热电冷联产系统中负荷的模拟计算1.docx
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热电冷联产系统中负荷的模拟计算1
热电冷联产系统中负荷的模拟计算
（1）
热电冷负荷的模拟计算是热电冷联产系统优化配置的基础，负荷计算结果的准确性将直接影响到联产系统方案设计的好坏。
本文从不同类型建筑热电冷负荷的基本构成出发，在对不同建筑类型负荷的变化特点进行分析的基础上，提出“负荷因子”的概念，进而得出了负荷模拟计算的基本原理；并以写字楼为例，提出了写字楼的负荷预测模型，并对其电力负荷模型进行了初步的验证，实测值与预测值吻合较好，其可用于写字楼联产系统中负荷的模拟预测，为热电冷联产系统的优化设计奠定了基础。
关键词：
热电冷联产负荷模拟计算写字楼负荷预测模型
1.前言
在热电冷联产系统的方案设计中，热电冷负荷的模拟计算是热电冷联产系统优化设计的基础，负荷计算结果的准确性对联产系统优化设计的成败起着至为关键的作用。
然而，在建筑的规划阶段，一般只能确定该建筑最基本的信息：
如使用功能和相应面积等，它反映的只是该建筑类型的共性。
如何从这些基本信息来模拟不同建筑类型的热电冷负荷呢？
目前，在热电冷联产系统方案设计中，热电冷负荷计算常采用建筑物的设计负荷来进行，即根据每平方米的设计热负荷、冷负荷与电负荷来计算建筑物的总热电冷负荷。
楼宇热电冷联产系统机组的选取，常采取以电基本负荷定机组容量、电力并网不上网的设计原则，经济性的评价也采取规定运行小时数的方法来进行。
这种传统的设计方法可以初步确定机组的容量，但由于设计负荷不能反映出不同建筑类型负荷的逐时变化特点，不能反映热电冷负荷间的相互作用与联系，方案也就难以在分时电价模式下进行模拟，也就不能给出各个不同时段机组具体的运行策略，不能对系统进行全年逐时的技术经济模拟分析[1-2]，因而，基于传统设计负荷方法的联产方案，也就难以做到真正的优化设计。
本文在对不同建筑类型负荷的基本构成及变化特点进行分析的基础上，提出利用“负荷因子”来反映不同建筑类型负荷的逐时变化特点，进而得出了负荷模拟计算的基本原理；并以写字楼为例，提出了写字楼的负荷预测模型，
2.负荷模拟计算原理
在建筑的规划阶段，一般只能确定该建筑最基本的信息，如建筑的使用功能和相应面积等，每种建筑类型负荷的基本构成及变化特点是不一样的。
负荷的构成及大小由建筑的使用功能、建筑级别等决定，它反映了设计负荷的概念；而负荷的逐时变化特点主由建筑的使用功能、作息模式等因素决定，它主反映了不同建筑类型之间差别。
因而，对同种类型建筑来说，负荷的逐时变化特点可以利用一个反映该建筑类型属性的无因次因子来表述，在这里，我们把这无因次因子称为“负荷因子”，它反映的是负荷的逐时变化信息，是一个介于0～1之间逐时变化的无纲量数。
各不同建筑类型的“负荷因子”，是在对该建筑类型的负荷变化机理进行分析的基础上，模拟计算而获得的。
在不知道建筑更深入信息的情况下，其可根据该建筑类型的典型设置条件来相应求取。
2.1冷热负荷的计算
建筑的冷热负荷主包括：
围护结构传热负荷、新风负荷、人员设备负荷等，这三种负荷基本上各占总负荷的三分之一左右。
围护结构传热负荷主与建筑的围护结构及地理位置有关，而对于同地同种类型同档次的建筑而言，围护结构一般相差不大。
新风负荷主与人员的作息时间及密度等相关，人员设备负荷的大小主与建筑类型及作息时间有关。
当建筑类型确定时，人员设备及新风负荷的相对逐时变化信息就可基本确定了。
因而，冷热负荷逐时的变化信息主与建筑类型有关，即“负荷因子”主由建筑类型来决定。
另外，由于同种类型建筑的级别和服务对象的差别，其冷热负荷相对大小也会相差较大，因而，可将每种类型建筑的冷热负荷分高、中、低三个等级来处理。
这样就可通过设计负荷或在调研分析的基础上，确定不同等级负荷的相对大小，结合“负荷因子”的概念，就可最终确定规划阶段不同建筑类型的逐时冷热负荷，其建模计算流程如图1
2.2电负荷的模拟计算
电力负荷主由不同建筑功能房间内各种用电设备所造成。
