理,构建生物质与太阳能耦合建筑冷热电三联产系统,采用Aspen Plus流程模拟软件,分别从热力学第一定律和热力学第二定律角度对耦合系统进行热力学性能分析,从而探究耦合系统关键集成参数的影响特性,即空气当量比、水蒸气/生物质比、太阳能集热温度等参数对耦合系统性能的影响。采用桑基图对耦合系统(火用)流情况进行探究,更为清晰地了解耦合系统各设备利用效率及(火用)损情况,从而为其进一步节能改造提供指导。同时从能源、经济与环境角度,对耦合系统与参比分产系统优劣进行对比分析。然后,基于生物质部分气化与地源热泵热水温度分级提升机理,构建生物质与地热能耦合建筑热电供能系统,采用Aspen Plus流程模拟软件,从热力学第一定律角度对耦合系统进行热力学性能分析,选取碳转化率和中温水温度作为关键集成参数,探究其对耦合系统性能的影响特性。同时,通过建立耦合系统(火用)分析和(火用)成本分析数学模型,从(火用)经济角度对耦合供能系统性能进行分析,即耦合系统设备经济性和输出产品单位成本两个方面的变化情况。最后,以生物质与地热能耦合建筑热电供能系统为研究对象,建立多目标优化模型。在该模型中,选择原动机容量、碳转化率和中温水温度三个关键集成参数为优化变量,将一次能源节约率、年总成本节约率和二氧化碳排放减少率作为耦合系统优化目标。采用遗传算法,通过MATLAB编程求解该优化问题。同时,通过关键集成参数的变化对耦合系统性能的影响特性分析验证遗传算法优化结果的可靠性。除此之外,根据生物质价格、天然气价格和电力价格的变化对耦合系统性能及设备容量影响进行分析。