CN106780107B - 一种区域建筑功能混合配比方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种区域建筑功能混合配比方法，首先列出各建筑功能面积的配比方式，再计算每种建筑功能配比方式的年能耗量、用电峰谷差、能耗互补量、冷凝热、生活热水量、冷凝水量、冷却塔补水量、生活用水量、雨水回用量、中水回收、冲厕用水量、碳排放量，对所有的建筑功能配比方式进行综合评估，选择最佳的功能配比方式。本发明实现了不同功能的建筑合理混合使能源平衡利用，促使能源供给侧和需求侧的平衡，电网高效运转，减少电力的损耗，减少用电峰谷差，减少用电峰值负荷，提高变压器负荷率，有利于整个供电系统的高效使用。

Description

一种区域建筑功能混合配比方法
技术领域
本发明涉及城市设计及建筑设计领域，具体涉及一种区域建筑功能混合配比方法。
背景技术
当前可持续发展是我国重要的发展战略，城市化进程中越来越多的城市把建设的重点放在城市整体的可持续发展，积极开展低碳城市、生态城区的实践。随着绿色和可持续发展概念在实践中的深化，城市社区设计逐步由单体的绿色建筑向整个城市的可持续发展转变。区域建筑的低能耗不但取决于建筑单体节能设计，而且需从设计前期综合考虑建筑群体，才能实现区域建筑的低能耗。
发明内容
本发明提供了一种区域建筑功能混合配比方法，以解决现有技术中存在的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种区域建筑功能混合配比方法，包括以下步骤：
S1：确定用地面积，利用容积率计算建筑面积，利用建筑密度计算屋顶面积，根据绿地率计算绿地面积，根据建筑密度和绿地率计算道路面积；
S2：列出各建筑的配比方式，根据各功能建筑年均单位面积能耗量和用水量计算每种配比方式的年能耗量和年水耗量；
S3：根据各功能建筑单位面积用电功率，计算每种配比方式的用电峰谷差；
S4：根据各功能建筑的能耗计算每种配比方式的能耗互补量；
S5：根据冷热负荷计算每种配比方式可回收的冷凝热；
S6：根据冷凝热的回收量计算出每种配比方式可提供的生活热水量；
S7：根据各功能建筑中空调系统的制冷量计算每种配比方式的冷凝水产生量；
S8：根据各功能建筑中空调系统的制冷量计算每种配比方式的冷却塔补水量；
S9：根据建筑面积计算用水单位量，根据用水定额计算每种配比方式的生活用水量；
S10：计算每种配比方式的场地雨水收集量和用于绿化浇灌和道路冲洗的雨水回用量；
S11：计算每种配比方式的中水回收量和冲厕用水量；
S12：计算每种配比方式的年综合能耗量和年综合水耗量，转化为碳排放量；
S13：对每种配比方式的年能耗量、用电峰谷差、能耗互补量、冷凝热回收量、生活热水量、冷凝水量、冷却塔补水量、生活用水量、雨水回用量、中水回收量、冲厕用水量、碳排放量数据进行比较，选择最佳的配比方式。
进一步的，所述建筑的功能包括办公建筑、酒店建筑、商场建筑和住宅建筑。
进一步的，所述步骤S2中，设所述办公建筑、酒店建筑、商场建筑和住宅建筑的比例分别为a、b、c、d，则每种建筑的配比方式需满足以下条件：
a+b+c+d＝100％；
20％<a<40％；
5％<b<15％；
10％<c<30％；
20％<d<60％；
进一步的，所述步骤S3中，用电峰谷差的计算方法为：计算单位面积逐时用电负荷和使用率，得到一天内用电量的最大值和最小值，取两者的差值作为用电峰谷差。
进一步的，所述步骤S4中，能耗互补量的计算方法为：根据全年供电建筑或区域单位面积的能耗功率，计算出耗电量和产热量，减去输出时的热损失得到能耗互补量。
