分布式能源站冷負荷預測及制冷系統選型的探討

廣東省電力設計研究院 孫文龍 張先提

0 前言

隨著我國分布式能源站的不斷涌現，冷熱電聯供系統在南方地區已成為能源站規劃的主要發展方向。為了經濟合理地配置能源站設計規模和減少區域內建筑冷、熱源的能源消耗與碳排放，預測建筑能耗包括空調、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%的空調系統能耗已成為能源站規劃的重中之重。

1 冷負荷預測方法

空調系統的冷負荷預測方法很多，如負荷估算法（指標法）、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荷數據，以便設計的燃機可以始終在高效率的工況下運行。而建筑節能模擬分析平臺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軟件能夠實現根據不同地區氣象參數，通過建立建筑模型，按建筑各功能房間分布設定室內冷熱源參數，進而對整個建筑模型進行全年負荷預測。本研究不同建筑模型計算以廣州市氣象參數為例，其主要參數見圖1、圖2、圖3。

為了適合能源站規劃區域內各類建筑能耗，DeST軟件按常規的建筑物類型建模，根據相關設計規范結合廣州地區工程實際確定室內空調計算溫度 ，見表1所示

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

經過DeST建模數據 詳細計算，各類建筑物的能耗（包括圍護結構、人員、照明、設備等）匯總見表2所示。

表1 室內空調計算溫度

上述負荷全年疊加后見圖4。

需要說明，DeST建模計算結果準確與否關鍵在于建模輸入數據是否準確合理。通過DeST建模可以實現樓宇建筑的全年冷負荷預測，為區域冷熱負荷預測提供理論依據。通過DeST軟件可以調用不同區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計圖；DeST軟件建立典型建筑模型，計算得到不同氣象參數下的典型建筑全年（8760小時）逐時冷熱負荷，并對數據處理得到全年逐時冷熱負荷曲線、全年空調總能耗量。

DeST模型計算數據結論可供區域電力能源方案規劃提供基礎理論分析數據，根據區域負荷分布優化電力能源方案。

表2 各類建筑物的單位面積能耗

表3 經濟評價的基礎數據表

2 集中供冷站設備選型的方法探討

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

LCC（50年壽命周期成本）計算公式：

式中：C i——空調冷源初投資，元/m2。

i——商業貸款利率，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10000m2、酒店40000m2為例題計算，設計最大總冷負荷為11561kW。

根據對規劃區所在地能源與資源狀況、政策、價格、資費、設備采購市場的了解，廣州地區的基礎數據可按表3中數據作為經濟評價。

根據50年壽命周期成本LCC計算公式與表3的數據，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%電冷機為最佳技術方案。

表4 不同冷源方案LCC分析表

3 結論

1.對于分布式能源站燃機電廠的選型，應計算全年每一時刻的冷負荷數據，以便燃機的設計可以進行優化，使其始終在高效率的工況下運行。

2.集中供冷站規模不宜按末端用戶的最大負荷配置，但為了滿足用戶的最大需求，采用部分電制冷設備是一個可行的方案，便于系統能源的調節。

3.通過本項目研究顯示，冷負荷、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.供冷小時數也是一個重要因素，供冷小時數越短，電制冷的比例也可降低。

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

[1]空氣調節設計手冊（第二版）.電子工業部第十研究所，2008:31-33

[2]陸耀慶，實用供熱空調設計手冊（第二版），2008：1479-1481

[3]中國建筑環境分析專用氣象數據集.中國建筑工業出版社，2005

[4]公共建筑節能設計標準廣東省實施細則.(廣東省實施細則)，DBJ15-51-2007：10-16

[5]公共建筑節能設計標準.中華人民共和國建設部，2005：3-9