电力负荷的大小及逐时变化
特征与建筑物内各种用电设备的安装功率、设备的耗电使用性能及作息时间直接相关。
根据常见的用电设备，电力负荷主由如下几种类型构成：
（1）照明：
包括各种功能房间照明（如办公室、客房、商店等）、楼梯过道照明、立面照明、安全和疏散诱导照明等；其安装功率主取决于建筑类型和房间功能，不同的建筑类型和房间功能有不同的照明安装功率指标；而各设备耗电使用性能主与使用的照明设备性能相关，作息时间由功能房间所决定；
（2）空调：
包括冷冻泵、冷却泵、冷却塔、采暖泵、风机盘管、空调箱、新风机组等；不同空调形式的电耗特点也不相同；
（3）动力运输：
主指电梯，如客梯、货梯、消防电梯、观景电梯、自动扶梯等。
电梯功耗受到楼层高度、上下电梯人数、运行时间等因素的影响。
（4）常用电器：
主指各功能房间内所使用的电器设备；如办公室内的电脑、打印机等，电器设备种类及其安装功率可由房间功能决定，对应不同的功能房间，各设备种类及相应的安装功率不同。
（5）其它：
包括各种生活水泵、消防、排烟、安全监控、损耗等；
通过上述对各用电构成的分析，可以发现：
建筑类型或房间功能决定影响着其用电设备的种类、相应设备的安装功率及作息时间等，因而，也可利用“负荷因子”的概念，反映不同建筑类型电负荷的逐时变化特点，电负荷的相对大小可由建筑负荷的构成、各用电设备类型的典型耗电性能等来确定。
电力负荷预测模型的计算流程如图2。
逐时电负荷的计算公式如下：
（1）
其中，为逐时总电负荷，n代表各建筑类型中各功能房间类型，j为各功能类型房间内所分担的设备类型，如照明、空调、电梯、电脑等，为各功能区面积比，，为各设备投入使用系数，它主反映各时刻设备投入的相对量，为各设备的实际功耗性能。
为与的乘积，它反映的是各设备逐时耗电系数，
李辉江亿朱颖心摘热电冷负荷的模拟计算是热电冷联产系统优化配置的基础，负荷计算结果的准确性将直接
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摘不依规矩，不成方圆。
所谓大院设计质量高，靠的不是个人的力量，而是制度的力量。
设计院有一整套完成的规章制度，能够保证设计质量不因岗位人员变化而变化。
作为有制度的设计院，一般是实行二审三校制度的。
即设计人自校、自审；校对人校对；审核人审核。
一张图纸出手经过至少3个人的签字，从而保证设计质量。
其中每个人按照自己所在的岗位负责，拿相应岗位的钱。
设计的岗位一般包括：
设计人、专业负责人、校对人、审核人等，而审定人通常是行政的。
各岗位所承担的责任如下.
关键词：
设计院岗位
1、专业负责人
在室主任及主任工程师的领导下，院级工程在院长及总工程师领导下，配合工程负责人组织和协调本专业的设计工作，对本专业设计的方案、技术、质量及进度负责。
其主职责是：
1.在工程负责人领导下，依据各设计阶段的进度控制计划制定本专业各个设计进度的进度计划和设计任务的分工，经室主任审定后实施。
2.应熟悉与本专业相关的法规。
搜集分析设计资料，主持本专业方案及初步设计，并对本专业的方案和技术负全面责任。
方案及初步设计应该向审核人汇报，必时，提请室技术会议，院级工程由院技术会议讨论决策。
并在后续阶段实施。
3.负责编写方案及初步设计文件。
有关专业应写好人防、消防、环保、节能等专篇。
4.认真研究方案、初步设计阶段审批的意见。
并对审批意见逐条落实。
如执行有问题，应通过工程负责人与有关部门汇报认可，并有书面批复意见。
认真填写审批处理意见记录表。
5.施工图阶段，进一步解决本专业的技术问题。
协调各专业之间的矛盾，负责各阶段的汇总。
及时主动向有关专业提出求，并以文字或图表向有关专业提供所需的资料。
所提资料专业负责人应签名、签日期。
6.组织并指导本专业设计人及制图人进行施工图设计。
编写有关本工程统一技术规定和图纸目录。
协调解决工作中出现的问题，督促本专业设计人、制图人认真自小计算书和图纸，提供出手质量。
专业负责人应检查设计、制图人的设计文件，质量符号求后，交校对人校对。
