CN110276524B - 一种适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，属于分布式能源领域。该方法以指标法为基础，通过调研典型建筑业态的具体冷/热负荷特性，将指标法与负荷特性、外界温度变化特性相结合，建立围护结构负荷与外界环境温度逐时变化模型。通过逐时负荷系数对负荷进行二次校正，由此计算负荷对象逐时热/冷负荷，提高了指标法预测负荷的准确性，能够为楼宇型分布式能源项目提供相对准确的负荷分析，从而优化其系统装机，提高系统运行的经济性。

Description

一种适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法
技术领域
本发明涉及一种适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，属于分布式能源领域。
背景技术
随着国内经济的发展，分布式能源以方便灵活、高效环保、临近用户等优点得到广泛发展。分布式能源分楼宇型与区域型两种。目前楼宇型分布式能源可真正意义上实现“自发自用、余电上网”，实现冷、热、电综合供能，是多能互补综合智慧能源建设的重要载体。其中，冷热负荷的预测精度对分布式能源系统后期运行经济性有重大影响。目前，规划阶段往往没有负荷用户详细的设计资料，不能用DeST等负荷预测模拟软件实现负荷精准模拟，其他如公布号为CN108870671.A的中国专利也受制于规划阶段输入参数不匹配原因导致难以使用，实际工作中主要依靠指标法确定用户负荷，经实践表明，往往导致预测负荷偏大，后期能源站运行经济性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种更为精准的适合于规划阶段的楼宇型分布式能源负荷分析方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：获取原始基础数据，所述的原始基础数据包括用能对象的建筑业态及用能面积、当地气象站全年逐时气温数据、室外设计温度、室内设计温度；
步骤(2)：收集同类型建筑业态的负荷信息，确定不同建筑业态对应的热/冷负荷指标；
步骤(3)：依据确定的热/冷负荷指标确定不同用能对象的热/冷负荷；
步骤(4)：确定室外气温等于建筑室内设计温度时候的热/冷负荷，简化负荷模型，建立热/冷负荷与室外气温的拟合曲线；
步骤(5)：通过调研、实测手段，确定不同建筑业态的典型日逐时热/冷负荷系数；
步骤(6)：以步骤(3)确定的负荷作为初始负荷，通过步骤(5)的逐时负荷系数进行一次校正后，以步骤(4)获得的负荷-气温拟合曲线进行二次校正，得到对应建筑业态全年热/冷负荷曲线；
步骤(7)：按步骤(6)依次得到的不同建筑业态全年热/冷负荷曲线进行叠加，确定能源站供能对象的全年热/冷负荷变化曲线，确定分布式能源站设计负荷。
进一步的，所述规划阶段指包括建筑类型尚未确定具体施工图之前的阶段。
进一步的，所述步骤(1)中的用能对象的建筑业态包括住宅、写字楼、宾馆、商场等；室外设计温度，冬季采用历年平均不保证1天的日平均温度，夏季采用历年平均不保证50小时的温度。
进一步的，所述步骤(2)中的负荷主要包括围护结构负荷、设备负荷、照明负荷、人员热负荷、新风负荷五种；所述步骤(2)统计的热/冷负荷指标是指建筑业态的总热/冷负荷指标，其中围护结构负荷占总负荷比例为p，其余类型负荷占比为1-p。
所述步骤(3)中确定用能对象的热/冷负荷公式为：
Qs＝S×q   (1)
式中，Qs为用能对象的基准负荷，W；S为用能对象的用能面积，m2；q为用能对象所属的建筑业态的单位面积冷/热负荷指标，W/m2。
进一步的，所述步骤(4)中与外界环境温度相关的热/冷负荷相关的负荷为围护结构负荷，公式为：
Qwh＝AwUw(td-t0)   (2)
式中，Qwh为围护结构负荷，W；Aw为围护结构总的表面积，m2；Uw为围护结构传热系数，W/(m2·℃)；td为室内设计温度，℃；t为室外温度，℃；
对公式(2)进行变换简化，结果为：
Qwh＝Aw×Uw×(td-t0)＝AwUwtd-AwUwt0＝kt+b   (3)
式中，k为围护结构温度变化系数，W/℃，b为常数，W；
当外界环境温度t等于室外设计温度ts时候的围护结构负荷Qwh＝pQs；
当外界环境温度t等于室内设计温度td时候的围护结构负荷Qwh＝0；
结合公式(3)，围护结构负荷公式变换为：
Figure BDA0002072247610000031
通过公式(4)进行围护结构负荷调整时，夏季外界环境温度t高于步骤(1)中的室外设计温度或冬季外界环境温度t低于步骤(1)中的室外设计温度时，Qwh＝p×Qs。
进一步的，所述步骤(5)中热/冷负荷逐时使用系数通过对典型建筑业态典型日热/冷负荷进行逐时监测得到，也可通过前人研究成果确定；逐时使用系数r最高为1，最低为0。
进一步的，所述步骤(6)中负荷一次校正主要针对围护结构负荷，通过外界环境温度对其进行一次修正，其公式为：
