導(dǎo)語(yǔ)：熱電冷聯(lián)負(fù)荷計(jì)算管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：熱電冷負(fù)荷的模擬計(jì)算是熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化配置的基礎(chǔ)，負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性將直接影響到聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的好壞。本文從不同類型建筑熱電冷負(fù)荷的基本構(gòu)成出發(fā)，在對(duì)不同建筑類型負(fù)荷的變化特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出“負(fù)荷因子”的概念，進(jìn)而得出了負(fù)荷模擬計(jì)算的基本原理；并以寫(xiě)字樓為例，提出了寫(xiě)字樓的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，并對(duì)其電力負(fù)荷模型進(jìn)行了初步的驗(yàn)證，實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值吻合較好，其可用于寫(xiě)字樓聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中負(fù)荷的模擬預(yù)測(cè)，為熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：熱電冷聯(lián)產(chǎn)負(fù)荷模擬計(jì)算寫(xiě)字樓負(fù)荷預(yù)測(cè)模型

1.前言

在熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中，熱電冷負(fù)荷的模擬計(jì)算是熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的成敗起著至為關(guān)鍵的作用。然而，在建筑的規(guī)劃階段，一般只能確定該建筑最基本的信息：如使用功能和相應(yīng)面積等，它反映的只是該建筑類型的共性。如何從這些基本信息來(lái)模擬不同建筑類型的熱電冷負(fù)荷呢？

目前，在熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，熱電冷負(fù)荷計(jì)算常采用建筑物的設(shè)計(jì)負(fù)荷來(lái)進(jìn)行，即根據(jù)每平方米的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷、冷負(fù)荷與電負(fù)荷來(lái)計(jì)算建筑物的總熱電冷負(fù)荷。樓宇熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)組的選取，常采取以電基本負(fù)荷定機(jī)組容量、電力并網(wǎng)不上網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則，經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)也采取規(guī)定運(yùn)行小時(shí)數(shù)的方法來(lái)進(jìn)行。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法可以初步確定機(jī)組的容量，但由于設(shè)計(jì)負(fù)荷不能反映出不同建筑類型負(fù)荷的逐時(shí)變化特點(diǎn)，不能反映熱電冷負(fù)荷間的相互作用與聯(lián)系，方案也就難以在分時(shí)電價(jià)模式下進(jìn)行模擬，也就不能給出各個(gè)不同時(shí)段機(jī)組具體的運(yùn)行策略，不能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全年逐時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)模擬分析[1-2]，因而，基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)荷方法的聯(lián)產(chǎn)方案，也就難以做到真正的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本文在對(duì)不同建筑類型負(fù)荷的基本構(gòu)成及變化特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出利用“負(fù)荷因子”來(lái)反映不同建筑類型負(fù)荷的逐時(shí)變化特點(diǎn)，進(jìn)而得出了負(fù)荷模擬計(jì)算的基本原理；并以寫(xiě)字樓為例，提出了寫(xiě)字樓的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，

2.負(fù)荷模擬計(jì)算原理

在建筑的規(guī)劃階段，一般只能確定該建筑最基本的信息，如建筑的使用功能和相應(yīng)面積等，每種建筑類型負(fù)荷的基本構(gòu)成及變化特點(diǎn)是不一樣的。負(fù)荷的構(gòu)成及大小由建筑的使用功能、建筑級(jí)別等決定，它反映了設(shè)計(jì)負(fù)荷的概念；而負(fù)荷的逐時(shí)變化特點(diǎn)主要由建筑的使用功能、作息模式等因素決定，它主要反映了不同建筑類型之間差別。因而，對(duì)同種類型建筑來(lái)說(shuō)，負(fù)荷的逐時(shí)變化特點(diǎn)可以利用一個(gè)反映該建筑類型屬性的無(wú)因次因子來(lái)表述，在這里，我們把這無(wú)因次因子稱為“負(fù)荷因子”，它反映的是負(fù)荷的逐時(shí)變化信息，是一個(gè)介于0～1之間逐時(shí)變化的無(wú)綱量數(shù)。各不同建筑類型的“負(fù)荷因子”，是在對(duì)該建筑類型的負(fù)荷變化機(jī)理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，模擬計(jì)算而獲得的。在不知道建筑更深入信息的情況下，其可根據(jù)該建筑類型的典型設(shè)置條件來(lái)相應(yīng)求取。