质量差的计算书和图纸应该求设计人修改后再校对。
7.检查校对人工作是否到位，是否写好校审记录单。
无重大问题时，交审核人审核。
校对、审核后由设计人一起修改。
8.对本专业的设计质量进行自评。
负责本专业设计文件的归档。
9.开工前向施工单位进行设计交底。
施工工程中，做好工地服务。
负责洽商变更、补充图纸。
参加竣工验收。
负责施工阶段洽商等设计文件的归档。
10.根据室和工程组的安排，进行工程回访和设计总结。
11.在技术问题上，与审核人意见有矛盾时，应听取审核人意见，必时向总工室汇报，组成讨论决策。
2、设计人
技术上、设计上接受专业负责人的指导与安排，对本人的设计进度和质量负责。
主职责是：
1.根据专业负责人的安排制定设计进度计划，按时完成所承担的设计任务。
2.认真研究设计基础资料，领会设计意图，掌握设计标准，做好所负责部分的方案设计，解决有关技术问题。
3.设计计算符合本工程的统一技术规定，计算准确无误，符合本专业对计算书的质量求。
无论是手算还是电算，设计人均应该对计算结果的准确、安全、经济合理负责。
4.施工图阶段，在专业负责人的领导下，负责解决好所负责部分的工种关系，给其它专业提条件，参加各阶段汇总。
施工图应该符合设计深度求，构造合理。
图面紧凑、清晰、整洁、易读。
5.计算书、图纸认真自校，提高出手质量，对校对人、专业负责人、审核人提出的意见应该认真修改，并在校审记录单上写好处理意见。
6.按设计文件归档求整理好设计文件，较专业负责人统一归档。
7.配合专业负责人做好设计交底工作，参加工地服务。
8.对施工图实习及毕业实习学生所画图纸，设计人认真校对后，交校对人校对。
9.根据上级审核所定原则对设计文件、图纸的设计质量、图面质量及计算数据负责；
10.对所做工作与其它专业的配合协调负责；
11.对与校对人、审核人意见不一致时，有权求上一级直至总师作进一步仲裁，对仲裁的最后决定仍有不同意见时，可以保留备案，但必须执行；
12.对所设计的工作因不符合规定而发生质量事故时负主责任，应及时向上级汇报，分析原因、总结教训、进行检查处理。
3、校对人
在专业负责人领导下，对所校对的设计成品的质量负责。
主职责是：
1.按时完成图纸、计算书的校对任务。
2.校对人看相关工种的图纸及所提资料，校对过的项目符合规范、规程和统一技术措施的求。
计算书、图纸、说明等无错误和遗漏。
负有根据上级审核所定原则，校对本专业图纸、计算书的设计依据、计算方法、计算数据和图面质量正确无误的责任；
3.填写好校审记录单。
签图时，注意设计人的处理意见。
凡属技术性不同意见由专业负责人裁定。
4.如发现设计文件不齐、问题太多，通过专业负责人有权退回设计人，重新自校修改后再校对。
校对中发现的问题，有权求设计人员修改，在未修改完善前有权拒绝签字；
5.对经手校对的工作因不符合第1条规定而出现除上级审核所定的原则问题以外的重大质量事故时，与设计人负同等责任，应协助设计人进行检查处理。
4、审核人
1.审核人应该在各设计阶段到位，参与方案、重技术问题的讨论、审查与决策。
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*W/m2；
（4）空调根据理论计算及调查结果，可得出各种空调设备的输送系数范围，其中冷站部分各设备的输送系数见表4；
（5）其它设备其他用电主包括各种生活水泵用电、安全监控、地下车场照明及送排气用电等；由于生活水泵主是满足人员的用水求，根据这类生活水泵的性能特点及人均日用水的标准，可以确定各种生活水泵消耗每单位电功供水所能满足的人数。
安全监控、地下车场照明及送排气用电等可根据调研结果概算。
表3写字楼各功能区照明安装功率指标
房间功能
办公间
冷站＋地下室
大厅＋门厅
内部餐厅
过道＋电/楼梯间
卫生间
一般照明
非常照明
单位面积功率（W/m2）
20
10
15
20
10
5
15
表4冷站部分各设备的输送系数
冷站部分各设备
冷却水泵
二次泵系统
一次泵系统
冷却塔
