天然氣分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算存在的關(guān)鍵問題及解決方法

楊光梅

摘 要：冷熱負(fù)荷計(jì)算準(zhǔn)確性是天然氣分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)性及投產(chǎn)后運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要保障，然而現(xiàn)有分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，存在沿用已有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，采取保守測算的導(dǎo)向及計(jì)算方法，在負(fù)荷測算分析過程中忽視全年延時(shí)負(fù)荷曲線， 對(duì)負(fù)荷模擬簡化處理等問題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)值偏大或者偏離運(yùn)行規(guī)律。針對(duì)上述問題，該文提出要提高對(duì)冷熱負(fù)荷計(jì)算重要性重新認(rèn)識(shí)，掌握正確的冷熱負(fù)荷計(jì)算方法，同時(shí)要根據(jù)實(shí)際需求選用相應(yīng)的負(fù)荷模擬工具軟件等解決方法。

關(guān)鍵詞：分布式供能系統(tǒng) 冷熱負(fù)荷 問題 方法

中圖分類號(hào)：TK01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）09（a）-0086-02

冷、熱負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性是建設(shè)天然氣分布式供能系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是分布式供能系統(tǒng)投產(chǎn)后能否安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的生命線，但從目前大多數(shù)分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案來看，冷、熱負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果往往偏大或偏離運(yùn)行規(guī)律，結(jié)果造成分布式供能系統(tǒng)投資偏大、設(shè)備閑置較高，經(jīng)濟(jì)效益不容樂觀。該文旨在通過分析分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中冷熱負(fù)荷計(jì)算的常見問題，并給出相關(guān)解決方法，以期為提高分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性提供一定參考。由于分布式供能系統(tǒng)冷、熱負(fù)荷計(jì)算常見問題集中在區(qū)域性公共建筑領(lǐng)域，故該文所闡述的冷熱負(fù)荷均指該領(lǐng)域設(shè)計(jì)冷、熱負(fù)荷的計(jì)算。

1 關(guān)鍵問題

1.1 沿用已有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范無法滿足實(shí)際需要

《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005）、《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50736-2012）以及《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊》（第二版）等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊是公共建筑冷熱負(fù)荷計(jì)算時(shí)最常采用的依據(jù)，因此，設(shè)計(jì)者往往根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊選取單位面積負(fù)荷來計(jì)算公共建筑冷熱負(fù)荷。然而，隨著國家節(jié)能力度的加大、公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、保溫材料等技術(shù)的發(fā)展以及用戶節(jié)能意識(shí)的提高，原有的單位面積負(fù)荷呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。如果設(shè)計(jì)者仍沿用標(biāo)準(zhǔn)的單位面積負(fù)荷來計(jì)算公共建筑冷熱負(fù)荷，其結(jié)果是設(shè)計(jì)負(fù)荷遠(yuǎn)超實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷，這是分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算中存在的核心問題。

1.2 采用的計(jì)算方法無法滿足實(shí)際運(yùn)行規(guī)律的需要

在眾多向區(qū)域公共建筑供能的分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，設(shè)計(jì)者往往以計(jì)算的簡便為目標(biāo)，甚至未理解區(qū)域公共建筑冷、熱負(fù)荷計(jì)算原則和方法，只是簡單地將所有具有相同功能的建筑面積相加后，通過單位面積負(fù)荷計(jì)算出最大、最小設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷，取一個(gè)同時(shí)系數(shù)，得到相同功能公共建筑的設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷，然后用相同的方法計(jì)算出其它相同功能公共建筑的設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷，再將這些已計(jì)算出的設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷相加后得到一個(gè)區(qū)域冷熱負(fù)荷。應(yīng)該說，這種計(jì)算方法在項(xiàng)目論證階段用來匡算區(qū)域最大冷熱負(fù)荷時(shí)尚可適用，但不適用于計(jì)算區(qū)域平均冷熱負(fù)荷或全年冷熱負(fù)荷以及項(xiàng)目可研、初步設(shè)計(jì)階段，主要原因是，該計(jì)算方法忽視了不同功能建筑運(yùn)行時(shí)間區(qū)間、負(fù)荷特性等要素，其計(jì)算結(jié)果往往嚴(yán)重偏離區(qū)域負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行規(guī)律，易造成項(xiàng)目決策失誤，這是分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算中最主要的問題。

