港区生产与生活用能分析

杜伟++顾明++刘磊磊

摘 要：调研港区内电力的使用情况；生产辅助区、生活区典型建筑的电、热、冷负荷量与周期内负荷变化情况。采用建筑能耗分析软件EnegryPlus进行动态负荷逐时模拟和计算，得到全年小时建筑冷、热、电负荷的分布数据。为港区建筑物采用分布式能源积累有效数据。

关键词：EnergyPlus 冷热负荷 电负荷

中图分类号：F273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（c）-0060-03

根据港区用能特点，选取天津港联检中心建筑物为对象，通过软件模拟其全年的冷、热、电负荷，分析其相互之间的关系，为港区建筑物采用分布式能源提供数据来源和依据。

1 建筑模型的建立

工程坐落于天津东疆港GKa11单元核心区，东至鄂尔多斯路，南至乐山道，西至亚洲路，北至重庆道。地块约呈矩形，东西长约200 m，南北长约212.5 m，规划总用地面积42 500 m2。为东疆管委会、海关及缉私局、检验检疫、边检、海事等提供一站式服务。

建筑主体东西两侧分别为8层、6层，南北两侧为5层。各功能单元围绕两个相对独立的内院展开。建筑平面各部分围绕着中间办证大厅布置，该工程可以分为A、B、C、D这4个楼座。A座为海关和缉私局提供服务，B座为边检、办证大厅及公共会议区、预留办公区等、C座为检验检疫办公楼，东疆管委会办公楼，D座为餐厅及海事局办公楼。总建筑面积62 190 m2，其中地上建筑面积为58 190 m2。

2 建筑主体及照明设备参数的确定

建筑主体及照明设备参数的确定如表1，表2所示。

3 冷热负荷模拟计算分析

利用DesignBuilder软件建立联检服务中心建筑模型[1]，并准确建立窗户模型和遮阳模型，生成为IDF格式在导入到Energy Plus，进行详细的围护结构、照明、设备、新风、人员及空调设计温度等参数的设定。利用E+软件计算得到天津地区的设计日地表温度变化，输入到联检服务中心建筑模型，运行得到联检服务中心准确的冬季设计日逐时负荷、夏季设计日逐时负荷以及全年8 760 h的动态负荷变化曲线。

3.1 冬、夏季设计日冷负荷

EnergyPlus计算的联检服务中心冬、夏季设计日负荷曲线如图1，图2所示。

3.2 全年动态冷热负荷

根据ASHRAE对不同朝向负荷计算的方法，依次对联检中心东西南北4个朝向的冷热负荷进行计算。如图3、图4所示，南向热负荷最小，但其冷负荷最大。按照经验理论0°和180°、90°和270°应该分别得到很小的负荷变化，但模拟结果表明冷负荷变化符合此经验理论，而热负荷并未遵循这一趋势，由于北方地区（寒冷地区）以热负荷为主，所以，该建筑朝向按照热负荷最小的南向为最佳。

但总的来说4个朝向的冷热负荷变化范围都较小，取最佳朝向（南）全年最大冷负荷6 692 kW，最大热负荷4 669 kW，图5给出了全年动态逐时冷热负荷变化情况。单位面积冷负荷最大115 W/m2，单位面积热负荷最大80 W/m2。

4 电负荷模拟计算分析

建筑冷热源系统方案选型时，冷热负荷的准确预测固然重要，研究也相对较多，但电力负荷的准确预测对于系统的方案配置也尤为重要，尤其是在应用冷热电联产系统时，优化配置和优化运行的实现都需要相对准确的电力负荷预测的支撑。电力规划设计部门在进行电力负荷预测时，常常是基于当地或城市电网历史运行数据，对未来的电力负荷进行预测，这种方法往往会造成很大的偏差，对于一些高起点的建筑规划项目更是不可取。而目前对于热电冷联产系统中电力负荷的单点预测方法也只是能初步确定机组容量，不能给出不同时段机组运行策略。以往的电负荷计算只关心建筑最大电负荷以用于变压器选型，可利用的研究成果并不多，因此，对于联检中心建筑的逐时电负荷进行深入研究，为后续的热电冷联产系统优化配置和设计是十分重要的。

4.1 电力负荷模拟计算原理

建筑的电力负荷由建筑各个功能区域各种用电设备组成。用电设备包括功能区域照明及设备用电、空调冷热源设备用电（包括锅炉、冷机、冷却塔及水泵）、风机用电、动力及其他。目前清华大学李辉等人根据实地调研数据及相关理论分析，提出利用耗电因子法对各种建筑类型的电负荷进行预测，经初步检验建立的电力负荷预测模型较为准确[2]。电力负荷主要由建筑物类型和建筑各个功能区域内用电设备不同所造成。一般情况下，电力负荷的大小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。因此，常用的方法是根据常见的用电设备，对电力负荷构成及其耗电影响因素做基本分析，主要是照明、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，由于联产供冷，计算中不包括冷机耗电量）、动力运输（主要指电梯）、电器设备等。建筑类型或区域功能影响着用电设备的种类、相应设备的安装功率及作息时间，然后再由各用电设备各个类型的典型耗电性能曲线及运行模式，就可确定该建筑的电力负荷。

通过在E+中建立建筑物空调系统模型，确定冷热水环路和空气环路，运行EnergyPlus系统模拟即可得到联检中心各个区域全年8 760的逐时电耗。

4.2 电力负荷计算结果分析

利用上述模拟方法，对于运行结果进行整理，即可得到联检中心内全年8760的逐时电耗。冬季设计日电负荷和夏季设计日电负荷如图5、图6所示。区域单位面积逐时电耗进行模拟分析，全年最大建筑电负荷为5 882 kW。

5 结语

利用DesignBuilder软件建立办公建筑模型，并准确建立窗户模型和遮阳模型，生成为IDF格式在导入到EnergyPlus，进行详细的围护结构、照明、设备、新风、人员及空调设计温度等参数的设定。利用EnergyPlus软件计算得到港区的设计日地表温度变化，输入到模型，运行得到联检中心准确的冬季设计日逐时负荷、夏季设计日逐时负荷以及全年8 760 h的动态负荷变化曲线。根据EnergyPlus系统模拟得到全年8 760的逐时电耗。全年最大冷負荷6 692 kW，最大热负荷4 665 kW，最大电负荷为5 882 kW。

参考文献

[1] 潘毅群，吴刚，Volker Hartkopf.建筑全能耗分析软件EnergyPlus及其应用[J].暖通空调，2004，34（9）：2-7.

[2] 李辉，付林，耿克成.热电冷联产系统中电力负荷的模拟计算[C]//分布式能源电冷联产研讨会论文集.2003：259-264.