港區生產與生活用能分析

杜偉++顧明++劉磊磊

摘 要：調研港區內電力的使用情況；生產輔助區、生活區典型建筑的電、熱、冷負荷量與周期內負荷變化情況。采用建筑能耗分析軟件EnegryPlus進行動態負荷逐時模擬和計算，得到全年小時建筑冷、熱、電負荷的分布數據。為港區建筑物采用分布式能源積累有效數據。

關鍵詞：EnergyPlus 冷熱負荷 電負荷

中圖分類號：F273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0060-03

根據港區用能特點，選取天津港聯檢中心建筑物為對象，通過軟件模擬其全年的冷、熱、電負荷，分析其相互之間的關系，為港區建筑物采用分布式能源提供數據來源和依據。

1 建筑模型的建立

工程坐落于天津東疆港GKa11單元核心區，東至鄂爾多斯路，南至樂山道，西至亞洲路，北至重慶道。地塊約呈矩形，東西長約200 m，南北長約212.5 m，規劃總用地面積42 500 m2。為東疆管委會、海關及緝私局、檢驗檢疫、邊檢、海事等提供一站式服務。

建筑主體東西兩側分別為8層、6層，南北兩側為5層。各功能單元圍繞兩個相對獨立的內院展開。建筑平面各部分圍繞著中間辦證大廳布置，該工程可以分為A、B、C、D這4個樓座。A座為海關和緝私局提供服務，B座為邊檢、辦證大廳及公共會議區、預留辦公區等、C座為檢驗檢疫辦公樓，東疆管委會辦公樓，D座為餐廳及海事局辦公樓。總建筑面積62 190 m2，其中地上建筑面積為58 190 m2。

2 建筑主體及照明設備參數的確定

建筑主體及照明設備參數的確定如表1，表2所示。

3 冷熱負荷模擬計算分析

利用DesignBuilder軟件建立聯檢服務中心建筑模型[1]，并準確建立窗戶模型和遮陽模型，生成為IDF格式在導入到Energy Plus，進行詳細的圍護結構、照明、設備、新風、人員及空調設計溫度等參數的設定。利用E+軟件計算得到天津地區的設計日地表溫度變化，輸入到聯檢服務中心建筑模型，運行得到聯檢服務中心準確的冬季設計日逐時負荷、夏季設計日逐時負荷以及全年8 760 h的動態負荷變化曲線。

3.1 冬、夏季設計日冷負荷

EnergyPlus計算的聯檢服務中心冬、夏季設計日負荷曲線如圖1，圖2所示。

3.2 全年動態冷熱負荷

根據ASHRAE對不同朝向負荷計算的方法，依次對聯檢中心東西南北4個朝向的冷熱負荷進行計算。如圖3、圖4所示，南向熱負荷最小，但其冷負荷最大。按照經驗理論0°和180°、90°和270°應該分別得到很小的負荷變化，但模擬結果表明冷負荷變化符合此經驗理論，而熱負荷并未遵循這一趨勢，由于北方地區（寒冷地區）以熱負荷為主，所以，該建筑朝向按照熱負荷最小的南向為最佳。

但總的來說4個朝向的冷熱負荷變化范圍都較小，取最佳朝向（南）全年最大冷負荷6 692 kW，最大熱負荷4 669 kW，圖5給出了全年動態逐時冷熱負荷變化情況。單位面積冷負荷最大115 W/m2，單位面積熱負荷最大80 W/m2。

4 電負荷模擬計算分析

建筑冷熱源系統方案選型時，冷熱負荷的準確預測固然重要，研究也相對較多，但電力負荷的準確預測對于系統的方案配置也尤為重要，尤其是在應用冷熱電聯產系統時，優化配置和優化運行的實現都需要相對準確的電力負荷預測的支撐。電力規劃設計部門在進行電力負荷預測時，常常是基于當地或城市電網歷史運行數據，對未來的電力負荷進行預測，這種方法往往會造成很大的偏差，對于一些高起點的建筑規劃項目更是不可取。而目前對于熱電冷聯產系統中電力負荷的單點預測方法也只是能初步確定機組容量，不能給出不同時段機組運行策略。以往的電負荷計算只關心建筑最大電負荷以用于變壓器選型，可利用的研究成果并不多，因此，對于聯檢中心建筑的逐時電負荷進行深入研究，為后續的熱電冷聯產系統優化配置和設計是十分重要的。

4.1 電力負荷模擬計算原理

建筑的電力負荷由建筑各個功能區域各種用電設備組成。用電設備包括功能區域照明及設備用電、空調冷熱源設備用電（包括鍋爐、冷機、冷卻塔及水泵）、風機用電、動力及其他。目前清華大學李輝等人根據實地調研數據及相關理論分析，提出利用耗電因子法對各種建筑類型的電負荷進行預測，經初步檢驗建立的電力負荷預測模型較為準確[2]。電力負荷主要由建筑物類型和建筑各個功能區域內用電設備不同所造成。一般情況下，電力負荷的大小與建筑物內各種用電設備的安裝功率、設備的耗電使用性能及作息時間直接相關。因此，常用的方法是根據常見的用電設備，對電力負荷構成及其耗電影響因素做基本分析，主要是照明、空調（包括冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔、采暖泵、風機盤管、空調箱、新風機組等，由于聯產供冷，計算中不包括冷機耗電量）、動力運輸（主要指電梯）、電器設備等。建筑類型或區域功能影響著用電設備的種類、相應設備的安裝功率及作息時間，然后再由各用電設備各個類型的典型耗電性能曲線及運行模式，就可確定該建筑的電力負荷。

通過在E+中建立建筑物空調系統模型，確定冷熱水環路和空氣環路，運行EnergyPlus系統模擬即可得到聯檢中心各個區域全年8 760的逐時電耗。

4.2 電力負荷計算結果分析

利用上述模擬方法，對于運行結果進行整理，即可得到聯檢中心內全年8760的逐時電耗。冬季設計日電負荷和夏季設計日電負荷如圖5、圖6所示。區域單位面積逐時電耗進行模擬分析，全年最大建筑電負荷為5 882 kW。

5 結語

利用DesignBuilder軟件建立辦公建筑模型，并準確建立窗戶模型和遮陽模型，生成為IDF格式在導入到EnergyPlus，進行詳細的圍護結構、照明、設備、新風、人員及空調設計溫度等參數的設定。利用EnergyPlus軟件計算得到港區的設計日地表溫度變化，輸入到模型，運行得到聯檢中心準確的冬季設計日逐時負荷、夏季設計日逐時負荷以及全年8 760 h的動態負荷變化曲線。根據EnergyPlus系統模擬得到全年8 760的逐時電耗。全年最大冷負荷6 692 kW，最大熱負荷4 665 kW，最大電負荷為5 882 kW。

參考文獻

[1] 潘毅群，吳剛，Volker Hartkopf.建筑全能耗分析軟件EnergyPlus及其應用[J].暖通空調，2004，34（9）：2-7.

[2] 李輝，付林，耿克成.熱電冷聯產系統中電力負荷的模擬計算[C]//分布式能源電冷聯產研討會論文集.2003：259-264.