进一步的，所述步骤S5中，可回收的冷凝热的计算方法为：
Q冷凝热＝Q1*1000*△t；
其中，Q冷凝热为冷凝热，Q1为冷却塔容量，△t为冷却水的水温与空气差。
进一步的，所述步骤S6中，所述生活热水量的计算方法为：
W水＝Q冷凝热*η/(C(tr-tl)*ρ热水)；
其中W水为生活热水量，Q冷凝热为冷凝热，η为热回收效率，C为水的比热容，tr为生活热水温度，tl为室外最低空气温度，ρ为热水密度。
进一步的，所述步骤S11中，所述中水包括淋浴排水和盥洗排水，由各功能建筑的给水百分率计算出中水水量，中水回收量＝中水水量*0.8。
进一步的，所述步骤S12中，将年综合能耗量和年综合水耗量转换为标准煤量，接着将标准煤量转换为碳排放量。
进一步的，所述步骤S13中，首先从年能耗量、用电峰谷差、能耗互补量、冷凝热、生活热水量、冷凝水量、冷却塔补水量、生活用水量、雨水回用量、中水回收量、冲厕用水量、碳排放量的计算数据中针对每个参数选择最优的5种配比方式，然后将入选次数最多的配比方式作为最佳的配比方式。
本发明提供的区域建筑功能混合配比方法，通过计算每种建筑配比方式的年能耗量、用电峰谷差、能耗互补量、冷凝热、生活热水量、冷凝水量、冷却塔补水量、生活用水量、雨水回用量、中水回收量、冲厕用水量、碳排放量，对所有的建筑配比方式进行综合评估，选择最佳的功能配比方式。本发明实现了不同功能的建筑合理混合使能源平衡利用，促使能源供给侧和需求侧的平衡，电网高效运转，减少电力的损耗，减少用电峰谷差，减少用电峰值负荷，提高变压器负荷率，有利于整个供电系统的高效使用。
附图说明
图1是本发明区域建筑功能混合配比方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明作详细描述：
城市不同功能建筑合理混合促使能源互补。不同功能、同一大类的功能的建筑，除在用能强度上存在时间的差异和互补，还在用能的使用特征上存在着不同与互补。它是指每一类功能性的建筑，其能源使用都存在着自身的特征，而且无论是能源的消耗，还是废的排放都具有一定的独特性，比如金融中心类建筑，由于其拥有大型的数据中心，需要全年供冷，故全年均有较大量的热能排出，此部分热能回收后，可用来为周边公共建筑如医院、宾馆、疗养院的生活热水补充。使不同功能的建筑彼此可以依据能源使用特征，“互换、互惠、互补”，这为功能复合提供了一个全新的能源支撑的评判视角，来进行建筑组合规划，实现低碳社区的目标。
如图1所示，本发明提供了一种区域建筑功能混合配比方法，包括以下步骤：
S1：确定用地面积，利用容积率计算建筑面积，利用建筑密度计算屋顶面积，根据绿地率计算绿地面积，根据建筑密度和绿地率计算道路面积。
S2：列出各建筑的配比方式，根据各功能建筑年均单位面积能耗量和用水量计算每种配比方式的年能耗量和年水耗量；本实施例中，建筑的功能包括办公建筑、酒店建筑、商场建筑和住宅建筑，设所述办公建筑、酒店建筑、商场建筑和住宅建筑的比例分别为a、b、c、d，则每种建筑的配比方式需满足以下条件：
a+b+c+d＝100％；
20％<a<40％；
5％<b<15％；
10％<c<30％；
20％<d<60％；
以梯度5％列出所有的配比方式，为了提高计算效率，本实施例选择至少20种配比方式，进行计算。
