区域供冷系统能源站冷负荷预测及同时使用系数的确定

苏斌，赵凯，赵本坤

（1重庆大学 城市建设与环境工程学院，重庆 400045；2重庆市城乡建设委员会，重庆 400014）

0 引言

在建筑能耗中，供冷能耗是最主要的分项能耗[1]。区域供冷系统因其节能、高效、自动化程度高等优势，越来越多地受到投资方和业主的青睐，其优势主要表现在以下几个方面:（1）区域供冷系统可以集中有效地利用可再生能源 （如太阳能、风能等）[2]；（2）通过区域供冷以及热电联产等先进技术可以提高系统和机组的运行效率[3]；（3）采用区域供冷系统可以提高系统运行的可靠性和高效性，使供冷系统的运行效率、安全性和可靠性得到大幅度的提升。

尽管区域供冷系统有其巨大的节能优势，但如果缺乏适宜的能源站负荷预测方法和同时使用系数确定方法，使系统运行效率大幅度降低，导致区域供冷系统失去其应有的优势和意义。目前，国内外关于建筑负荷预测方法主要有统计回归预测和软件模拟预测方法。基于统计回归的建筑负荷预测方法是预测建筑冷负荷的重要方法，但此方法以大量的建筑能耗审计数据作为基础，工作量大，应用起来存在一定的困难。应用建筑模拟软件进行负荷预测，需要知道建筑的详细信息（如建筑围护结构类型及热工参数、房间功能、室内热扰、人员作息等），而在区域供冷规划初期阶段，往往只能得到地块中建筑的高度、面积、容积率等控制性指标，单体建筑及设施的规划还没有完成，即使建筑用途已经确定，单体建筑在方案创作过程中变化多端，建筑物作息时间、人员密度、照明负荷以及负荷变化规律等许多方面还是不确定的。因此，在规划初期阶段难以运用动态负荷模拟软件建模进行精确的冷负荷计算[4]。

本文针对规划设计阶段区域供冷系统特点及建筑冷负荷特征，采用鸿业负荷计算软件计算各栋建筑的逐时冷负荷以进行能源站冷负荷预测及确定同时使用系数，为解决区域供冷能源站冷负荷预测及同时使用系数确定提供有力参考。

1 建筑负荷影响因素

建筑负荷的影响因素很多，可以将其分为建筑本身的因素、内扰因素和外扰因素[5]。其中，建筑本身的因素由建筑的外形、布局以及建筑围护结构物性参数组成，包括建筑体型系数、建筑底面形状、建筑朝向、围护结构（外墙、屋顶、窗户）的材料及传热系数、窗墙比和遮阳设施等；内扰因素主要由人员、照明、设备等因素组成，包括室内人员密度、人员结构构成、人员逐时在室率、照明以及设备的安装功率、安装形式和使用率等；外扰因素主要是指室外气象条件，包括室外空气的温湿度、太阳辐射强度以及新风量等。

2 建筑负荷的确定

建筑按使用率不同又可分为:低使用率建筑和高使用率建筑[6]。其中低使用率建筑只在特殊情况下使用，如歌剧院等，平时大部分时间处于闲置状况。因此，不同类型建筑空调负荷特点存在着较大的差别，需要针对几种典型的建筑类型进行负荷计算分析，得到建筑负荷逐时变化特点。根据区域发展规划，计算得到各类建筑的建筑面积，选取各类建筑中的典型建筑，使用鸿业负荷计算软件（谐波反应法）进行建筑空调设计日逐时冷负荷计算[7]。

3 区域供冷系统能源站冷负荷及同时使用系数的确定

在明确了区域建筑规划方案中各建筑的冷负荷基础上，区域供冷系统能源站逐时负荷情况即为[6]:

Fnk-各建筑的逐时负荷，（n=0，1，2，……23），（k=住宅，商用，旅馆，办公，文体）；

Pk-各类建筑本身的同时使用系数；

Sk-各类建筑的面积。

F-区域供冷系统能源站负荷；

T-区域同时使用系数。

由此即可确定区域供冷系统能源站冷负荷以及同时使用系数。

4 计算实例

重庆市江北城CBD区域位于长江、嘉陵江两江交汇处，江北城区域总计建筑面积为630.50万m2，其中地上建筑面积520.50万m2，地下建筑面积110.00万m2。江北城共分为A、B、C三个地块，其中A区主要为商业用地，B区为商业、娱乐、旅游等综合用地，C区为住宅用地。由于江北城CBD区域内各类建筑规划面积已经确定，确定江北城CBD区域供冷系统能源站负荷及同时使用系数时，可直接根据表1确定各类建筑面积。此外，江北城CBD区域供冷系统初步服务对象为公共建筑，住宅建筑不在服务范围内。

表1 江北城CBD区域规划主要经济指标（万m2）

各类建筑冷负荷计算如下。

4.1 旅馆建筑

选取江北城CBD区域某酒店作为旅馆建筑模板，使用鸿业暖通负荷计算软件7.0进行冷负荷计算，基本参数设定如下:建筑面积为29650m2，照明标准为20W/m2，人员密度为0.05人/m2，每人新风量为30m3/h·人，电子设备发热量为13W/m2。围护结构热工参数根据重庆市《公共建筑节能（绿色建筑）设计标准》GBJ50-052-2013确定，并取上限值。

