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(jì)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(jì)合理地配置能源站設(shè)計(jì)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(jì)算等。一般情況下，對于燃機(jī)電廠的選型希望得到全年每一時(shí)刻的冷負(fù)荷數(shù)據(jù)，以便設(shè)計(jì)的燃機(jī)可以始終在高效率的工況下運(yùn)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(jì)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(gè)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(jì)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(jì)規(guī)范結(jié)合廣州地區(qū)工程實(shí)際確定室內(nèi)空調(diào)計(jì)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(gè)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(jì)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(jì)算溫度

上述負(fù)荷全年疊加后見圖4。

需要說明，DeST建模計(jì)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(shí)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(shí)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(qiáng)度統(tǒng)計(jì)圖；DeST軟件建立典型建筑模型，計(jì)算得到不同氣象參數(shù)下的典型建筑全年（8760小時(shí)）逐時(shí)冷熱負(fù)荷，并對數(shù)據(jù)處理得到全年逐時(shí)冷熱負(fù)荷曲線、全年空調(diào)總能耗量。

DeST模型計(jì)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(jì)評價(jià)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(diǎn)。在不同的機(jī)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(jì)分析，確定最佳的供冷設(shè)計(jì)方案。

LCC（50年壽命周期成本）計(jì)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(yùn)行能源費(fèi)，元/m2；

本項(xiàng)目研究按辦公樓50000m2、商業(yè)10000m2、酒店40000m2為例題計(jì)算，設(shè)計(jì)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(jià)格、資費(fèi)、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(jì)評價(jià)。

根據(jù)50年壽命周期成本LCC計(jì)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(jì)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(xiàng)目研究，在蒸汽溴化鋰機(jī)組比例為70%時(shí)，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(jī)組+30%電冷機(jī)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(jī)電廠的選型，應(yīng)計(jì)算全年每一時(shí)刻的冷負(fù)荷數(shù)據(jù)，以便燃機(jī)的設(shè)計(jì)可以進(jìn)行優(yōu)化，使其始終在高效率的工況下運(yùn)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(gè)可行的方案，便于系統(tǒng)能源的調(diào)節(jié)。

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

4.供冷小時(shí)數(shù)也是一個(gè)重要因素，供冷小時(shí)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(jì)分析的研究，可以掌握對于不同類型的能源站的冷水機(jī)組配置方法，對今后的設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

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

[2]陸耀慶，實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)廣東省實(shí)施細(xì)則.(廣東省實(shí)施細(xì)則)，DBJ15-51-2007：10-16

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