分布式能源站冷負(fù)荷預(yù)測及制冷系統(tǒng)選型的探討

廣東省電力設(shè)計研究院 孫文龍 張先提

0 前言

隨著我國分布式能源站的不斷涌現(xiàn)，冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在南方地區(qū)已成為能源站規(guī)劃的主要發(fā)展方向。為了經(jīng)濟合理地配置能源站設(shè)計規(guī)模和減少區(qū)域內(nèi)建筑冷、熱源的能源消耗與碳排放，預(yù)測建筑能耗包括空調(diào)、照明、熱水、家用電器和其他動力能耗，其中占建筑總能耗的5 0%至7 0%的空調(diào)系統(tǒng)能耗已成為能源站規(guī)劃的重中之重。

1 冷負(fù)荷預(yù)測方法

空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷預(yù)測方法很多，如負(fù)荷估算法（指標(biāo)法）、諧波法、軟件計算等。一般情況下，對于燃機電廠的選型希望得到全年每一時刻的冷負(fù)荷數(shù)據(jù)，以便設(shè)計的燃機可以始終在高效率的工況下運行。而建筑節(jié)能模擬分析平臺D e S T軟件的功能正是解決這一問題的最佳計算方法。

DeST軟件能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)不同地區(qū)氣象參數(shù)，通過建立建筑模型，按建筑各功能房間分布設(shè)定室內(nèi)冷熱源參數(shù)，進(jìn)而對整個建筑模型進(jìn)行全年負(fù)荷預(yù)測。本研究不同建筑模型計算以廣州市氣象參數(shù)為例，其主要參數(shù)見圖1、圖2、圖3。

為了適合能源站規(guī)劃區(qū)域內(nèi)各類建筑能耗，DeST軟件按常規(guī)的建筑物類型建模，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范結(jié)合廣州地區(qū)工程實際確定室內(nèi)空調(diào)計算溫度 ，見表1所示

根據(jù)廣州市的氣候條件和建筑特性，考慮辦公、商業(yè)等公共建筑的制冷期7個月（4月15日～11月15日），而住宅類建筑根據(jù)自行需求調(diào)節(jié)，工業(yè)建筑根據(jù)工藝需求確定。

經(jīng)過DeST建模數(shù)據(jù) 詳細(xì)計算，各類建筑物的能耗（包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、人員、照明、設(shè)備等）匯總見表2所示。

表1 室內(nèi)空調(diào)計算溫度

上述負(fù)荷全年疊加后見圖4。

需要說明，DeST建模計算結(jié)果準(zhǔn)確與否關(guān)鍵在于建模輸入數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確合理。通過DeST建模可以實現(xiàn)樓宇建筑的全年冷負(fù)荷預(yù)測，為區(qū)域冷熱負(fù)荷預(yù)測提供理論依據(jù)。通過DeST軟件可以調(diào)用不同區(qū)域全年逐時干球溫度、各月平均干球溫度曲線、最冷熱月干球溫度、全年溫度分布曲線圖及全年太陽直射輻射強度統(tǒng)計圖；DeST軟件建立典型建筑模型，計算得到不同氣象參數(shù)下的典型建筑全年（8760小時）逐時冷熱負(fù)荷，并對數(shù)據(jù)處理得到全年逐時冷熱負(fù)荷曲線、全年空調(diào)總能耗量。

DeST模型計算數(shù)據(jù)結(jié)論可供區(qū)域電力能源方案規(guī)劃提供基礎(chǔ)理論分析數(shù)據(jù)，根據(jù)區(qū)域負(fù)荷分布優(yōu)化電力能源方案。

表2 各類建筑物的單位面積能耗

表3 經(jīng)濟評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

2 集中供冷站設(shè)備選型的方法探討

LCC（50年壽命周期成本）是集中供冷站選型的基本出發(fā)點。在不同的機組配比情況下，LCC也不盡相同，根據(jù)LCC理論，對不同冷源方案進(jìn)行經(jīng)濟分析，確定最佳的供冷設(shè)計方案。

LCC（50年壽命周期成本）計算公式：

式中：C i——空調(diào)冷源初投資，元/m2。

i——商業(yè)貸款利率，5年貸款利率按8%考慮。

CC——年運行能源費，元/m2；

本項目研究按辦公樓50000m2、商業(yè)10000m2、酒店40000m2為例題計算，設(shè)計最大總冷負(fù)荷為11561kW。

根據(jù)對規(guī)劃區(qū)所在地能源與資源狀況、政策、價格、資費、設(shè)備采購市場的了解，廣州地區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可按表3中數(shù)據(jù)作為經(jīng)濟評價。

根據(jù)50年壽命周期成本LCC計算公式與表3的數(shù)據(jù)，采用電制冷和蒸汽溴化鋰制冷的不同比例，計算各冷源方案的LCC，結(jié)果詳見表4。

從不同冷源方案LCC分析表中可以看出，就本項目研究，在蒸汽溴化鋰機組比例為70%時，集中供冷站50年單位面積壽命周期成本最低，為2275.43元/m2，因此，70%蒸汽溴化鋰機組+30%電冷機為最佳技術(shù)方案。

表4 不同冷源方案LCC分析表

3 結(jié)論

1.對于分布式能源站燃機電廠的選型，應(yīng)計算全年每一時刻的冷負(fù)荷數(shù)據(jù)，以便燃機的設(shè)計可以進(jìn)行優(yōu)化，使其始終在高效率的工況下運行。

2.集中供冷站規(guī)模不宜按末端用戶的最大負(fù)荷配置，但為了滿足用戶的最大需求，采用部分電制冷設(shè)備是一個可行的方案，便于系統(tǒng)能源的調(diào)節(jié)。

3.通過本項目研究顯示，冷負(fù)荷、電價和蒸汽價格是決定供冷站按多少比例配置蒸汽溴化鋰機組和電冷機組的關(guān)鍵因素，蒸汽價格越高，電制冷的比例也可提高。

4.供冷小時數(shù)也是一個重要因素，供冷小時數(shù)越短，電制冷的比例也可降低。

總之，通過分布式能源站冷負(fù)荷預(yù)測和集中供冷站方案經(jīng)濟分析的研究，可以掌握對于不同類型的能源站的冷水機組配置方法，對今后的設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義。

[1]空氣調(diào)節(jié)設(shè)計手冊（第二版）.電子工業(yè)部第十研究所，2008:31-33

[2]陸耀慶，實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊（第二版），2008：1479-1481

[3]中國建筑環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集.中國建筑工業(yè)出版社，2005

[4]公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)廣東省實施細(xì)則.(廣東省實施細(xì)則)，DBJ15-51-2007：10-16

[5]公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn).中華人民共和國建設(shè)部，2005：3-9