2.1冷熱負(fù)荷的計(jì)算

建筑的冷熱負(fù)荷主要包括：圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷、人員設(shè)備負(fù)荷等，這三種負(fù)荷基本上各占總負(fù)荷的三分之一左右。圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷主要與建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及地理位置有關(guān)，而對(duì)于同地同種類型同檔次的建筑而言，圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般相差不大。新風(fēng)負(fù)荷主要與人員的作息時(shí)間及密度等相關(guān)，人員設(shè)備負(fù)荷的大小主要與建筑類型及作息時(shí)間有關(guān)。當(dāng)建筑類型確定時(shí)，人員設(shè)備及新風(fēng)負(fù)荷的相對(duì)逐時(shí)變化信息就可基本確定了。因而，冷熱負(fù)荷逐時(shí)的變化信息主要與建筑類型有關(guān)，即“負(fù)荷因子”主要由建筑類型來(lái)決定。

另外，由于同種類型建筑的級(jí)別和服務(wù)對(duì)象的差別，其冷熱負(fù)荷相對(duì)大小也會(huì)相差較大，因而，可將每種類型建筑的冷熱負(fù)荷分高、中、低三個(gè)等級(jí)來(lái)處理。這樣就可通過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)荷或在調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，確定不同等級(jí)負(fù)荷的相對(duì)大小，結(jié)合“負(fù)荷因子”的概念，就可最終確定規(guī)劃階段不同建筑類型的逐時(shí)冷熱負(fù)荷，其建模計(jì)算流程如圖1

2.2電負(fù)荷的模擬計(jì)算

電力負(fù)荷主要由不同建筑功能房間內(nèi)各種用電設(shè)備所造成。電力負(fù)荷的大小及逐時(shí)變化

特征與建筑物內(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)。

根據(jù)常見(jiàn)的用電設(shè)備，電力負(fù)荷主要由如下幾種類型構(gòu)成：

（1）照明：包括各種功能房間照明（如辦公室、客房、商店等）、樓梯過(guò)道照明、立面照明、安全和疏散誘導(dǎo)照明等；其安裝功率主要取決于建筑類型和房間功能，不同的建筑類型和房間功能有不同的照明安裝功率指標(biāo)；而各設(shè)備耗電使用性能主要與使用的照明設(shè)備性能相關(guān)，作息時(shí)間由功能房間所決定；

（2）空調(diào)：包括冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔、采暖泵、風(fēng)機(jī)盤(pán)管、空調(diào)箱、新風(fēng)機(jī)組等；不同空調(diào)形式的電耗特點(diǎn)也不相同；

（3）動(dòng)力運(yùn)輸：主要指電梯，如客梯、貨梯、消防電梯、觀景電梯、自動(dòng)扶梯等。電梯功耗受到樓層高度、上下電梯人數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等因素的影響。

（4）常用電器：主要指各功能房間內(nèi)所使用的電器設(shè)備；如辦公室內(nèi)的電腦、打印機(jī)等，電器設(shè)備種類及其安裝功率可由房間功能決定，對(duì)應(yīng)不同的功能房間，各設(shè)備種類及相應(yīng)的安裝功率不同。

（5）其它：包括各種生活水泵、消防、排煙、安全監(jiān)控、損耗等；

通過(guò)上述對(duì)各用電構(gòu)成的分析，可以發(fā)現(xiàn)：建筑類型或房間功能決定影響著其用電設(shè)備的種類、相應(yīng)設(shè)備的安裝功率及作息時(shí)間等，因而，也可利用“負(fù)荷因子”的概念，反映不同建筑類型電負(fù)荷的逐時(shí)變化特點(diǎn)，電負(fù)荷的相對(duì)大小可由建筑負(fù)荷的構(gòu)成、各用電設(shè)備類型的典型耗電性能等來(lái)確定。電力負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的計(jì)算流程如圖2。

