CN111144689B - 一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法，所述方法包括：基于用能系统层级的标准，确定学校综合能效评价体系用户层、系统层和设备层的三个评价层次；基于所述三个评价层次，结合耦合约束算法，确定学校综合能效评价体系安全指标、经济指标、能效指标和环保指标的四类评判指标；将学校实测的数据代入所述三个评价层次和所述四类评判指标进行计算，得到学校综合能效评价的结果；利用所述学校综合能效评价的结果，与学校综合能效评价体系的主要指标进行对比分析，得到学校整体能耗水平。在本发明实施中，基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法能准确兼具普适性的完成对不同学校的综合能源系统进行能效评价的任务。

Description

一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法

技术领域

本发明涉及用电服务技术领域，尤其涉及一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法。

背景技术

构建绿色社会，形成安全低碳环保的现代能源体系是国家能源改革的主要目标。当前，城市内能源使用主要存在各能源形式配比不合理和人均单位能耗偏高等问题。学校作为社会中典型行业，具有用能规模较大，用能形式多样，用能规律性较强等特点，适合作为社会整体能效模型建立的主要行业组成。当前难以通过某一确定的能效评价公式或模型，准确兼具普适性的完成对不同学校的综合能源系统进行能效评价的任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法，具备精确性、全面性、灵活性和实用性，通过考虑分层耦合约束参数，能更为精确评价学校综合能效。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法，所述方法包括：

基于用能系统层级的标准，确定学校综合能效评价体系用户层、系统层和设备层的三个评价层次；

基于所述三个评价层次，结合耦合约束算法，确定学校综合能效评价体系安全指标、经济指标、能效指标和环保指标的四类评判指标；

将学校实测的数据代入所述三个评价层次和所述四类评判指标进行计算，得到学校综合能效评价的结果；

利用所述学校综合能效评价的结果，与学校综合能效评价体系的主要指标进行对比分析，得到学校整体能耗水平。

可选的，所述将学校实测的数据代入所述三个评价层次和所述四类评判指标进行计算，得到学校综合能效评价的结果包括：

将学校实测的数据分别代入所述用户层中学生公寓、教学楼、食堂、图书馆、实验楼和行政办公楼的经济指标、能效指标、环保指标和安全指标的计算公式进行计算；

将学校实测的数据分别代入所述系统层中照明子系统、炊事子系统、空调子系统、办公子系统和生活热水子系统的计算公式进行计算；

将学校实测的数据分别代入所述设备层中普通照明灯、微型计算机、家用热水器和电力变压器的计算公式进行计算；

基于所述计算，得到学校综合能效评价的结果。

可选的，所述将学校实测的数据分别代入所述用户层中学生公寓的经济指标、能效指标、环保指标和安全指标的计算公式进行计算，具体如下：

所述学生公寓的经济指标的计算公式如下：

所述学生公寓的能效指标的计算公式如下：

所述学生公寓的环保指标的计算公式如下：

C_SY＝C_h+C_c+C_w+C_l+C_re；

其中，C_SY为公寓使用阶段年总碳排放量；C_h为公寓供暖系统年碳排放量；C_c为公寓空调系统年碳排放量；C_w为公寓生活热水系统年碳排放量；C₁为公寓照明系统年碳排放量；C_re为公寓可再生能源系统年碳减排放量；

所述学生公寓的安全指标的计算公式如下：

可选的，所述将学校实测的数据分别代入所述系统层中照明子系统、炊事子系统、空调子系统、办公子系统和生活热水子系统的计算公式进行计算，具体如下：

所述照明子系统的计算公式如下：

其中，LPD是规定一个房间或场所的照明功率密度的允许值；P为单个光源的输入功率(含配套镇流器或变压器功耗)；PL为单个光源的额定功率；PB为光源配套镇流器或变压器的功耗；A为房间或场所面积；

所述炊事子系统的计算公式如下：

其中，F_r为炊事用能的资源效度指数；ki为能源分配系数；H_i，j为能源控制系数；E_j为炊事用能效时系数；i为能源类型；j为用能方式；n为n种用能方式；m为m种能源的家庭；

所述空调子系统的计算公式如下：

其中，ER为空调冷热水系统循环水泵的输出能效比；H为水泵涉及扬程；ΔT为供回水温差；η为水泵在设计工作点的效率；W_S为风道系统单位风量耗功率；P3为空调机组的余压或通风系统风机的风压；ηCD为电机及传动效率，一般取0.855；ηF为风机效率；IPLV为冷水机组综合部分负荷性能系数；B，C，D和E分别为机组100％，75％，50％和25％负荷时相应冷却水进水温度下的性能系数(COP)，2.3％，41.5％，46.1％和10.1％分别为机组100％，75％，50％和25％负荷时相应冷却水进水温度下的权重系数；

所述办公子系统的计算公式如下：

其中，q_sd为单位面积电力的实物量消耗指标；Q_sd为电力的年消耗量；F为建筑面积；q_pd为人均电力的实物量消耗指标；Q_pd为电力的年消耗量；G为办公人数；