通过统计分析，办公类建筑的单位面积能耗平均值为114.0kWh/m2，酒店类建筑的单位面积能耗平均值为169.3kWh/m2；商场类建筑的单位面积能耗平均值为228.8kWh/m2，这里住宅建筑的单位面积能耗平均值为14.3kWh/m2，根据各功能建筑的单位面积能耗平均值，可以计算出不同功能建筑的年能耗值，从而得到每种配比方式的年能耗量。同理可计算出每种配比方式的年水耗量。
S3：根据各功能建筑单位面积用电功率，计算每种配比方式的用电峰谷差；本实施例中的用电峰谷差主要针对所在地一年中建筑用电负荷较大阶段中的某一工作日，对单位建筑面积逐时用电负荷(包括照明，空调，电气设备和其他)和使用率的计算，得出该日内用电量某一时最大值(峰值)和最小值(谷值)，将两者的差值作为典型日用电峰谷差。
S4：根据各功能建筑的能耗计算每种配比方式的能耗互补量；一些特殊功能的建筑或房间，如数据中心、冷库、恒温恒湿房间等需要全年供电，且在用电过程中产生了大量热量，通过收集这部分废热用于供给周边建筑采暖、锅炉或生活热水的热量。该能耗互补量的计算方法为：根据全年供电建筑或区域单位面积的能耗功率，计算出耗电量和产热量，并减去输出时的热损失得到能耗互补量。
S5：根据冷热负荷计算每种配比方式可回收的冷凝热；冷凝热是中央空调的制冷机组制冷时，机组内的冷却水把制冷剂在冷凝器中释放的热量带出，流经室外冷却塔，喷洒至散热材料表面，通过与空气接触，产生热交换而散发出的热量，利用热回收技术把冷凝热有效回收，可回收的冷凝热Q冷凝热的计算公式为：
Q冷凝热＝Q1*1000*△t；
其中，Q1为冷却塔容量，△t为冷却水的水温与空气差。
S6：根据可回收的冷凝热计算出每种配比方式可提供的生活热水量；回收的冷凝热用来加热生活热水，温度可以达到65℃左右，再利用蓄热水箱，持续为用户提供生活热水。生活热水量的计算方法为：
W水＝Q冷凝热*η/(C(tr-tl)*ρ热水)；
其中W水为生活热水量，Q冷凝热为冷凝热，η为热回收效率，一般为60％-70％；C为水的比热容，一般取4.187KJ/(kg℃)；tr为生活热水温度，一般取60℃；tl为室外最低空气温度，ρ为热水密度，为0.983t/m3。
S7：根据各功能建筑中空调系统的制冷量计算每种配比方式的冷凝水产生量；因冷凝水量与制冷量，室内温湿度条件和室外环境气候等有密切关系，精确计算冷凝水量十分复杂，因此冷凝水量一般是通过估算方式获得，1kW制冷量每小时产生的冷凝水为0.4-0.8kg。
S8：根据各功能建筑中空调系统的制冷量计算每种配比方式的冷却塔补水量；根据现行《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，中央空调取暖器补水量为循环冷却水量的1.2％，制冷期补水量为循环水量的1％。一般离心式、螺杆式制冷机组的循环水量为0.8RTm3/h。
S9：根据建筑面积计算用水单位量，根据用水定额计算每种配比方式的生活用水量；生活用水量的计算首先根据建筑面积定额计算出用水单位量，然后根据国家标准《民用建筑节水设计标准》)(GB50555-2010)节水用水定额计算出各类建筑年生活用水量，从而得到每种配比方式的生活用水量。
S10：计算每种配比方式的场地雨水收集量和用于绿化浇灌和道路冲洗的雨水回用量；雨水回用是收集屋面雨水用于绿化浇灌和道路冲洗，根据当地年降雨量和屋顶面积可计算出年雨水收集量，根据绿地率和道路面积及绿化浇洒和道路冲洗的用水定额求出需求雨水量，通过月雨水平衡计算出年雨水回用量。
S11：计算每种配比方式的中水回收量和冲厕用水量；中水为生活中用水的优质杂排水，包括淋浴排水和盥洗排水。由各类建筑分项给水百分率(如表1所示)可计算出建筑能够提供的中水水量，考虑到中水处理中损失，实际中水回收量为收集水量乘以0.8。