冷冻水一次泵
冷冻水二次泵
冷冻水泵
输送系数范围
35~45
35~45
32~42
30~45
150~200
缺省输送系数
38
38
34
32
160
3.2冷热负荷计算模型
根据上述设置参数，利用DeST对典型的写字楼进行冷热负荷计算，得到写字楼全年的冷热负荷逐时变化无因次因子，即负荷因子，如图3、图4。
根据负荷因子及写字楼的典型设计负荷，就可以计算写字楼的冷热负荷。
图3（中高档）写字楼冷负荷“负荷因子”
图4（中高档）写字楼热负荷“负荷因子”
3.3电负荷计算模型
3.3.1耗电系数
耗电系数是用电设备逐时电耗与其额定功率的比值，它集中反映了各用电设备的实际耗电性能、同时使用系数等因素。
正由于写字楼作息的规律性，导致了多种用电设备的耗电系数一般也只呈现工作日与节假日的差别，因而在下列部分用电设备的耗电系数图中，也只列出工作日、节假日的逐时耗电系数，其中前24小时为工作日，后24小时为节假日。
由于冷冻泵、冷却泵、冷却塔、采暖泵、风机盘管等空调相关设备的电耗与冷热负荷有关，因而这部分用电设备的耗电系数不能简单的采用上述工作日、节假日的区别来进行描述，其需根据冷热负荷及设备的性能来进行计算。
当给定典型写字楼的冷热负荷时，就可得出空调相关设备全年逐时的耗电系数。
图5办公间照明设备耗电系数
图6办公间办公设备耗电系数
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图7办公间风机盘管耗电系数
图8公共区电梯耗电系数
3.3.2电负荷计算模型
在求得各用电设备的额定选型功率和耗电系数后，就可以根据公式
（1）得出写字楼建筑电负荷的逐时电力负荷。
图9～图12即为不同空调系统中高档写字楼的电负荷的“负荷因子”及该设置条件下写字楼的单位面积电负荷。
图9电“负荷因子”（风机盘管＋新风）
图10电负荷“负荷因子”（全空气系统）
图11写字楼单位面积电负荷（风机盘管＋新风）
图12写字楼单位面积电负荷（全空气系统）
4.应用实例
为对负荷模型的准确性进行检验，利用北京某一具有代表性的中高档写字楼实际调研数据与负荷预测值进行比较。
由于该写字楼冷热负荷尚无实测数据，在此只对电负荷模型进行校验。
在应用负荷模型时，考虑了该楼的一些实际情况，对电负荷模型进行了充实修正。
如图13~16所示，在全年逐时模拟的大多数时段内，逐时电力负荷预测值的大小及变化趋势与实际值几乎一致，该预测结果已可满足设计求。
另外，从电力负荷延时曲线的比较中，还可以看出：
对于腰谷段电力负荷，负荷构成较为稳定，模型预测值与实际测量值非常吻合，而对于尖峰段电力负荷，由于制冷耗电不定因素的增多，预测难度加大，因而，尚有必对冷热负荷到电力负荷的转变关系进行更深入的研究。
图13北京某写字楼2002年实际耗电曲线
图14北京某写字楼2002年计算耗电曲线
图1512月20日-12月21日实测值与模拟值比较
图162002年实测与预测电负荷延时曲线比较
5.小结
本章主分析讨论了热电冷联产系统中负荷的预测模型研究，提出了利用“负荷因子”来反映不同建筑类型的逐时负荷变化特征，进而提出了针对不同建筑类型的特征分别构建热电冷负荷计算模型的建模思路。
并以写字楼为例，建立了热电冷负荷预测模型，并对其电力负荷模型进行了初步的验证，实测值与预测值吻合较好，其可用于写字楼联产系统中负荷的模拟预测，为热电冷联产系统的优化设计奠定了基础。
参考文献
[1]段洁仪，冯继蓓，梁永建.北京中关村软件园燃气轮机冷热电三联供方案.03’中国分布式能源会议论文集，2003，p164-169
[2]BrahmanandMohanty&HaribandhuPanda.IntegratedEnergySystemForIndustrialComplexes.Part2:
ACaseStudyUsingtheLPModel,AppliedEnergy51（1995）19-38
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