1.3 采取保守測算的導(dǎo)向往往導(dǎo)致設(shè)計(jì)值偏大

分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算中，較多的設(shè)計(jì)者為提高計(jì)算結(jié)果的有效性，防止計(jì)算的冷熱負(fù)荷偏小，造成設(shè)計(jì)方案不可用。為了使項(xiàng)目通過審查，通過層層加碼的方式提高設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷，最終造成設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷嚴(yán)重超出實(shí)際負(fù)荷。其中，最為典型的問題是提高負(fù)荷同時(shí)系數(shù)、擴(kuò)大建筑供能面積、虛化建筑內(nèi)外區(qū)冷熱負(fù)荷、建筑功能錯(cuò)位、同一功能建筑不同功能區(qū)負(fù)荷（如地下室負(fù)荷與地面建筑負(fù)荷相同）等同對(duì)待、提高人員密度取值、提高房間使用率等，導(dǎo)致分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算中的設(shè)計(jì)值往往偏大。

1.4 負(fù)荷測算分析過程中容易忽視全年延時(shí)負(fù)荷曲線

在分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算與分析過程中，應(yīng)產(chǎn)生區(qū)域典型日冷熱負(fù)荷、區(qū)域全年冷熱負(fù)荷，全年延時(shí)負(fù)荷等曲線，其中，全年延時(shí)負(fù)荷直觀地反映了區(qū)域冷熱負(fù)荷的大小、特性、分布式供能系統(tǒng)較為客觀的年利用小時(shí)數(shù)以及設(shè)計(jì)冷熱負(fù)荷的科學(xué)性，是設(shè)計(jì)分布式供能系統(tǒng)最有效的依據(jù)。在冷熱負(fù)荷計(jì)算過程中，設(shè)計(jì)者往往十分重視區(qū)域典型日冷熱負(fù)荷曲線、區(qū)域全年負(fù)荷曲線，卻忽視了全年延時(shí)負(fù)荷曲線，造成分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案或運(yùn)行策略設(shè)計(jì)存在較大偏差。

1.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)負(fù)荷模擬簡化處理

完整、科學(xué)的負(fù)荷模擬是優(yōu)化分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵的因素，而對(duì)于一個(gè)以區(qū)域公共建筑為主要供能對(duì)象的分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案而言，最易被簡化處理的問題恰恰是負(fù)荷模擬。在眾多分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，有不少負(fù)荷模擬只是簡單地將建筑面積相加后，再利用單位面積空調(diào)負(fù)荷與建筑面積的乘積，對(duì)應(yīng)氣候特征曲線提取出負(fù)荷模擬圖，忽視了建筑各功能區(qū)比例、不同功能建筑工作時(shí)段與人員密度、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、保溫材料、窗墻比以及區(qū)域建筑開發(fā)階段等重要參數(shù)，使得分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷嚴(yán)重偏離其實(shí)際變化規(guī)律，不能客觀反映區(qū)域冷熱負(fù)荷大小和特性，也就根本無從談起分布式供能系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 解決方法

2.1 正確理解冷熱負(fù)荷計(jì)算的重要意義

冷熱負(fù)荷計(jì)算是設(shè)計(jì)分布式供能系統(tǒng)的基礎(chǔ)，將直接影響分布式供能系統(tǒng)設(shè)備選型、運(yùn)行策略、控制方案以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等項(xiàng)目決策問題，因此，冷熱負(fù)荷在分布式供能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中具有非常重要的地位。