所述生活热水子系统的计算公式如下：

COP_S为系统制热运行效率；Q_h为计量周期内系统的累计制热量；N_h为计量周期内系统制热运行消耗的总用电量。

可选的，所述将学校实测的数据分别代入所述设备层中普通照明灯、微型计算机、家用热水器和电力变压器的计算公式进行计算，具体如下：

所述普通照明灯的计算公式如下：

η0＝-I[lg(P0)]³+J[lg(P0)]²+K lgP0+L；

其中，η0为初始光效；P0为额定功率；I，J，K，L为系数；

所述微型计算机的计算公式如下：

TEC＝(8760/1000)×(P_off·T_off+P_sleep·T_sleep+P_idle·T_idle)；

其中，P_off为微型计算机关闭状态功耗；T_off为微型计算机年关闭状态时间所占百分比，查表可得；P_sleep为微型计算机睡眠状态功耗；T_sleep为微型计算机年睡眠状态时间所占百分比，查表可得；P_idle为微型计算机空闲状态功耗；T_idle为微型计算机年空闲状态时间所占百分比；

所述家用热水器的计算公式如下：

其中，ηt为温升t＝(t_w2-t_w1)K时的热效率；C1为水的比热，4.19*10-3MJ/kg·K；M为出热水量；t_w2为出热水温度；t_w1为进水温度；Q1为实测低热值；V为实测燃气流量；t_g为试验时流量计内的燃气温度；p_a为试验时的大气压力；p_g为试验时热水器前燃气压力；S为温度t_g℃时饱和水蒸气压力；

所述电力变压器的计算公式如下：

A2和B2中，

其中，TOC为配电变压器综合能效费用；CI为配电变压器初始费用，取变压器采购价格；A1为配电变压器单位空载损耗的等效初始费用系数；P₀为配电变压器额定空载损耗；K_Q为无功经济当量，按变压器在电网中的位置取值，一般配电变压器的取值范围为0.05≤K_Q≤0.1；I₀为配电变压器额定空载电流；S_e为配电变压器额定容量；B1为配电变压器单位负载损耗的等效初始费用系数；P_k为配电变压器额定负载损耗；U_k为配电变压器额定短路阻抗；A2为空载损耗等效初始费用系数；k_pv为年贴现率为i的连续n年费用现值系数；E_es为供电企业平均售电单价，低于全国综合平均销售电价时，一般取全国平均销售电价；H_py为配电变压器年带电小时数，一般取8760h；B2为负载损耗等效初始费用系数；τ为年最大负载损耗小时数；β为负载率，配电变压器年平均负载与额定容量比值；i为年贴现率；n为配电变压器经济使用期年数。

可选的，所述学校综合能效评价体系的主要指标包括：建筑面积单位年能耗和生均年耗电量，具体计算如下：

所述建筑面积单位年能耗的计算公式如下：

其中，P₁为某一建筑某段时间内总耗能，S₁为建筑内面积，a为某段时间占一自然年比例；

所示生均年耗电量的计算公式如下：

其中，P₂为某位学生某段时间内总耗能，b为某段时间占一自然年比例。

在本发明实施中，一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法具有精确性、全面性、灵活性和实用性，通过考虑分层耦合约束参数，能更为精确评价学校在综合能效；采用本发明方法构建的基于分层约束的评估体系进行学校综合能效评价，能准确兼具普适性的完成对不同学校的综合能源系统进行能效评价的任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中的基于分层耦合约束的学校综合能效评价体系结构图；

图3是本发明实施例中的基于分层耦合约束的学校综合能效体系图书馆算例的人均能耗曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1，图1是本发明实施例中的基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法的流程示意图。

如图1所述，一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法，所述方法包括：

S11：基于用能系统层级的标准，确定学校综合能效评价体系用户层、系统层和设备层的三个评价层次；

具体的，第一评价层次为用户层，学校用能系统中各用能用户，如教学楼、食堂、宿舍等；第二评价层次为系统层，各用户内具体用能系统，如中央空调用能系统、照明系统、消防系统等；第三评价层次为设备层，各用能系统中具体设备，如微型计算机、热水器、普通照明灯、变压器等。

S12：基于所述三个评价层次，结合耦合约束算法，确定学校综合能效评价体系安全指标、经济指标、能效指标和环保指标的四类评判指标；

具体的，结合附图2所示，图2示出本发明实施例中的基于分层耦合约束的学校综合能效评价体系结构图，第一类指标为安全性指标，包括用户层整体供热供电可靠性等，系统层生产可靠性指标等，设备层主机可靠性指标等；第二类指标为经济性指标，包括用户层总体用水用电成本等，系统层生产、空调用电费用等；第三类指标为效率性指标，包括用户层供水、供电系统效率等，系统层生产、空调系统能耗等，设备层空调主机能耗等；第四类指标为环保性指标，包括用户层清洁能源发电比例、二氧化碳排放量等，系统层包括供电产生排放量等，设备层包括厨房用气排放等。