建筑冷负荷情况:夏季逐时最大总冷负荷（含新风/全热）为3115.09kW， 夏季最大总冷负荷 （含新风/全热）为3737.00kW，夏季最大室内冷负荷为2664.49kW，夏季新风冷负荷为450.08kW，夏季冷负荷同时使用系数为0.83。

4.2 办公建筑

选取江北城CBD区域某写字楼作为办公建筑模板，使用鸿业暖通负荷计算软件7.0进行冷负荷计算，基本参数设定如下:建筑面积29650m2，照明标准30W/m2，人员密度0.1人/m2，每人新风量30m3/h·人，电子设备发热量5W/m2。围护结构热工参数根据重庆市《公共建筑节能（绿色建筑）设计标准》GBJ50-052-2013确定，取上限值。

办公建筑冷负荷情况:夏季逐时最大总冷负荷（含新风/全热）为5614.64kW，夏季最大总冷负荷 （含新风/全热）为6879.00kW，夏季最大室内冷负荷为4943.03kW，夏季新风冷负荷为670.97kW，夏季冷负荷同时使用系数为0.82。

4.3 商业建筑

选取江北城CBD区域某商场作为商业建筑模板，使用鸿业暖通负荷计算软件7.0进行冷负荷计算，基本参数设定如下:建筑面积8302m2，照明标准40W/m2，人员密度0.7人/m2，每人新风量20m3/h·人，电子设备发热量13W/m2。围护结构热工参数根据重庆市《公共建筑节能（绿色建筑）设计标准》GBJ50-052-2013确定，取上限值。

商业建筑冷负荷情况:夏季逐时最大总冷负荷（含新风）为2242.39kW， 夏季最大总冷负荷 （含新风/全热）为2585.00kW，夏季最大室内冷负荷为1518.27kW，夏季新风冷负荷为724.12kW，夏季冷负荷同时使用系数为0.87。

4.4 文娱建筑

选取江北城CBD区域某图书馆作为文娱建筑模板，使用鸿业暖通负荷计算软件7.0进行冷负荷计算，基本参数设定如下:建筑面积8540m2，照明标准30W/m2，人员密度0.3人/m2，每人新风量30m3/h·人，电子设备发热量5W/m2。围护结构热工参数根据重庆市《公共建筑节能（绿色建筑）设计标准》GBJ50-052-2013确定，取上限值。

文娱建筑冷负荷情况:夏季逐时最大总冷负荷（含新风）为1248.88kW， 夏季最大总冷负荷 （含新风/全热）为1261.00kW，夏季最大室内冷负荷为791.87kW，夏季新风冷负荷为457.01kW，夏季冷负荷同时使用系数为0.99。

根据图1中各建筑逐时冷负荷计算结果，计算出各建筑单位面积逐时冷负荷后，再乘以各建筑相应规划建筑面积和同时使用系数，并逐时求和，得到区域供冷全天逐时冷负荷情况:

图1 不同建筑类型夏季总冷负荷逐时变化曲线

图2 区域供冷系统全天逐时冷负荷变化趋势图

表2 区域供冷系统最大总冷负荷表（kW）

由图2和表2可知，区域供冷系统夏季冷负荷最大时刻为15:00，即区域供冷系统能源站设计冷负荷为500943.00kW。区域各类建筑最大总冷负荷之和为729470.90kW，代入公式（3）可得江北城CBD区域供冷系统冷负荷同时使用系数T值为:

5 结语

区域供冷系统因其运行效率高、安全可靠和节能环保等优点，广泛应用于区域性建筑中。而区域供冷系统能源站负荷预测和同时使用系数的确定对于系统的经济、节能运行至关重要。借助鸿业负荷计算软件对重庆市江北嘴区域供冷项目各终端建筑的总冷负荷进行逐时计算分析得到其能源站设计总冷负荷为500943.00kW，进而计算出其冷负荷的同时使用系数为0.69。此法简单、快捷、需要区域供冷项目信息量少且具有普适性，可为今后区域供冷系统能源站负荷预测及同时使用系数的确定提供参考。

[1]毕崇宁.暖通空调水系统效率优化策略研究[D].济南:山东大学,2008.

[2]Wetterlund E,Sderstm M.Biomass gasification in district heating systems–the effect of economic energy policies[J].Applied Energy,2010,87(9):2914-2922.

[3]Fumo N,Mago P J,Chamra L M.Emission operational strategy for combined cooling,heating,and power systems[J].Applied Energy,2009,86(11):2344-2350.

[4]夏令操.浅析日本区域供冷供热的负荷预测[J].暖通空调,2009,39(2):93-95.

[5]韩传忠.一种区域供冷供热系统能耗模拟方法的研究[D].大连理工大学,2011.

[6]张心刚.城市街区区域供冷供热系统优化研究[D].上海:同济大学,2007.

[7]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.