港區(qū)生產(chǎn)與生活用能分析

杜偉++顧明++劉磊磊

摘 要：調(diào)研港區(qū)內(nèi)電力的使用情況；生產(chǎn)輔助區(qū)、生活區(qū)典型建筑的電、熱、冷負(fù)荷量與周期內(nèi)負(fù)荷變化情況。采用建筑能耗分析軟件EnegryPlus進(jìn)行動(dòng)態(tài)負(fù)荷逐時(shí)模擬和計(jì)算，得到全年小時(shí)建筑冷、熱、電負(fù)荷的分布數(shù)據(jù)。為港區(qū)建筑物采用分布式能源積累有效數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：EnergyPlus 冷熱負(fù)荷 電負(fù)荷

中圖分類號(hào)：F273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（c）-0060-03

根據(jù)港區(qū)用能特點(diǎn)，選取天津港聯(lián)檢中心建筑物為對(duì)象，通過軟件模擬其全年的冷、熱、電負(fù)荷，分析其相互之間的關(guān)系，為港區(qū)建筑物采用分布式能源提供數(shù)據(jù)來源和依據(jù)。

1 建筑模型的建立

工程坐落于天津東疆港GKa11單元核心區(qū)，東至鄂爾多斯路，南至樂山道，西至亞洲路，北至重慶道。地塊約呈矩形，東西長(zhǎng)約200 m，南北長(zhǎng)約212.5 m，規(guī)劃總用地面積42 500 m2。為東疆管委會(huì)、海關(guān)及緝私局、檢驗(yàn)檢疫、邊檢、海事等提供一站式服務(wù)。

建筑主體東西兩側(cè)分別為8層、6層，南北兩側(cè)為5層。各功能單元圍繞兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的內(nèi)院展開。建筑平面各部分圍繞著中間辦證大廳布置，該工程可以分為A、B、C、D這4個(gè)樓座。A座為海關(guān)和緝私局提供服務(wù)，B座為邊檢、辦證大廳及公共會(huì)議區(qū)、預(yù)留辦公區(qū)等、C座為檢驗(yàn)檢疫辦公樓，東疆管委會(huì)辦公樓，D座為餐廳及海事局辦公樓。總建筑面積62 190 m2，其中地上建筑面積為58 190 m2。

2 建筑主體及照明設(shè)備參數(shù)的確定

建筑主體及照明設(shè)備參數(shù)的確定如表1，表2所示。

3 冷熱負(fù)荷模擬計(jì)算分析

利用DesignBuilder軟件建立聯(lián)檢服務(wù)中心建筑模型[1]，并準(zhǔn)確建立窗戶模型和遮陽模型，生成為IDF格式在導(dǎo)入到Energy Plus，進(jìn)行詳細(xì)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、照明、設(shè)備、新風(fēng)、人員及空調(diào)設(shè)計(jì)溫度等參數(shù)的設(shè)定。利用E+軟件計(jì)算得到天津地區(qū)的設(shè)計(jì)日地表溫度變化，輸入到聯(lián)檢服務(wù)中心建筑模型，運(yùn)行得到聯(lián)檢服務(wù)中心準(zhǔn)確的冬季設(shè)計(jì)日逐時(shí)負(fù)荷、夏季設(shè)計(jì)日逐時(shí)負(fù)荷以及全年8 760 h的動(dòng)態(tài)負(fù)荷變化曲線。

3.1 冬、夏季設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷

EnergyPlus計(jì)算的聯(lián)檢服務(wù)中心冬、夏季設(shè)計(jì)日負(fù)荷曲線如圖1，圖2所示。

3.2 全年動(dòng)態(tài)冷熱負(fù)荷

根據(jù)ASHRAE對(duì)不同朝向負(fù)荷計(jì)算的方法，依次對(duì)聯(lián)檢中心東西南北4個(gè)朝向的冷熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。如圖3、圖4所示，南向熱負(fù)荷最小，但其冷負(fù)荷最大。按照經(jīng)驗(yàn)理論0°和180°、90°和270°應(yīng)該分別得到很小的負(fù)荷變化，但模擬結(jié)果表明冷負(fù)荷變化符合此經(jīng)驗(yàn)理論，而熱負(fù)荷并未遵循這一趨勢(shì)，由于北方地區(qū)（寒冷地區(qū)）以熱負(fù)荷為主，所以，該建筑朝向按照熱負(fù)荷最小的南向?yàn)樽罴选?/p>

但總的來說4個(gè)朝向的冷熱負(fù)荷變化范圍都較小，取最佳朝向（南）全年最大冷負(fù)荷6 692 kW，最大熱負(fù)荷4 669 kW，圖5給出了全年動(dòng)態(tài)逐時(shí)冷熱負(fù)荷變化情況。單位面積冷負(fù)荷最大115 W/m2，單位面積熱負(fù)荷最大80 W/m2。