S13：将学校实测的数据代入所述三个评价层次和所述四类评判指标进行计算，得到学校综合能效评价的结果；

在本发明具体实施过程中，所述将学校实测的数据代入所述三个评价层次和所述四类评判指标进行计算，得到学校综合能效评价的结果包括：将学校实测的数据分别代入所述用户层中学生公寓、教学楼、食堂、图书馆、实验楼和行政办公楼的经济指标、能效指标、环保指标和安全指标的计算公式进行计算；将学校实测的数据分别代入所述系统层中照明子系统、炊事子系统、空调子系统、办公子系统和生活热水子系统的计算公式进行计算；将学校实测的数据分别代入所述设备层中普通照明灯、微型计算机、家用热水器和电力变压器的计算公式进行计算；基于所述计算，得到学校综合能效评价的结果。

具体的，用户层指标评价体系为：

(31)学生公寓

(311)经济指标

1)公寓年度购电/购气费用：

公寓年度用电/用气总量×购买时电价/气价，单位：元；

2)公寓年度人均购电/购气费用：

公寓年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以该公寓学生总人数，单位：元/人；

3)公寓年度单位建筑面积购电/购气费用：

公寓年度用电/购气总量×购买时电价/购气，除以公寓建筑面积，单位：元/m²；

(312)能效指标

1)日度公寓总耗电量：

即某公寓一天的耗电总量，单位：kWh/d；

2)单位建筑面积耗电量：

即日度公寓总耗电量/该公寓建筑面积，单位：kWh/m²·d；

3)公寓生均耗电量：

即日度公寓总耗电量/折算后该公寓住宿人数，单位：kWh/生·d；

(313)环保指标

1)公寓使用阶段年总碳排放量：

C_SY1＝C_h1+C_c1+C_w1+C_l1+C_re1；

式中：C_SY1——公寓使用阶段年总碳排放量，单位：kgCO₂/y；

C_h1——公寓供暖系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_c1——公寓空调系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_w1——公寓生活热水系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_l1——公寓照明系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_re1——公寓可再生能源系统年碳减排放量(kgCO₂/y)；

2)公寓使用阶段单位建筑面积的年总碳排放量：

公寓使用阶段年总碳排放量/建筑面积，单位kgCO₂/m²·年；

3)公寓使用阶段人均年总碳排放量：

公寓使用阶段年总碳排放量/折算后该公寓住宿人数，单位kgCO₂/人·年；

(314)安全指标

1)供电可靠率：

在统计期间内，公寓有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，单位：％；

(32)教学楼

(321)经济指标

1)教学楼年度购电/购气费用：

教学楼年度用电/用气总量×购买时电价/气价，单位：元；

2)教学楼年度人均购电费用：

教学楼年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以该教学楼总人数，单位：元/人；

3)教学楼年度单位建筑面积购电/购气费用：

教学楼年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以教学楼建筑面积，单位：元/m²；

(322)能效指标

1)年度教学楼总能耗：

即某教学楼全年能耗总量，单位：MJ/年；

2)单位建筑面积能耗：

即年度教学楼总能耗/该楼宇建筑面积，单位：MJ/m²·年；

3)教学楼生均能耗：

即年度教学楼总能耗/折算后所属学院人数，单位：MJ/生·年；

4)年度单位科研产值总能耗：

即某教学楼全年用于科研产值的能耗量/该楼宇科研产值总额，单位：MJ/年；

(323)环保指标

1)教学楼使用阶段年总碳排放量：

C_SY2＝C_h2+C_c2+C_w2+C_l2+C_re2；

式中：C_SY2——教学楼使用阶段年总碳排放量，单位：kgCO₂/y；

C_h2——教学楼供暖系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_c2——教学楼空调系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_w2——教学楼生活热水系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_l2——教学楼照明系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_re2——教学楼可再生能源系统年碳减排放量(kgCO₂/y)；

2)教学楼使用阶段单位建筑面积的年总碳排放量：

教学楼使用阶段年总碳排放量/建筑面积，单位kgCO₂/m²·年；

3)教学楼使用阶段人均年总碳排放量：

教学楼使用阶段年总碳排放量/折算后所属学院人数，单位kgCO₂/人·年；

(324)安全指标

1)供电可靠率

在统计期间内，教学楼有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，单位：％；

(33)食堂

(331)经济指标

1)食堂年度购电/购气费用：

食堂年度用电/用气总量×购买时电价/气价，单位：元；

2)食堂年度人均购电/购气费用：

食堂年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以在该食堂就餐学生总人次，单位：元/人；

3)食堂年度单位建筑面积购电/购气费用：

食堂年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以食堂建筑面积，单位：元/m²；

(332)能效指标

1)年度食堂总能耗：

即全体食堂全年能耗总量，单位：MJ/年；

2)单位建筑面积能耗：

即年度食堂总能耗/该食堂建筑面积，单位：MJ/m²·年；

3)食堂人均能耗：

即年度食堂总能耗/该年度食堂用餐人次，单位：MJ/生·年；

(333)环保指标

1)食堂使用阶段年总碳排放量：

C_SY3＝C_h3+C_c3+C_w3+C_l3+C_re3；

式中：C_SY3——食堂使用阶段年总碳排放量，单位：kgCO₂/y；

C_h3——食堂供暖系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_c3——食堂空调系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_w3——食堂生活热水系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_l3——食堂照明系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_re3——食堂可再生能源系统年碳减排放量(kgCO₂/y)；