表1各类建筑分项给水百分率(％)
项目 住宅建筑 酒店建筑 办公建筑 商场建筑
冲厕 21 10～14 60～66 6.7～5
厨房 20～29 12.5～14 － －
淋浴 29.3～32 50～40 － －
盥洗 6.7～6.0 12.5～14 40～34 －
S12：计算每种配比方式的年综合能耗量和年综合水耗量，转化为碳排放量；碳排放量的计算以标准煤(简称标煤)换算得出。
其中年综合能耗量Qa是对项目一年内各种能耗消耗和节约能耗的综合计算，其计算方法为：
Figure GDA0002559108240000071
其中Qi为各功能建筑单位面积的年能耗量；Ai为各功能建筑的面积；Qb为互补功能建筑提供被利用的能耗；Ql为回收的冷凝热的能量；
年综合水耗量Wa是对项目一年内新水的用量进行综合计算，其计算方法为：
Figure GDA0002559108240000072
其中Wi为各功能建筑节水用水定额；Mi为各功能建筑用水单位数量；Wl为冷凝水收集用于冷却塔补水水量；Wz为中水回收用于冲厕的水量；Wy为雨水收集利用用于绿化浇灌、道路浇洒、车库冲洗和洗车的水量。
我国规定每千克标煤的热值为7000千卡，节约1kWh相当于节约0.4千克标煤。新水(通常指自来水等生活用水)的折标煤系数为每吨新水相当于0.0857千克标煤。根据BP中国碳排放计算器数据，1千克标煤相当于2.493千克二氧化碳，也相当于0.68千克碳排放。由此通过综合计算得出年综合用电量和用水量，然后折算为标煤，最后转换为碳排放量计算。
S13：对每种配比方式的年能耗量、用电峰谷差、能耗互补量、冷凝热、生活热水量、冷凝水量、冷却塔补水量、生活用水量、雨水回用量、中水回收量、冲厕用水量、碳排放量数据进行比较，选择最佳的配比方式。具体的，首先从年能耗量、用电峰谷差、能耗互补量、冷凝热、生活热水量、冷凝水量、冷却塔补水量、生活用水量、雨水回用量、中水回收量、冲厕用水量、碳排放量的计算数据中针对每个参数选择最优的5种配比方式，然后将入选次数最多的配比方式作为最佳的配比方式。
通过上述方法计算出，根据建筑的特点分为超高层单体和建筑群体。超高层建筑包括住宅和办公时，住宅与办公的最佳面积比为3:1；超高层建筑包括住宅、办公和商业时，三者的最佳比例为2:1:1；超高层建筑包括办公与酒店时，两者之间的最佳比例为2:1，办公在下部，酒店在上部。在建筑群体混合功能时，住宅、办公、商业和酒店的最佳比例是40％:30％:20％:10％。
综上所述，本发明提供的区域建筑功能混合配比方法，通过计算每种建筑配比方式的年能耗量、用电峰谷差、能耗互补量、冷凝热、生活热水量、冷凝水量、冷却塔补水量、生活用水量、雨水回用量、中水回收量、冲厕用水量、碳排放量，对所有的建筑配比方式进行综合评估，选择最佳的功能配比方式。本发明实现了不同功能的建筑合理混合使能源平衡利用，促使能源供给侧和需求侧的平衡，电网高效运转，减少电力的损耗，减少用电峰谷差，减少用电峰值负荷，提高变压器负荷率，有利于整个供电系统的高效使用。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种区域建筑功能混合配比方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定用地面积，利用容积率计算建筑面积，利用建筑密度计算屋顶面积，根据绿地率计算绿地面积，根据建筑密度和绿地率计算道路面积；
S2：列出各建筑的功能配比方式，根据各功能建筑年均单位面积能耗量和用水量计算每种配比方式的年能耗量和年水耗量；