Figure BDA0002072247610000032
式中，Qwh，n为n时刻围护结构热/冷负荷，tn为n时刻外界环境温度。
二次校正通过热/冷负荷逐时使用系数确定，具体公式为：
Qs，n＝Qwh，n×ri+Qel，n×ri   (5)
式中，Qs，n为n时刻的热/冷负荷，W；Qel，n为n时刻除围护结构热/冷负荷外的其他热冷负荷，W；ri为一日中i时刻的逐时负荷系数。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明所述的一种适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，该方法以指标法为基础，通过调研典型建筑业态的具体冷/热负荷特性，将指标法与用能特性、外界温度变化特性相结合计算用能对象逐时热/冷负荷，计算简便而准确。与现有负荷计算方法相比，本发明具有计算简便、准确度高、可推广性强的优势，能够为楼宇型分布式能源项目提供相对准确的负荷分析，从而优化其系统装机，提高系统运行的经济性。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图。
图2是本发明实施例一不同建筑业态冷负荷一次校正及二次校正图。
图3是本发明实施例一能源站供冷负荷逐时变化图。
图4是本发明实施例二不同建筑业态热负荷一次校正及二次校正图。
图5是本发明实施例二能源站供热负荷逐时变化图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1——冷负荷分析
A地区规划建设1栋供能面积5万m2的商场及1栋供能面积3万m2的办公楼，拟采用楼宇型分布式能源供能，夏季冷负荷分析方法如下：
步骤(1)通过华电源、DeST等软件查询A地区全年逐时气温数据，夏季空调室外设计干球温度ts为34.4℃，商场室内设计温度为24℃、办公楼室内设计温度为26℃。
步骤(2)依据表1确定商场冷负荷指标为300W/m2、办公楼冷负荷指标为130W/m2；依据表2确定商场围护结构负荷占比0.17、办公楼围护结构负荷占比为0.34。
步骤(3)商场冷负荷为15MW，办公楼冷负荷为3.9MW。
步骤(4)商场围护结构负荷与温度拟合曲线为Qwh＝0.2452t-5.8846；办公楼围护结构负荷与温度拟合曲线为Qwh＝0.1579t-4.1043；
步骤(5)依据表3确定商场及办公楼逐时冷负荷系数。
步骤(6)根据步骤(4)得到的拟合曲线、步骤(1)得到的上海地区6月1日-逐时气温数据对商场围护结构负荷、办公楼围护结构负荷进行一次校正，校正结果参见图2；根据一次校正结果、步骤(5)逐时冷负荷系数对商场、办公冷冷负荷进行二次校正，校正结果参见图2。
步骤(7)将步骤(6)得到的商场逐时冷负荷曲线、办公逐时冷负荷曲线进行叠加，叠加后即为能源站供能对象的全年冷负荷变化曲线，参见图3。
实施例2——热负荷分析
A地区规划建设1栋供能面积5万m2的商场及1栋供能面积3万m2的办公楼，拟采用楼宇型分布式能源供能，冬季采暖热负荷分析方法如下：
步骤(1)通过华电源、DeST等软件查询A地区全年逐时气温数据，冬季空调室外设计干球温度为-2.2℃，商场室内设计温度为18℃、办公楼室内设计温度为18℃。
步骤(2)依据表1确定商场采暖热指标为100W/m2、办公楼冷负荷指标为60W/m2；依据表2确定商场围护结构负荷占比0.60、办公楼围护结构负荷占比为0.75。
步骤(3)商场采暖热负荷为5MW，办公楼采暖热负荷为1.8MW。
步骤(4)商场围护结构负荷与温度拟合曲线为Qwh＝-0.1485t+2.6733；办公楼围护结构负荷与温度拟合曲线为Qwh＝-0.0668t+1.203；
步骤(5)依据表4确定商场及办公楼逐时热负荷系数。
步骤(6)根据步骤(4)得到的拟合曲线、步骤(1)得到的A地区1月1日-3月15日、11月15日-12月31日的逐时气温数据对商场围护结构负荷、办公楼围护结构负荷进行一次校正，校正结果参见图4；根据一次校正结果、步骤(5)逐时冷负荷系数对商场、办公冷冷负荷进行二次校正，校正结果参见图4。
步骤(7)将步骤(6)得到的商场逐时热负荷曲线、办公逐时热负荷曲线进行叠加，叠加后即为能源站供能对象的全年热负荷变化曲线，参见图5。
表1不同建筑业态负荷热/冷指标推荐值
建筑业态 采暖热指标(W/m2) 空调冷指标(W/m2)
写字楼 60～80 120～150
宾馆 60～70 100～130
商场 90～120 250～400
住宅 40～45 -
表2不同建筑业态围护结构占比p值推荐值
建筑业态 围护结构负荷占总热负荷比 围护结构负荷占总冷负荷比
写字楼 0.55～0.75 0.25～0.35
宾馆 0.55～0.68 0.45～0.6
商场 0.45～0.65 0.1～0.18
住宅 0.75～0.9 -
表3不同建筑业态典型日逐时冷负荷系数
Figure BDA0002072247610000051
Figure BDA0002072247610000061