2)食堂使用阶段单位建筑面积的年总碳排放量：

食堂使用阶段年总碳排放量/建筑面积，单位：kgCO₂/m²·年；

3)食堂使用阶段人均年总碳排放量：

食堂使用阶段年总碳排放量/折算后该年度食堂用餐人次，单位：kgCO₂/人·年；

(334)安全指标

1)供电可靠率

在统计期间内，食堂有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，单位：％；

(34)图书馆

(341)经济指标

1)图书馆年度购电/购气费用：

图书馆年度用电/用气总量×购买时电价/气价，单位：元；

2)图书馆年度人均购电/购气费用：

图书馆年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以该图书馆学生总人次，单位：元/人；

3)图书馆年度单位建筑面积购电购气费用：

图书馆年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以图书馆建筑面积，单位：元/m²；

(342)能效指标

1)年度图书馆总能耗：

即图书馆全年能耗总量，单位：单位：MJ/年；

2)单位建筑面积能耗：

即年度图书馆总能耗/该图书馆建筑面积，单位：MJ/m²·年；

3)图书馆人均能耗：

即年度图书馆总能耗/该年度图书馆使用人次，单位：MJ/人·年；

(343)环保指标

1)图书馆使用阶段年总碳排放量：

C_SY4＝C_h4+C_c4+C_w4+C_l4+C_re4；

式中：C_SY4——图书馆使用阶段年总碳排放量，单位：kgCO₂/y；

C_h4——图书馆供暖系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_c4——图书馆空调系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_w4——图书馆生活热水系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_l4——图书馆照明系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_re4——图书馆可再生能源系统年碳减排放量(kgCO₂/y)；

2)图书馆使用阶段单位建筑面积的年总碳排放量：

图书馆使用阶段年总碳排放量/建筑面积，单位kgCO₂/m²·年；

3)图书馆使用阶段人均年总碳排放量：

图书馆使用阶段年总碳排放量/折算后该年度图书馆使用人次，单位：kgCO₂/人·年；

(344)安全指标

1)供电可靠率

在统计期间内，图书馆有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，单位：％；

(35)实验楼

(351)经济指标

1)实验楼年度购电/用气费用：

实验楼年度用电/用气总量×购买时电价/气价，单位：元；

2)实验楼年度人均购电/购气费用：

实验楼年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以该实验楼总人数，单位：元/人；

3)实验楼年度单位建筑面积购电/购气费用：

实验楼年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以实验楼建筑面积，单位：元/m²；

(352)能效指标

1)年度实验楼总能耗：

即某实验楼全年能耗总量，单位：MJ/年；

2)单位建筑面积能耗：

即年度实验楼总能耗/该楼宇建筑面积，单位：MJ/m²·年；

3)实验楼生均能耗：

即年度实验楼总能耗/折算后所属学院人数，单位：MJ/生·年；

4)年度单位科研产值总能耗：

即某实验楼全年用于科研产值的能耗量/该楼宇科研产值总额，单位：MJ/年；

(353)环保指标

1)实验楼使用阶段年总碳排放量：

C_SY5＝C_h5+C_c5+C_w5+C_l5+C_re5；

式中：C_SY5——实验楼使用阶段年总碳排放量，单位：kgCO₂/y；

C_h5——实验楼供暖系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_c5——实验楼空调系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_w5——实验楼生活热水系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_l5——实验楼照明系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_re5——实验楼可再生能源系统年碳减排放量(kgCO₂/y)；

2)实验楼使用阶段单位建筑面积的年总碳排放量：

实验楼使用阶段年总碳排放量/建筑面积，单位：kgCO₂/m²·年；

3)实验楼使用阶段人均年总碳排放量：

实验楼使用阶段年总碳排放量/折算后所属学院人数，单位：kgCO₂/人·年；

(354)安全指标

1)供电可靠率

在统计期间内，实验楼有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，单位：％；

(36)行政办公楼

(361)经济指标

1)行政办公楼年度购电/购气费用：

办公楼年度用电/用气总量×购买时电价/气价，单位：元；

2)行政办公楼年度人均购电/购气费用：

办公楼年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以该办公楼总人数，单位：元/人；

3)行政办公楼年度单位建筑面积购电/购气费用：

办公楼年度用电/用气总量×购买时电价/气价，除以办公楼建筑面积，单位：元/m²；

(362)能效指标

1)年度行政办公楼总能耗：

即某行政办公楼全年耗能总量，单位：MJ/年；

2)单位建筑面积能耗：

即年度行政办公楼总能耗/该楼宇建筑面积，单位：MJ/m²·年；

3)行政办公楼人均能耗：

即年度行政办公楼总能耗/相关行政部门人数，单位：MJ/生·年；

(363)环保指标

1)行政办公楼使用阶段年总碳排放量：

C_SY6＝C_h6+C_c6+C_w6+C_l6+C_re6；

式中：C_SY6——行政办公楼使用阶段年总碳排放量，单位：kgCO₂/y；

C_h6——行政办公楼供暖系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_c6——行政办公楼空调系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_w6——行政办公楼生活热水系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_l6——行政办公楼照明系统年碳排放量(kgCO₂/y)；