在區(qū)域性公共建筑領(lǐng)域，分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算過程也是設(shè)備選型及其組合的優(yōu)化過程，例如，可將多種設(shè)計(jì)和運(yùn)行方案根據(jù)設(shè)備的供應(yīng)能力加以優(yōu)化和組合，使分布式供能系統(tǒng)達(dá)到不同熱力循環(huán)聯(lián)合、不同用能系統(tǒng)整合以及中低溫?zé)崮艿奶菁?jí)利用，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益最大化的目的。因此，冷熱負(fù)荷計(jì)算也是優(yōu)化設(shè)計(jì)分布式供能系統(tǒng)的重要途徑。

2.2 掌握科學(xué)的冷熱負(fù)荷計(jì)算方法

對(duì)于單幢建筑，冷熱負(fù)荷的計(jì)算有當(dāng)量溫差法、諧波分解法、反應(yīng)系數(shù)法、Z傳遞函數(shù)法、輻射時(shí)間序列法等多種方法，各種方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，負(fù)荷計(jì)算時(shí)可因地制宜、因物而異選取相關(guān)方法，本文不再贅述單幢建筑的冷熱負(fù)荷計(jì)算方法。

而在以區(qū)域公共建筑為供能對(duì)象的分布式供能系統(tǒng)冷熱負(fù)荷計(jì)算過程中，由于建筑功能不同，其負(fù)荷特性曲線將有很大差異性，即使是具有相同功能的建筑，由于建筑功能分區(qū)、工作時(shí)段、人員密度，其負(fù)荷特性曲線也有一定的差異。因此，筆者認(rèn)為在區(qū)域建筑型分布式供能系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算中，應(yīng)在詳細(xì)了解單幢建筑開發(fā)商的需求后（有條件時(shí)，亦可根據(jù)項(xiàng)目建議書或初步設(shè)計(jì)文件），單獨(dú)計(jì)算單幢建筑與整點(diǎn)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的冷熱負(fù)荷，在此基礎(chǔ)上，再將計(jì)算得到的區(qū)域內(nèi)單幢建筑冷熱負(fù)荷按照時(shí)間序列對(duì)應(yīng)相加，即可得到區(qū)域公共建筑冷熱負(fù)荷。由于這種計(jì)算方法考慮了所有建筑冷熱負(fù)荷大小和特性，因此，通過該方法計(jì)算得到的區(qū)域公共建筑冷熱負(fù)荷最為接近實(shí)際運(yùn)行情況。

2.3 善于利用負(fù)荷模擬工具軟件

近年來，隨著計(jì)算機(jī)和建筑節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了較多的空調(diào)負(fù)荷預(yù)測軟件，如DOE2.1、Energy-Plus、eQuest、DeST、TRNSYS、ECOTECT、華電源等，這些軟件都能夠?qū)ㄖM(jìn)行全年負(fù)荷動(dòng)態(tài)模擬，并生成相關(guān)負(fù)荷特性曲線，有助于分布式供能系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理，但每個(gè)軟件都有其適用范圍，由于目前空調(diào)負(fù)荷預(yù)測軟件的對(duì)比應(yīng)用案例較多，本文不再詳細(xì)敘述，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)從自身的需求出發(fā)，選擇相應(yīng)的軟件進(jìn)行負(fù)荷模擬，在提高冷熱負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確性的同時(shí)，客觀計(jì)算出分布式供能系統(tǒng)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，并結(jié)合負(fù)荷特性曲線提出更切合實(shí)際的運(yùn)行策略。

3 結(jié)語

當(dāng)前天然氣分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，其冷熱負(fù)荷計(jì)算仍存在因循守舊、計(jì)算方法錯(cuò)誤、忽視負(fù)荷特性曲線等問題，造成分布式供能系統(tǒng)運(yùn)行效率低下，節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益較差。應(yīng)提高對(duì)冷熱負(fù)荷計(jì)算重要性的認(rèn)識(shí)，掌握正確的冷熱負(fù)荷計(jì)算方法，并通過選用相關(guān)負(fù)荷模擬工具軟件進(jìn)行負(fù)荷模擬，提高冷熱負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確性。

致謝：感謝上海市科委11DZ1202004、13dz1202401、14dz1200601項(xiàng)目的支持，感謝上海市節(jié)能減排中心朱寅康對(duì)本文的悉心指導(dǎo)。endprint