表4不同建筑业态典型日逐时热负荷系数
Figure BDA0002072247610000062
Figure BDA0002072247610000071
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更改，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：获取原始基础数据，所述的原始基础数据包括用能对象的建筑业态及用能面积、当地气象站全年逐时气温数据、室外设计温度、室内设计温度；
步骤(2)：收集同类型建筑业态的负荷信息，确定不同建筑业态对应的热/冷负荷指标；
步骤(3)：依据确定的热/冷负荷指标确定不同用能对象的热/冷负荷；
步骤(4)：确定室外气温等于建筑室内设计温度时候的热/冷负荷，简化负荷模型，建立热/冷负荷与室外气温的拟合曲线；
步骤(5)：通过调研、实测手段，确定不同建筑业态的典型日逐时热/冷负荷系数；
步骤(6)：以步骤(3)确定的负荷作为初始负荷，通过步骤(5)的逐时负荷系数进行一次校正后，以步骤(4)获得的负荷-气温拟合曲线进行二次校正，得到对应建筑业态全年热/冷负荷曲线；
步骤(7)：按步骤(6)依次得到的不同建筑业态全年热/冷负荷曲线进行叠加，确定能源站供能对象的全年热/冷负荷变化曲线，确定分布式能源站设计负荷。
2.根据权利要求1所述的适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，其特征在于，所述规划阶段指包括建筑类型尚未确定具体施工图之前的阶段。
3.根据权利要求1所述的适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中的用能对象的建筑业态包括住宅、写字楼、宾馆、商场；室外设计温度，冬季采用历年平均不保证1天的日平均温度，夏季采用历年平均不保证50小时的温度。
4.根据权利要求1或3所述的适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中的负荷主要包括围护结构负荷、设备负荷、照明负荷、人员热负荷、新风负荷五种；所述步骤(2)统计的热/冷负荷指标是指建筑业态的总热/冷负荷指标，其中围护结构负荷占总负荷比例为p，其余类型负荷占比为1-p。
5.根据权利要求4所述的适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中确定用能对象的热/冷负荷公式为：
Qs＝S×q    (1)
式中，Qs为用能对象的基准负荷，W；S为用能对象的用能面积，m2；q为用能对象所属的建筑业态的单位面积冷/热负荷指标，W/m2。
6.根据权利要求5所述的适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，其特征在于，所述步骤(4)中与外界环境温度相关的热/冷负荷相关的负荷为围护结构负荷，公式为：
Qwh＝AwUw(td-t0)     (2)
式中，Qwh为围护结构负荷，W；Aw为围护结构总的表面积，m2；Uw为围护结构传热系数，W/(m2·℃)；td为室内设计温度，℃；
对公式(2)进行变换简化，结果为：
Qwh＝Aw×Uw×(td-t0)＝AwUwtd-AwUwt0＝kt+b    (3)
式中，k为围护结构温度变化系数，W/℃，b为常数，W；
当外界环境温度t等于室外设计温度ts时候的围护结构负荷Qwh＝pQs；
当外界环境温度t等于室内设计温度td时候的围护结构负荷Qwh＝0；
结合公式(3)，围护结构负荷公式变换为：
Figure FDA0003957696880000021
通过公式(4)进行围护结构负荷调整时，夏季外界环境温度t高于步骤(1)中的室外设计温度或冬季外界环境温度t低于步骤(1)中的室外设计温度时，Qwh＝p×Qs。
7.根据权利要求6所述的适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，其特征在于，所述步骤(5)中热/冷负荷逐时使用系数通过对典型建筑业态典型日热/冷负荷进行逐时监测得到，或通过前人研究成果确定；逐时使用系数r最高为1，最低为0。
8.根据权利要求7所述的适合规划阶段的楼宇型分布式能源系统负荷分析方法，其特征在于，所述步骤(6)中负荷一次校正主要针对围护结构负荷，通过外界环境温度对其进行一次修正，其公式为：
Figure FDA0003957696880000031
式中，Qwh,n为n时刻围护结构热/冷负荷，tn为n时刻外界环境温度；
二次校正通过热/冷负荷逐时使用系数确定，具体公式为：
Qs,n＝Qwh,n×ri+Qel,n×ri    (6)
式中，Qs,n为n时刻的热/冷负荷，W；Qel,n为n时刻除围护结构热/冷负荷外的其他热冷负荷，W；ri为一日中i时刻的逐时负荷系数。
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