C_re6——行政办公楼可再生能源系统年碳减排放量(kgCO₂/y)；

2)行政办公楼使用阶段单位建筑面积的年总碳排放量：

办公楼使用阶段年总碳排放量/建筑面积，单位：kgCO₂/m²·年；

3)行政办公楼使用阶段人均年总碳排放量：

办公楼使用阶段年总碳排放量/折算后该办公楼行政人员人数，单位：kgCO₂/人·年；

(364)安全指标

1)供电可靠率

在统计期间内，行政办公楼有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，单位：％；

系统层指标评价体系为：

(37)照明子系统

照明功率密度(LPD)，是指单位面积上的照明安装功率(包括光源、镇流器或变压器)，单位为W/m²；

LPD限制是规定一个房间或场所的照明功率密度最大允许值，设计中实际计算的LPD值不应超过标准规定值，计算式如下：

式中：

P——单个光源的输入功率(含配套镇流器或变压器功耗)(W)；

PL——单个光源的额定功率(W)；

PB——光源配套镇流器或变压器的功耗(W)；

A——房间或场所面积(m²)；

(38)炊事子系统

对于存在n种用能方式，使用m种能源的家庭，基于效时参数的厨房炊事用能评价资源效度模型Fr如下：

式中：F_r——炊事用能的资源(能源)效度指数(无量纲)；

k_i——能源分配系数(无量纲)；

H_i，j——能源控制系数(无量纲)；

E_j——炊事用能效时系数(无量纲)；

i——能源类型；

j——用能方式(炊事用能)；

(39)空调子系统

a)空调冷热水系统循环水泵的输送能效比(ER)应按下式计算：

ER＝0.002342H/(ΔT·η)；

式中：H为水泵设计扬程(m)；ΔT为供回水温差(℃)；η为水泵在设计工作点的效率(％)；

b)空调风系统和通风系统的风量大于10000m³/h时，风道系统单位风量耗功率(WS)不宜大于下表的数值。风道系统单位风量耗功率(WS)应按下式计算：

W_S＝P3/(3600×η_CD×η_F)；

式中：W_S为风道系统单位风量耗功率[W/(m3/h)]；P3为空调机组的余压或通风系统风机的风压(Pa)；η_CD为电机及传动效率(％)，一般取0.855；η_F为风机效率(％)；

c)冷水机组综合部分负荷性能系数(IPLV)，是在标准规定工况下的冷水机组部分负载效率单一数值，既考虑了满负荷又考虑了机组部分负荷效率；IPLV的计算公式为：

IPLV＝23％×B+41.5％×C+46.1％×D+10.1％×E；

式中：B，C，D和E分别为机组100％，75％，50％和25％负荷时相应冷却水进水温度下的性能系数(COP)，2.3％，41.5％，46.1％和10.1％分别为机组100％，75％，50％和25％负荷时相应冷却水进水温度下的权重系数；