逐時(shí)電負(fù)荷的計(jì)算公式如下：

（1）

其中，為逐時(shí)總電負(fù)荷，n代表各建筑類型中各功能房間類型，j為各功能類型房間內(nèi)所分擔(dān)的設(shè)備類型，如照明、空調(diào)、電梯、電腦等，為各功能區(qū)面積比，，為各設(shè)備投入使用系數(shù)，它主要反映各時(shí)刻設(shè)備投入的相對(duì)量，為各設(shè)備的實(shí)際功耗性能。為與的乘積，它反映的是各設(shè)備逐時(shí)耗電系數(shù)，為“負(fù)荷因子”，為負(fù)荷設(shè)計(jì)指標(biāo)。

圖1冷熱負(fù)荷計(jì)算模型流程圖

圖2電力負(fù)荷計(jì)算模型流程圖

3.寫(xiě)字樓熱電冷負(fù)荷計(jì)算模型

根據(jù)以上計(jì)算原理，在對(duì)北京典型中高層（7層～20層）寫(xiě)字樓進(jìn)行大量的實(shí)地調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，可得出應(yīng)用于寫(xiě)字樓熱電冷負(fù)荷預(yù)測(cè)的計(jì)算模型，下節(jié)為某典型寫(xiě)字樓熱電冷負(fù)荷計(jì)算模型的設(shè)置條件。

3.1典型設(shè)置條件

3.1.1各功能區(qū)面積比

對(duì)于典型的寫(xiě)字樓而言，功能房間除了辦公間外，還應(yīng)有一些保證辦公正常運(yùn)轉(zhuǎn)的輔助房間，如冷站、機(jī)房、職工餐廳、衛(wèi)生間、樓道及大廳等，另外，由于停車場(chǎng)有地上地下之分，故將其單獨(dú)列出，其不作為寫(xiě)字樓的輔助功能區(qū)。各功能區(qū)的對(duì)應(yīng)面積比如表1

表1寫(xiě)字樓各功能區(qū)對(duì)應(yīng)面積比建筑分區(qū)

辦公區(qū)

公共區(qū)

輔助功能區(qū)

總計(jì)

房間功能

辦公間

過(guò)道＋電/樓梯間

衛(wèi)生間

冷站＋地下室

大廳＋門廳

職工餐廳

空調(diào)機(jī)房

面積比

73%

8%

2%

5%

5%

5%

2%

100%

另外，對(duì)人員密度而言，辦公區(qū)可取為0.1人/m2，輔助功能區(qū)可取為0.03人/m2

3.1.2各時(shí)段人數(shù)相對(duì)百分比

由于寫(xiě)字樓具有較強(qiáng)的作息規(guī)律，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，典型寫(xiě)字樓的作息時(shí)間可設(shè)置如表2

表2各時(shí)段人數(shù)相對(duì)百分比

各時(shí)段人數(shù)相對(duì)百分比

時(shí)間段

22:00-6:00

7:00

8:00-17:00

18:00-19:00

20:00-21:00

工作日

0%

10%

100%

30%

10%

節(jié)假日

0%

0%

25%

10%

0%

3.1.3各用電設(shè)備額定功率指標(biāo)

(1)照明根據(jù)建筑照明標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)地調(diào)查結(jié)果，寫(xiě)字樓各功能區(qū)照明安裝功率指標(biāo)見(jiàn)表2；

(2)辦公設(shè)備辦公間電腦安裝功率取為25W/m2，打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等可取為5W/m2；