4 電負(fù)荷模擬計(jì)算分析

建筑冷熱源系統(tǒng)方案選型時(shí)，冷熱負(fù)荷的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)固然重要，研究也相對(duì)較多，但電力負(fù)荷的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)于系統(tǒng)的方案配置也尤為重要，尤其是在應(yīng)用冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)，優(yōu)化配置和優(yōu)化運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)都需要相對(duì)準(zhǔn)確的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)的支撐。電力規(guī)劃設(shè)計(jì)部門在進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測(cè)時(shí)，常常是基于當(dāng)?shù)鼗虺鞘须娋W(wǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)未來的電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，這種方法往往會(huì)造成很大的偏差，對(duì)于一些高起點(diǎn)的建筑規(guī)劃項(xiàng)目更是不可取。而目前對(duì)于熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中電力負(fù)荷的單點(diǎn)預(yù)測(cè)方法也只是能初步確定機(jī)組容量，不能給出不同時(shí)段機(jī)組運(yùn)行策略。以往的電負(fù)荷計(jì)算只關(guān)心建筑最大電負(fù)荷以用于變壓器選型，可利用的研究成果并不多，因此，對(duì)于聯(lián)檢中心建筑的逐時(shí)電負(fù)荷進(jìn)行深入研究，為后續(xù)的熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化配置和設(shè)計(jì)是十分重要的。

4.1 電力負(fù)荷模擬計(jì)算原理

建筑的電力負(fù)荷由建筑各個(gè)功能區(qū)域各種用電設(shè)備組成。用電設(shè)備包括功能區(qū)域照明及設(shè)備用電、空調(diào)冷熱源設(shè)備用電（包括鍋爐、冷機(jī)、冷卻塔及水泵）、風(fēng)機(jī)用電、動(dòng)力及其他。目前清華大學(xué)李輝等人根據(jù)實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)及相關(guān)理論分析，提出利用耗電因子法對(duì)各種建筑類型的電負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，經(jīng)初步檢驗(yàn)建立的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)模型較為準(zhǔn)確[2]。電力負(fù)荷主要由建筑物類型和建筑各個(gè)功能區(qū)域內(nèi)用電設(shè)備不同所造成。一般情況下，電力負(fù)荷的大小與建筑物內(nèi)各種用電設(shè)備的安裝功率、設(shè)備的耗電使用性能及作息時(shí)間直接相關(guān)。因此，常用的方法是根據(jù)常見的用電設(shè)備，對(duì)電力負(fù)荷構(gòu)成及其耗電影響因素做基本分析，主要是照明、空調(diào)（包括冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔、采暖泵、風(fēng)機(jī)盤管、空調(diào)箱、新風(fēng)機(jī)組等，由于聯(lián)產(chǎn)供冷，計(jì)算中不包括冷機(jī)耗電量）、動(dòng)力運(yùn)輸（主要指電梯）、電器設(shè)備等。建筑類型或區(qū)域功能影響著用電設(shè)備的種類、相應(yīng)設(shè)備的安裝功率及作息時(shí)間，然后再由各用電設(shè)備各個(gè)類型的典型耗電性能曲線及運(yùn)行模式，就可確定該建筑的電力負(fù)荷。

通過在E+中建立建筑物空調(diào)系統(tǒng)模型，確定冷熱水環(huán)路和空氣環(huán)路，運(yùn)行EnergyPlus系統(tǒng)模擬即可得到聯(lián)檢中心各個(gè)區(qū)域全年8 760的逐時(shí)電耗。

4.2 電力負(fù)荷計(jì)算結(jié)果分析

利用上述模擬方法，對(duì)于運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行整理，即可得到聯(lián)檢中心內(nèi)全年8760的逐時(shí)電耗。冬季設(shè)計(jì)日電負(fù)荷和夏季設(shè)計(jì)日電負(fù)荷如圖5、圖6所示。區(qū)域單位面積逐時(shí)電耗進(jìn)行模擬分析，全年最大建筑電負(fù)荷為5 882 kW。

5 結(jié)語

利用DesignBuilder軟件建立辦公建筑模型，并準(zhǔn)確建立窗戶模型和遮陽模型，生成為IDF格式在導(dǎo)入到EnergyPlus，進(jìn)行詳細(xì)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、照明、設(shè)備、新風(fēng)、人員及空調(diào)設(shè)計(jì)溫度等參數(shù)的設(shè)定。利用EnergyPlus軟件計(jì)算得到港區(qū)的設(shè)計(jì)日地表溫度變化，輸入到模型，運(yùn)行得到聯(lián)檢中心準(zhǔn)確的冬季設(shè)計(jì)日逐時(shí)負(fù)荷、夏季設(shè)計(jì)日逐時(shí)負(fù)荷以及全年8 760 h的動(dòng)態(tài)負(fù)荷變化曲線。根據(jù)EnergyPlus系統(tǒng)模擬得到全年8 760的逐時(shí)電耗。全年最大冷負(fù)荷6 692 kW，最大熱負(fù)荷4 665 kW，最大電負(fù)荷為5 882 kW。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘毅群，吳剛，Volker Hartkopf.建筑全能耗分析軟件EnergyPlus及其應(yīng)用[J].暖通空調(diào)，2004，34（9）：2-7.

[2] 李輝，付林，耿克成.熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中電力負(fù)荷的模擬計(jì)算[C]//分布式能源電冷聯(lián)產(chǎn)研討會(huì)論文集.2003：259-264.