(310)办公子系统

a)办公设备的电力实物量建筑面积能耗指标按下式计算，其能耗指标限值如下表所示：

q_sd＝Q_sd/F；

式中：

q_sd——单位面积电力的实物量消耗指标(kWh/m²)；

Q_sd——电力的年消耗量(kWh)；

F——建筑面积(m²)；

b)办公设备的电力实物量人均能耗指标按下式计算，其能耗指标限值如下表所示：

q_pd＝Q_pd/G；

式中：

q_pd——人均电力的实物量消耗指标(kWh/人)；

Q_pd——电力的年消耗量(kWh)；

G——办公人数(人)；

(311)生活热水子系统

生活热水系统的制热运行效率计算公式如下：

式中：

COP_s——系统制热运行效率，单位为千瓦时每千瓦时(kW·h/kW·h)；

Q_h——计量周期内系统的累计制热量，单位为千瓦时(kW·h)；

N_h——计量周期内系统制热运行消耗的总用电量，单位为千瓦时(kW·h)；

设备层指标评价体系为：

(312)普通照明灯

普通照明灯灯能效等级分为3级，其中1级能效最高；各等级的光效值应不低于下式的计算值；计算出的光效值取整数位，小数点后的数值四舍五入；

η0＝-I[lg(P0)]³+J[lg(P0)]²+K lgP0+L；

式中：

H0——初始光效，单位为流明每瓦(lm/W)；

P0——额定功率，单位为瓦(W)；

I，J，K，L——系数；

(313)微型计算机

微型计算机典型能源消耗按照下式计算：

TEC＝(8760/1000)×(P_off·T_off+P_sleep·T_sleep+P_idle·T_idle)；

式中：

P_off——微型计算机关闭状态功耗，单位为瓦(W)；

T_off——微型计算机年关闭状态时间所占百分比，查表可得；

P_sleep——微型计算机睡眠状态功耗，单位为瓦(W)；

T_sleep——微型计算机年睡眠状态时间所占百分比，查表可得；

P_idle——微型计算机空闲状态功耗，单位为瓦(W)；

T_idle——微型计算机年空闲状态时间所占百分比；

(314)家用热水器

在热水器运行15min，当出热水温度稳定后，测定在燃气流量计上的指针转动一周以上的整数时出热水量，热效率按下列公式计算：

式中：

η_t——温升t＝(t_w2-t_w1)K时的热效率，％；

C1——水的比热，4.19*10-3MJ/kg·K；

M——出热水量，kg/min；

t_w2——出热水温度，℃；

t_w1——进水温度，℃；

Q₁——实测低热值，MJ/Nm³；

V——实测燃气流量，m³/min；

t_g——试验时流量计内的燃气温度，℃；

p_a——试验时的大气压力，kPa；

P_g——试验时热水器前燃气压力，kPa；

S——温度tg℃时饱和水蒸气压力，kPa；

(315)电力变压器

变压器综合能效费用法是通过计算各类变压器TOC值，以TOC值最低者为优选方案；计算公式如下：

TOC＝CI+A1(P₀+K_QI₀S_e)+B1(P_k+K_QU_kS_e)；

式中：

TOC-配电变压器综合能效费用，元；

CI-配电变压器初始费用，取变压器采购价格，元；

A1-配电变压器单位空载损耗的等效初始费用系数，元/kW；

P₀-配电变压器额定空载损耗，kW；

K_Q-无功经济当量，按变压器在电网中的位置取值；一般配电变压器的取值范围为0.05≤K_Q≤0.1；

I₀-配电变压器额定空载电流，％；

S_e-配电变压器额定容量，kVA；

B1-配电变压器单位负载损耗的等效初始费用系数，元/kW；

P_k-配电变压器额定负载损耗，kW；

U_k-配电变压器额定短路阻抗，％；

空载损耗等效初始费用系数A2宜按下列公式计算：

A2＝k_pv×E_es×H_py；

其中：

式中：

k_pv-年贴现率为i的连续n年费用现值系数；

E_es-供电企业平均售电单价，元/kWh，低于全国综合平均销售电价时，宜取全国平均销售电价；

H_py-配电变压器年带电小时数，宜取8760h；

i-年贴现率；

n-配电变压器经济使用期年数；

负载损耗等效初始费用系数B2宜按下列公式计算：

B2＝E_es×τ×k_pv×β²；

式中：

τ-年最大负载损耗小时数，h；

β-负载率，配电变压器年平均负载与额定容量比值。

S14：利用所述学校综合能效评价的结果，与学校综合能效评价体系的主要指标进行对比分析，得到学校整体能耗水平。

在本发明具体实施过程中，所述学校综合能效评价体系的主要指标包括：建筑面积单位年能耗和生均年耗电量，具体计算如下：

所述建筑面积单位年能耗的计算公式如下：

其中，P₁为某一建筑某段时间内总耗能(折合为电能后)，S₁为建筑内面积，a为某段时间占一自然年比例；

所示生均年耗电量的计算公式如下：

其中，P₂为某位学生某段时间内总耗能(折合为电能后)，b为某段时间占一自然年比例。

具体的，以图书馆为例，参考《高等学校建筑合理用能指南DB31/T 783-2014》，根据其中的高等学校建筑合理用能指标划分指标等级；

表1高等学校建筑合理用能指标划分指标等级

根据标准中的生均年耗电量计算生均日耗电量，如果直接除以365，那么四个季节的生均日耗电量标准都是一样的，考虑到夏冬两季能耗更高，因此设定夏冬两季的加权系数分别为0.3，春秋两季的加权系数分别为0.2，再考虑图书馆能耗在学校总能耗中的占比，得到图书馆各季节生均日耗电量分级标准如下：

表2图书馆各季节生均日耗电量分级标准

若能耗达到3级指标的标准，则评分为[90，100]，若能耗达到2级指标的标准，则评分为[75，90]，若能耗达到1级指标的标准，则评分为[0，75]；具体计算公式如下所示，第1个式子为夏冬季节的评分计算公式，第2个式子为春秋季节的：

据当日耗电量数据及人流量分布数据可以计算得出每小时人均耗电量，相加可得人均日耗电量数据如附图3所示，图3示出本发明实施例中的基于分层耦合约束的学校综合能效体系图书馆算例的人均能耗曲线图，经计算图书馆当日人均耗电量为7.01kWh/人·d，为指标等级第2级，具体得分为88.28分；通过分析图书馆当天24小时人均耗电量曲线可知，在13时-14时在馆人数较少时，虽然总体能耗有所下降，但人均能耗有大幅上升，应根据当时情况优化空调的运行策略，避免能源的浪费。