(3)電梯對(duì)于建筑層數(shù)在7～20間的寫(xiě)字樓，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，其單位面積電梯安裝功率基本滿足y=12.1-0.27×n其中n為樓層數(shù)，y為電梯安裝功率(W/m2)，現(xiàn)取中間值8*W/m2；

(4)空調(diào)根據(jù)理論計(jì)算及調(diào)查結(jié)果，可得出各種空調(diào)設(shè)備的輸送系數(shù)范圍，其中冷站部分各設(shè)備的輸送系數(shù)見(jiàn)表4；

(5)其它設(shè)備其他用電主要包括各種生活水泵用電、安全監(jiān)控、地下車場(chǎng)照明及送排氣用電等；由于生活水泵主要是滿足人員的用水要求，根據(jù)這類生活水泵的性能特點(diǎn)及人均日用水的標(biāo)準(zhǔn)，可以確定各種生活水泵消耗每單位電功供水所能滿足的人數(shù)。安全監(jiān)控、地下車場(chǎng)照明及送排氣用電等可根據(jù)調(diào)研結(jié)果概算。

表3寫(xiě)字樓各功能區(qū)照明安裝功率指標(biāo)房間功能

辦公間

冷站＋地下室

大廳＋門廳

內(nèi)部餐廳

過(guò)道＋電/樓梯間

衛(wèi)生間

一般照明

非常照明

單位面積功率(W/m2)

20

10

15

20

10

5

15

表4冷站部分各設(shè)備的輸送系數(shù)冷站部分各設(shè)備

冷卻水泵

二次泵系統(tǒng)

一次泵系統(tǒng)

冷卻塔

冷凍水一次泵

冷凍水二次泵

冷凍水泵

輸送系數(shù)范圍

35~45

35~45

32~42

30~45

150~200

缺省輸送系數(shù)

38

38

34

32

160

3.2冷熱負(fù)荷計(jì)算模型

根據(jù)上述設(shè)置參數(shù)，利用DeST對(duì)典型的寫(xiě)字樓進(jìn)行冷熱負(fù)荷計(jì)算，得到寫(xiě)字樓全年的冷熱負(fù)荷逐時(shí)變化無(wú)因次因子，即負(fù)荷因子，如圖3、圖4。根據(jù)負(fù)荷因子及寫(xiě)字樓的典型設(shè)計(jì)負(fù)荷，就可以計(jì)算寫(xiě)字樓的冷熱負(fù)荷。

圖3(中高檔)寫(xiě)字樓冷負(fù)荷“負(fù)荷因子”

圖4(中高檔)寫(xiě)字樓熱負(fù)荷“負(fù)荷因子”

3.3電負(fù)荷計(jì)算模型

3.3.1耗電系數(shù)

耗電系數(shù)是用電設(shè)備逐時(shí)電耗與其額定功率的比值，它集中反映了各用電設(shè)備的實(shí)際耗電性能、同時(shí)使用系數(shù)等因素。正由于寫(xiě)字樓作息的規(guī)律性，導(dǎo)致了多種用電設(shè)備的耗電系數(shù)一般也只呈現(xiàn)工作日與節(jié)假日的差別，因而在下列部分用電設(shè)備的耗電系數(shù)圖中，也只列出工作日、節(jié)假日的逐時(shí)耗電系數(shù)，其中前24小時(shí)為工作日，后24小時(shí)為節(jié)假日。

由于冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔、采暖泵、風(fēng)機(jī)盤(pán)管等空調(diào)相關(guān)設(shè)備的電耗與冷熱負(fù)荷有關(guān)，因而這部分用電設(shè)備的耗電系數(shù)不能簡(jiǎn)單的采用上述工作日、節(jié)假日的區(qū)別來(lái)進(jìn)行描述，其需根據(jù)冷熱負(fù)荷及設(shè)備的性能來(lái)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)給定典型寫(xiě)字樓的冷熱負(fù)荷時(shí)，就可得出空調(diào)相關(guān)設(shè)備全年逐時(shí)的耗電系數(shù)。

圖5辦公間照明設(shè)備耗電系數(shù)

