某能源站負(fù)荷計(jì)算分析

陳海峰 劉英俊 曾鍇

（1.中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 湖南長(zhǎng)沙 410007 2.湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410012 3.湖南省第五工程有限公司 湖南株洲 412000）

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)能源問(wèn)題及環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益突出，具有較高能源利用效率的區(qū)域能源系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。在全球資源競(jìng)爭(zhēng)比較激烈的情況下，區(qū)域能源系統(tǒng)優(yōu)越性明顯。在區(qū)域能源系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，前期負(fù)荷估算特別重要，它的準(zhǔn)確與否決定了整個(gè)項(xiàng)目投資的成敗。本文以長(zhǎng)沙地區(qū)某能源站為例，敘述區(qū)域能源站的負(fù)荷估算內(nèi)容，供設(shè)計(jì)師進(jìn)行參考價(jià)。

2 計(jì)算參數(shù)

2.1 長(zhǎng)沙地區(qū)室外設(shè)計(jì)參數(shù)

室外氣象參數(shù)按《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》和《實(shí)用供暖空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》取值，室外氣象數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 逐時(shí)干球溫度

2.2 長(zhǎng)沙地區(qū)設(shè)計(jì)日室外氣象參數(shù)

依據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50736—2012），設(shè)計(jì)日空調(diào)負(fù)荷計(jì)算的室外氣象參數(shù)如表1所示。

表1 長(zhǎng)沙室外氣象設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)項(xiàng)目所在區(qū)域開發(fā)規(guī)劃和地塊上建筑性質(zhì)，大致確定以下幾種功能類型，根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50189—2015）和《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50736—2012），確定空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 舒適性空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

3 區(qū)域地塊面積及業(yè)態(tài)分布

能源站地塊總建筑面積約為159.6萬(wàn)m2，存在各種不同商業(yè)（務(wù)）業(yè)態(tài)，歸納整理各區(qū)各類商業(yè)（務(wù)）業(yè)態(tài)建筑建筑面積如表3所示。

表3 各業(yè)態(tài)建筑面積統(tǒng)計(jì)

4 冷熱負(fù)荷預(yù)測(cè)估算方法

冷熱負(fù)荷的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和計(jì)算是區(qū)域能源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。能源站的設(shè)計(jì)負(fù)荷直接關(guān)系到能源站的建設(shè)規(guī)模，關(guān)系到能源站的裝機(jī)容量、輸配系統(tǒng)、供能管網(wǎng)、初投資及分期實(shí)施、運(yùn)營(yíng)狀況等。準(zhǔn)確的冷熱負(fù)荷預(yù)測(cè)可以保證能源站節(jié)能、高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)能源站項(xiàng)目可持續(xù)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。目前常用的區(qū)域能源冷熱負(fù)荷預(yù)測(cè)和計(jì)算有以下兩種方法：

4.1 面積負(fù)荷指標(biāo)法

面積負(fù)荷指標(biāo)法，是指采用單位面積負(fù)荷指標(biāo)法估算出各種主要建筑類型的負(fù)荷，再把各單體建筑的負(fù)荷通過(guò)簡(jiǎn)單疊加，然后乘以同時(shí)使用系數(shù)及設(shè)計(jì)日逐時(shí)負(fù)荷系數(shù)。計(jì)算中的指標(biāo)值和系數(shù)值選取常根據(jù)手冊(cè)及經(jīng)驗(yàn)，缺乏理論依據(jù)，這種方法能夠快速得出能源站的負(fù)荷，然而各單體建筑的用能需求不可能在同一時(shí)間發(fā)生，所以這種方法往往會(huì)高估能源站的負(fù)荷，無(wú)法反映任意時(shí)刻的冷熱負(fù)荷的分布情況。

4.2 能耗動(dòng)態(tài)模擬法

能耗動(dòng)態(tài)模擬法，該方法以計(jì)算機(jī)能耗模擬軟件為平臺(tái)，根據(jù)典型年氣象參數(shù)、詳細(xì)的建筑信息以及設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算該建筑的逐時(shí)負(fù)荷。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了很多的能耗模擬軟件，如DOE-2，Energyplus，DeST等。應(yīng)用能耗模擬軟件可以獲得該建筑全年逐時(shí)冷負(fù)荷，通過(guò)分析逐時(shí)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，可以得到系統(tǒng)的峰值負(fù)荷、負(fù)荷的季節(jié)變化、日間變化及逐時(shí)變化，進(jìn)而可以獲得不同比率的部分負(fù)荷下系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。

面積負(fù)荷指標(biāo)法不能反映任意時(shí)刻的冷熱負(fù)荷的分布情況，因此也無(wú)法預(yù)測(cè)某個(gè)時(shí)刻能源站設(shè)備的運(yùn)行情況，因此在區(qū)域能源站設(shè)計(jì)時(shí)不能單純采用此方法。近年來(lái)，區(qū)域能源站的能耗預(yù)測(cè)方法逐漸趨向能耗動(dòng)態(tài)模擬法。

本項(xiàng)目應(yīng)采用能耗動(dòng)態(tài)模擬法，利用能耗模擬軟件對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)幾種典型類建筑進(jìn)行建模模擬，得到各類建筑的全年逐時(shí)負(fù)荷，同時(shí)考慮到各類建筑的接入率與同時(shí)使用系數(shù)，匯總得到區(qū)域能源站全年的逐時(shí)空調(diào)冷熱負(fù)荷逐時(shí)值，參考《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50736—2012）中冷負(fù)荷采用不保證50h及熱負(fù)荷不保證1d的原則確定區(qū)域能源站冷熱負(fù)荷。

5 冷熱負(fù)荷估算

5.1 典型建筑的全年逐時(shí)負(fù)荷

參照《湖南省公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ 43/003—2017）建立各典型建筑的模型，利用DeST進(jìn)行能耗模擬，得到各類建筑的全年逐時(shí)單位空調(diào)面積負(fù)荷如圖2～圖5所示。

圖2 辦公建筑負(fù)荷曲線

圖3 賓館建筑負(fù)荷曲線

圖4 商場(chǎng)建筑負(fù)荷曲線

圖5 公寓建筑負(fù)荷曲線

5.2 冷、熱負(fù)荷

根據(jù)陸耀慶主編的《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版和《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》（暖通空調(diào).動(dòng)力）對(duì)區(qū)域供能同時(shí)使用系數(shù)取值的說(shuō)明“區(qū)域供冷、供熱進(jìn)行容量計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)各分區(qū)的功能與用冷特點(diǎn)，考慮同時(shí)使用系數(shù)及接入率等，統(tǒng)計(jì)出各類建筑各類型建筑面積統(tǒng)計(jì)表。

表4 各類建筑系數(shù)

表5 各類建筑面積統(tǒng)計(jì)

計(jì)算得出能源站全年負(fù)荷曲線。

圖6 能源站全年負(fù)荷曲線

參考《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50736—2012）4.1.2-4.1.10的規(guī)定，夏季按歷年平均不保證50h，冬季按歷年平均不保證1d（根據(jù)統(tǒng)計(jì)，夏季50h的不保證小時(shí)數(shù)集中分布在5d左右，參考夏季歷年平均不保證5d，本次冬季不保證小時(shí)數(shù)取10h）選取能源站的設(shè)計(jì)負(fù)荷，供能區(qū)冷熱負(fù)荷見表6。

表6 供能區(qū)冷熱負(fù)荷