在本发明实施中，一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法具有精确性、全面性、灵活性和实用性，通过考虑分层耦合约束参数，能更为精确评价学校在综合能效；采用本发明方法构建的基于分层约束的评估体系进行学校综合能效评价，能准确兼具普适性的完成对不同学校的综合能源系统进行能效评价的任务。

以上对本发明实施例所提供的一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法，其特征在于，所述方法包括：

基于用能系统层级的标准，确定学校综合能效评价体系用户层、系统层和设备层的三个评价层次；

基于所述三个评价层次，结合耦合约束算法，确定学校综合能效评价体系安全指标、经济指标、能效指标和环保指标的四类评判指标；

将学校实测的数据代入所述三个评价层次和所述四类评判指标进行计算，得到学校综合能效评价的结果；

将学校实测的数据分别代入所述用户层中学生公寓、教学楼、食堂、图书馆、实验楼和行政办公楼的经济指标、能效指标、环保指标和安全指标的计算公式进行计算；

所述学生公寓的经济指标的计算公式如下：

所述学生公寓的能效指标的计算公式如下：

所述学生公寓的环保指标的计算公式如下：

C_SY＝C_h+C_c+C_w+C_l+C_re；

其中，C_SY为公寓使用阶段年总碳排放量；C_h为公寓供暖系统年碳排放量；C_c为公寓空调系统年碳排放量；C_w为公寓生活热水系统年碳排放量；C_l为公寓照明系统年碳排放量；C_re为公寓可再生能源系统年碳减排放量；

所述学生公寓的安全指标的计算公式如下：

所述教学楼的经济指标的计算公式如下：

所述教学楼的能效指标的计算公式如下：

所述教学楼的环保指标的计算公式如下：

C_SY2＝C_h2+C_c2+C_w2+C_l2+C_re2；

其中，C_SY2为教学楼使用阶段年总碳排放量；C_h2为教学楼供暖系统年碳排放量；C_c2为教学楼空调系统年碳排放量；C_w2为教学楼生活热水系统年碳排放量；C_l2为教学楼照明系统年碳排放量；C_re2为教学楼可再生能源系统年碳减排放量；

所述教学楼的安全指标的计算公式如下：

所述食堂的经济指标的计算公式如下：

所述食堂的能效指标的计算公式如下：

所述食堂的环保指标的计算公式如下：

C_SY3＝C_h3+C_c3+C_w3+C_l3+C_re3；

其中，C_SY3为食堂使用阶段年总碳排放量；C_h3为食堂供暖系统年碳排放量；C_c3为食堂空调系统年碳排放量；C_w3为食堂生活热水系统年碳排放量；C_l3为食堂照明系统年碳排放量；C_re3为食堂可再生能源系统年碳减排放量；

所述食堂的安全指标的计算公式如下：

所述图书馆的经济指标的计算公式如下：

所述图书馆的能效指标的计算公式如下：

所述图书馆的环保指标的计算公式如下：

C_SY4＝C_h4+C_c4+C_w4+C_l4+C_re4；

其中，C_SY4为图书馆使用阶段年总碳排放量；C_h4为图书馆供暖系统年碳排放量；C_c4为图书馆空调系统年碳排放量；C_w4为图书馆生活热水系统年碳排放量；C_l4为图书馆照明系统年碳排放量；C_re4为图书馆可再生能源系统年碳减排放量；

所述图书馆的安全指标的计算公式如下：

所述实验楼的经济指标的计算公式如下：

所述实验楼的能效指标的计算公式如下：

所述实验楼的环保指标的计算公式如下：

C_SY5＝C_h5+C_c5+C_w5+C_l5+C_re5；

其中，C_SY5为实验楼使用阶段年总碳排放量；C_h5为实验楼供暖系统年碳排放量；C_c5为实验楼空调系统年碳排放量；C_w5为实验楼生活热水系统年碳排放量；C_l5为实验楼照明系统年碳排放量；C_re5为实验楼可再生能源系统年碳减排放量；

所述实验楼的安全指标的计算公式如下：

所述行政办公楼的经济指标的计算公式如下：

所述行政办公楼的能效指标的计算公式如下：

所述行政办公楼的环保指标的计算公式如下：

C_SY6＝C_h6+C_c6+C_w6+C_l6+Cre₆；

其中，C_SY6为行政办公楼使用阶段年总碳排放量；C_h6为行政办公楼供暖系统年碳排放量；C_c6为行政办公楼空调系统年碳排放量；C_w6为行政办公楼生活热水系统年碳排放量；C_l6为行政办公楼照明系统年碳排放量；C_re6为行政办公楼可再生能源系统年碳减排放量；

所述行政办公楼的安全指标的计算公式如下：

将学校实测的数据分别代入所述系统层中照明子系统、炊事子系统、空调子系统、办公子系统和生活热水子系统的计算公式进行计算；

将学校实测的数据分别代入所述设备层中普通照明灯、微型计算机、家用热水器和电力变压器的计算公式进行计算；

基于所述计算，得到学校综合能效评价的结果；

利用所述学校综合能效评价的结果，与学校综合能效评价体系的主要指标进行对比分析，得到学校整体能耗水平。

2.根据权利要求1所述的一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法，其特征在于，所述将学校实测的数据分别代入所述系统层中照明子系统、炊事子系统、空调子系统、办公子系统和生活热水子系统的计算公式进行计算，具体如下：

