某大型集中能源站冷熱負荷分析

□文/張巧麟 王 硯 李 君

城市集中式能源系統符合當前生態文明建設的發展理念，即在相對集中區域內設置一座或多座集中式能源系統，采用清潔能源為區域內建筑提供供冷、供熱服務。這種集中式能源形式具有明顯的節能效果，綜合能源消耗低，能源特別是可再生能源利用率和利用水平高；可以相對集中的采取環保措施，實現現場零排放。例如集中設置冷卻塔，可采用隔音措施集中降噪，使區域有一個良好的聲環境；集中設置低氮燃氣機組，可有效減小污染物對大氣的污染。

天津市某大型公共建筑群需一座集中式能源站為其提供供冷、供熱。天津位于中緯度歐亞大陸東岸，主要受季風環流的支配，是東亞季風盛行的地區，屬溫帶季風氣候；年平均氣溫11.4～12.9℃；1月最冷，平均氣溫-3～-5℃；7月最熱，平均氣溫26～27℃。

1 室內設計參數

根據區域建筑設計圖紙，室內設計參數見表1-表5。

表1 建筑1室內設計參數

續表1

表2 建筑2室內設計參數

表3 建筑3室內設計參數

續表3

表4 建筑4室內設計參數

表5 建筑5室內設計參數

2 動態逐時模擬用能負荷

2.1 計算工具

采用eQuest計算軟件對建筑負荷進行模擬分析，對區域建筑進行建模，分別得出各個建筑的全年逐時冷熱負荷。考慮到能源站的集中性，將各個建筑的冷熱負荷進行逐時疊加得到項目整體全年逐時負荷結果并作為能源站設計分析依據。建模過程需要輸入圍護結構，建筑的運營時刻表以及內部負荷等信息。

2.2 計算結果

負荷計算結果見表6。

表6 區域用能負荷

續表6

3 空調冷負荷特性分析

全年逐時冷負荷變化曲線見圖1。

圖1 逐時冷負荷變化

由圖1可知，最大冷負荷為20.9 MW，出現在7月下旬。

冷負荷主要來自于窗戶，其帶來的冷負荷占設計日總冷負荷的34%，其他主要負荷來源是新風負荷和照明系統散熱帶來的熱負荷，分別占總冷負荷的24%和17%。在其他時段，冷負荷也呈現出了類似的比例分配。日逐時冷負荷變化受很多因素影響，如室外氣溫，太陽輻射強度等，甚至周末和平時人流密度的不同，照明系統使用時間的變化也會影響到冷負荷的強度和時間分布。由窗戶及新風帶來的負荷占設計日總冷負荷的58%，由此可見室外氣象條件（尤其是室外溫度）對建筑負荷的影響很大。總體來說，冷負荷在14:00—15:00出現最大值，而此時往往是室外溫度最高的時段。

根據對全年冷負荷計算，本區域全年供冷量為14 541.7 MW·h，供冷量指標為 74.6 kW·h/m2。

4 空調熱負荷特性分析

全年逐時熱負荷變化曲線見圖2。

由圖2可知，最大熱負荷為14.18MW，出現在1月。

同冷負荷類似，熱負荷主要來自于窗戶傳熱和新風負荷，其總和甚至超過了熱負荷總量。在制熱條件下，太陽輻射以及內負荷散熱起到了抵消一部分熱負荷的作用，其總量為5.0 MW。同冷負荷相同，熱負荷同樣受室內外條件的綜合影響，導致每天的負荷分布都有所不同。而熱負荷同樣與室外溫度有很強的關聯性。在下14:00—15:00時室外溫度通常最高，而此時熱負荷也會顯著降低到最低點。

圖2 逐時熱負荷變化

根據對全年熱負荷計算，本區域全年供熱量為15 938.5 MW·h，供熱量指標為 81.8 kW·h/m2。

5 結語

冷熱負荷作為設計的基礎資料，單獨依靠建筑總冷熱負荷計算會造成設計允余過大，從而導致整個項目投資及運行成本增大。特別是區域性建筑能源站，周邊若無增容的項目接入，在整個經營期內將是極大的浪費。科學合理的冷熱負荷是大型集中能源站的設計基礎，采用動態逐時模擬計算軟件分析了負荷來源的各個因素，不僅考慮了建筑能耗也考慮了由于業態特征、人流量等變化造成的負荷變化，計算出的負荷是接近實際情況的。