S3：根据各功能建筑单位面积用电功率，计算每种配比方式的用电峰谷差；
S4：根据各功能建筑的能耗计算每种配比方式的能耗互补量；
S5：根据冷热负荷计算每种配比方式可回收的冷凝热；
S6：根据冷凝热的回收量计算出每种配比方式可提供的生活热水量；
S7：根据各功能建筑中空调系统的制冷量计算每种配比方式的冷凝水产生量；
S8：根据各功能建筑中空调系统的制冷量计算每种配比方式的冷却塔补水量；
S9：根据建筑面积计算用水单位量，根据用水定额计算每种配比方式的生活用水量；
S10：计算每种配比方式的场地雨水收集量和用于绿化浇灌和道路冲洗的雨水回用量；
S11：计算每种配比方式的中水回收量和冲厕用水量；其中，所述中水包括淋浴排水和盥洗排水，由各功能建筑的给水百分率计算出中水水量，中水回收量＝中水水量*0.8；
S12：计算每种配比方式的年综合能耗量和年综合水耗量，转化为碳排放量；
S13：对每种配比方式的年能耗量、用电峰谷差、能耗互补量、冷凝热回收量、生活热水量、冷凝水量、冷却塔补水量、生活用水量、雨水回用量、中水回收量、冲厕用水量、碳排放量数据进行比较，选择最佳的配比方式。
2.根据权利要求1所述的区域建筑功能混合配比方法，其特征在于，所述建筑的功能包括办公建筑、酒店建筑、商场建筑和住宅建筑。
3.根据权利要求2所述的区域建筑功能混合配比方法，其特征在于，所述步骤S2中，设所述办公建筑、酒店建筑、商场建筑和住宅建筑的比例分别为a、b、c、d，则每种建筑的配比方式需满足以下条件：
a+b+c+d＝100％；
20％<a<40％；
5％<b<15％；
10％<c<30％；
20％<d<60％。
4.根据权利要求1所述的区域建筑功能混合配比方法，其特征在于，所述步骤S3中，用电峰谷差的计算方法为：计算单位面积逐时用电负荷和使用率，得到一天内用电量的最大值和最小值，取两者的差值作为用电峰谷差。
5.根据权利要求1所述的区域建筑功能混合配比方法，其特征在于，所述步骤S4中，能耗互补量的计算方法为：根据全年供电建筑或区域单位面积的能耗功率，计算出耗电量和产热量，减去输出时的热损失得到能耗互补量。
6.根据权利要求1所述的区域建筑功能混合配比方法，其特征在于，所述步骤S5中，可回收的冷凝热的计算方法为：
Q冷凝热＝Q1*1000*△t；
其中，Q冷凝热为冷凝热，Q1为冷却塔容量，△t为冷却水的水温与空气差。
7.根据权利要求6所述的区域建筑功能混合配比方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述生活热水量的计算方法为：
W水＝Q冷凝热*η/(C(tr-tl)*ρ热水)；
其中W水为生活热水量，Q冷凝热为冷凝热，η为热回收效率，C为水的比热容，tr为生活热水温度，tl为室外最低空气温度，ρ为热水密度。
8.根据权利要求1所述的区域建筑功能混合配比方法，其特征在于，所述步骤S12中，将年综合能耗量和年综合水耗量转换为标准煤量，接着将标准煤量转换为碳排放量。
9.根据权利要求1所述的区域建筑功能混合配比方法，其特征在于，所述步骤S13中，首先从年能耗量、用电峰谷差、能耗互补量、冷凝热、生活热水量、冷凝水量、冷却塔补水量、生活用水量、雨水回用量、中水回收量、冲厕用水量、碳排放量的计算数据中针对每个参数选择最优的5种配比方式，然后将入选次数最多的配比方式作为最佳的配比方式。
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