某能源站負荷計算分析

陳海峰 劉英俊 曾鍇

（1.中機國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 湖南長沙 410007 2.湖南省建筑設(shè)計院有限公司 湖南長沙 410012 3.湖南省第五工程有限公司 湖南株洲 412000）

1 概述

隨著國內(nèi)能源問題及環(huán)境保護問題日益突出，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。在全球資源競爭比較激烈的情況下，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)過程中，前期負荷估算特別重要，它的準(zhǔn)確與否決定了整個項目投資的成敗。本文以長沙地區(qū)某能源站為例，敘述區(qū)域能源站的負荷估算內(nèi)容，供設(shè)計師進行參考價。

2 計算參數(shù)

2.1 長沙地區(qū)室外設(shè)計參數(shù)

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

圖1 逐時干球溫度

2.2 長沙地區(qū)設(shè)計日室外氣象參數(shù)

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

表1 長沙室外氣象設(shè)計參數(shù)

2.3 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

根據(jù)項目所在區(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)計規(guī)范》（GB 50736—2012），確定空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表2 舒適性空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(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

4 冷熱負荷預(yù)測估算方法

冷熱負荷的準(zhǔn)確預(yù)測和計算是區(qū)域能源設(shè)計的關(guān)鍵。能源站的設(shè)計負荷直接關(guān)系到能源站的建設(shè)規(guī)模，關(guān)系到能源站的裝機容量、輸配系統(tǒng)、供能管網(wǎng)、初投資及分期實施、運營狀況等。準(zhǔn)確的冷熱負荷預(yù)測可以保證能源站節(jié)能、高效、環(huán)保、經(jīng)濟的運行，是實現(xiàn)能源站項目可持續(xù)運行的重要基礎(chǔ)。目前常用的區(qū)域能源冷熱負荷預(yù)測和計算有以下兩種方法：

4.1 面積負荷指標(biāo)法

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

4.2 能耗動態(tài)模擬法

能耗動態(tài)模擬法，該方法以計算機能耗模擬軟件為平臺，根據(jù)典型年氣象參數(shù)、詳細的建筑信息以及設(shè)計參數(shù)，計算該建筑的逐時負荷。目前，國內(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冷負荷，通過分析逐時負荷的動態(tài)特性，可以得到系統(tǒng)的峰值負荷、負荷的季節(jié)變化、日間變化及逐時變化，進而可以獲得不同比率的部分負荷下系統(tǒng)運行時間。

面積負荷指標(biāo)法不能反映任意時刻的冷熱負荷的分布情況，因此也無法預(yù)測某個時刻能源站設(shè)備的運行情況，因此在區(qū)域能源站設(shè)計時不能單純采用此方法。近年來，區(qū)域能源站的能耗預(yù)測方法逐漸趨向能耗動態(tài)模擬法。

本項目應(yīng)采用能耗動態(tài)模擬法，利用能耗模擬軟件對項目內(nèi)幾種典型類建筑進行建模模擬，得到各類建筑的全年逐時負荷，同時考慮到各類建筑的接入率與同時使用系數(shù)，匯總得到區(qū)域能源站全年的逐時空調(diào)冷熱負荷逐時值，參考《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（GB 50736—2012）中冷負荷采用不保證50h及熱負荷不保證1d的原則確定區(qū)域能源站冷熱負荷。

5 冷熱負荷估算

5.1 典型建筑的全年逐時負荷

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

圖2 辦公建筑負荷曲線

圖3 賓館建筑負荷曲線

圖4 商場建筑負荷曲線

圖5 公寓建筑負荷曲線

5.2 冷、熱負荷

根據(jù)陸耀慶主編的《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》第二版和《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》（暖通空調(diào).動力）對區(qū)域供能同時使用系數(shù)取值的說明“區(qū)域供冷、供熱進行容量計算時，應(yīng)根據(jù)各分區(qū)的功能與用冷特點，考慮同時使用系數(shù)及接入率等，統(tǒng)計出各類建筑各類型建筑面積統(tǒng)計表。

表4 各類建筑系數(shù)

表5 各類建筑面積統(tǒng)計

計算得出能源站全年負荷曲線。

圖6 能源站全年負荷曲線

參考《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(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，夏季50h的不保證小時數(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數(shù)取10h）選取能源站的設(shè)計負荷，供能區(qū)冷熱負荷見表6。

表6 供能區(qū)冷熱負荷