所述照明子系统的计算公式如下：

其中，LPD是规定一个房间或场所的照明功率密度的允许值；P为单个光源的输入功率(含配套镇流器或变压器功耗)；PL为单个光源的额定功率；PB为光源配套镇流器或变压器的功耗；A为房间或场所面积；

所述炊事子系统的计算公式如下：

其中，F_r为炊事用能的资源效度指数；k_i为能源分配系数；H_i,j为能源控制系数；E_j为炊事用能效时系数；i为能源类型；j为用能方式；n为n种用能方式；m为m种能源的家庭；

所述空调子系统的计算公式如下：

其中，ER为空调冷热水系统循环水泵的输出能效比；H为水泵涉及扬程；ΔT为供回水温差；η为水泵在设计工作点的效率；W_S为风道系统单位风量耗功率；P3为空调机组的余压或通风系统风机的风压；ηCD为电机及传动效率，一般取0.855；ηF为风机效率；IPLV为冷水机组综合部分负荷性能系数；B，C，D和E分别为机组100％，75％，50％和25％负荷时相应冷却水进水温度下的性能系数(COP)，2.3％，41.5％，46.1％和10.1％分别为机组100％，75％，50％和25％负荷时相应冷却水进水温度下的权重系数；

所述办公子系统的计算公式如下：

其中，q_sd为单位面积电力的实物量消耗指标；Q_sd为电力的年消耗量；F为建筑面积；q_pd为人均电力的实物量消耗指标；Q_pd为电力的年消耗量；G为办公人数；

所述生活热水子系统的计算公式如下：

COP_S为系统制热运行效率；Q_h为计量周期内系统的累计制热量；N_h为计量周期内系统制热运行消耗的总用电量。

3.根据权利要求1所述的一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法，其特征在于，所述将学校实测的数据分别代入所述设备层中普通照明灯、微型计算机、家用热水器和电力变压器的计算公式进行计算，具体如下：

所述普通照明灯的计算公式如下：

η0＝-I[lg(P0)]³+J[lg(P0)]²+KlgP0+L；

其中，η0为初始光效；P0为额定功率；I，J，K，L为系数；

所述微型计算机的计算公式如下：

TEC＝(8760/1000)×(P_off·T_off+P_sleep·T_sleep+P_idle·T_idle)；

其中，P_off为微型计算机关闭状态功耗；T_off为微型计算机年关闭状态时间所占百分比，查表可得；P_sleep为微型计算机睡眠状态功耗；T_sleep为微型计算机年睡眠状态时间所占百分比，查表可得；P_idle为微型计算机空闲状态功耗；T_idle为微型计算机年空闲状态时间所占百分比；

所述家用热水器的计算公式如下：

其中，ηt为温升t＝(t_w2-t_w1)K时的热效率；C1为水的比热4.19*10-3MJ/kg·K；M为出热水量；t_w2为出热水温度；t_w1为进水温度；Q1为实测低热值；V为实测燃气流量；t_g为试验时流量计内的燃气温度；p_a为试验时的大气压力；p_g为试验时热水器前燃气压力；S为温度t_g℃时饱和水蒸气压力；

所述电力变压器的计算公式如下：

A2和B2中，

其中，TOC为配电变压器综合能效费用；CI为配电变压器初始费用，取变压器采购价格；A1为配电变压器单位空载损耗的等效初始费用系数；P₀为配电变压器额定空载损耗；K_Q为无功经济当量，按变压器在电网中的位置取值，一般配电变压器的取值范围为0.05≤K_Q≤0.1；I₀为配电变压器额定空载电流；S_e为配电变压器额定容量；B1为配电变压器单位负载损耗的等效初始费用系数；P_k为配电变压器额定负载损耗；U_k为配电变压器额定短路阻抗；A2为空载损耗等效初始费用系数；k_pv为年贴现率为i的连续n年费用现值系数；E_es为供电企业平均售电单价，低于全国综合平均销售电价时，一般取全国平均销售电价；H_py为配电变压器年带电小时数，一般取8760h；B2为负载损耗等效初始费用系数；τ为年最大负载损耗小时数；β为负载率，配电变压器年平均负载与额定容量比值；i为年贴现率；n为配电变压器经济使用期年数。

4.根据权利要求1所述的一种基于分层耦合约束的学校综合能效评价方法，其特征在于，所述学校综合能效评价体系的主要指标包括：建筑面积单位年能耗和生均年耗电量，具体计算如下：

所述建筑面积单位年能耗的计算公式如下：

其中，P₁为某一建筑某段时间内总耗能，S₁为建筑内面积，a为某段时间占一自然年比例；

所示生均年耗电量的计算公式如下：

其中，P₂为某位学生某段时间内总耗能，b为某段时间占一自然年比例。

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