圖6辦公間辦公設(shè)備耗電系數(shù)

圖7辦公間風(fēng)機(jī)盤(pán)管耗電系數(shù)

圖8公共區(qū)電梯耗電系數(shù)

3.3.2電負(fù)荷計(jì)算模型

在求得各用電設(shè)備的額定選型功率和耗電系數(shù)后，就可以根據(jù)公式（1）得出寫(xiě)字樓建筑電負(fù)荷的逐時(shí)電力負(fù)荷。圖9～圖12即為不同空調(diào)系統(tǒng)中高檔寫(xiě)字樓的電負(fù)荷的“負(fù)荷因子”及該設(shè)置條件下寫(xiě)字樓的單位面積電負(fù)荷。

圖9電“負(fù)荷因子”(風(fēng)機(jī)盤(pán)管＋新風(fēng))

圖10電負(fù)荷“負(fù)荷因子”(全空氣系統(tǒng))

圖11寫(xiě)字樓單位面積電負(fù)荷(風(fēng)機(jī)盤(pán)管＋新風(fēng))

圖12寫(xiě)字樓單位面積電負(fù)荷(全空氣系統(tǒng))

4.應(yīng)用實(shí)例

為對(duì)負(fù)荷模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，利用北京某一具有代表性的中高檔寫(xiě)字樓實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)與負(fù)荷預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較。由于該寫(xiě)字樓冷熱負(fù)荷尚無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在此只對(duì)電負(fù)荷模型進(jìn)行校驗(yàn)。在應(yīng)用負(fù)荷模型時(shí)，考慮了該樓的一些實(shí)際情況，對(duì)電負(fù)荷模型進(jìn)行了充實(shí)修正。如圖13~16所示，在全年逐時(shí)模擬的大多數(shù)時(shí)段內(nèi)，逐時(shí)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)值的大小及變化趨勢(shì)與實(shí)際值幾乎一致，該預(yù)測(cè)結(jié)果已可滿足設(shè)計(jì)要求。另外，從電力負(fù)荷延時(shí)曲線的比較中，還可以看出：對(duì)于腰谷段電力負(fù)荷，負(fù)荷構(gòu)成較為穩(wěn)定，模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值非常吻合，而對(duì)于尖峰段電力負(fù)荷，由于制冷耗電不定因素的增多，預(yù)測(cè)難度加大，因而，尚有必要對(duì)冷熱負(fù)荷到電力負(fù)荷的轉(zhuǎn)變關(guān)系進(jìn)行更深入的研究。

圖13北京某寫(xiě)字樓2002年實(shí)際耗電曲線

圖14北京某寫(xiě)字樓2002年計(jì)算耗電曲線

圖1512月20日-12月21日實(shí)測(cè)值與模擬值比較

圖162002年實(shí)測(cè)與預(yù)測(cè)電負(fù)荷延時(shí)曲線比較

5.小結(jié)

本章主要分析討論了熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中負(fù)荷的預(yù)測(cè)模型研究，提出了利用“負(fù)荷因子”來(lái)反映不同建筑類型的逐時(shí)負(fù)荷變化特征，進(jìn)而提出了針對(duì)不同建筑類型的特征分別構(gòu)建熱電冷負(fù)荷計(jì)算模型的建模思路。并以寫(xiě)字樓為例，建立了熱電冷負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，并對(duì)其電力負(fù)荷模型進(jìn)行了初步的驗(yàn)證，實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值吻合較好，其可用于寫(xiě)字樓聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中負(fù)荷的模擬預(yù)測(cè)，為熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]段潔儀，馮繼蓓，梁永建.北京中關(guān)村軟件園燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電三聯(lián)供方案.03’中國(guó)分布式能源會(huì)議論文集，2003，p164-169

[2]BrahmanandMohanty&HaribandhuPanda.IntegratedEnergySystemForIndustrialComplexes.Part2:ACaseStudyUsingtheLPModel,AppliedEnergy51(1995)19-38