天然气分布式供能系统冷热负荷计算存在的关键问题及解决方法

杨光梅

摘 要：冷热负荷计算准确性是天然气分布式供能系统设计科学性及投产后运行经济性的重要保障，然而现有分布式供能系统设计方案中，存在沿用已有设计标准和规范，采取保守测算的导向及计算方法，在负荷测算分析过程中忽视全年延时负荷曲线， 对负荷模拟简化处理等问题，导致设计值偏大或者偏离运行规律。针对上述问题，该文提出要提高对冷热负荷计算重要性重新认识，掌握正确的冷热负荷计算方法，同时要根据实际需求选用相应的负荷模拟工具软件等解决方法。

关键词：分布式供能系统 冷热负荷 问题 方法

中图分类号：TK01 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0086-02

冷、热负荷计算的准确性是建设天然气分布式供能系统的基础，是分布式供能系统投产后能否安全经济运行的生命线，但从目前大多数分布式供能系统设计方案来看，冷、热负荷的计算结果往往偏大或偏离运行规律，结果造成分布式供能系统投资偏大、设备闲置较高，经济效益不容乐观。该文旨在通过分析分布式供能系统设计方案中冷热负荷计算的常见问题，并给出相关解决方法，以期为提高分布式供能系统冷热负荷计算的准确性提供一定参考。由于分布式供能系统冷、热负荷计算常见问题集中在区域性公共建筑领域，故该文所阐述的冷热负荷均指该领域设计冷、热负荷的计算。

1 关键问题

1.1 沿用已有设计标准和规范无法满足实际需要

《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）、《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）以及《实用供热空调设计手册》（第二版）等设计标准、规范、手册是公共建筑冷热负荷计算时最常采用的依据，因此，设计者往往根据这些标准、规范、手册选取单位面积负荷来计算公共建筑冷热负荷。然而，随着国家节能力度的加大、公共建筑围护结构、保温材料等技术的发展以及用户节能意识的提高，原有的单位面积负荷呈现逐渐下降的趋势。如果设计者仍沿用标准的单位面积负荷来计算公共建筑冷热负荷，其结果是设计负荷远超实际运行负荷，这是分布式供能系统冷热负荷计算中存在的核心问题。

1.2 采用的计算方法无法满足实际运行规律的需要

在众多向区域公共建筑供能的分布式供能系统设计方案中，设计者往往以计算的简便为目标，甚至未理解区域公共建筑冷、热负荷计算原则和方法，只是简单地将所有具有相同功能的建筑面积相加后，通过单位面积负荷计算出最大、最小设计冷热负荷，取一个同时系数，得到相同功能公共建筑的设计冷热负荷，然后用相同的方法计算出其它相同功能公共建筑的设计冷热负荷，再将这些已计算出的设计冷热负荷相加后得到一个区域冷热负荷。应该说，这种计算方法在项目论证阶段用来匡算区域最大冷热负荷时尚可适用，但不适用于计算区域平均冷热负荷或全年冷热负荷以及项目可研、初步设计阶段，主要原因是，该计算方法忽视了不同功能建筑运行时间区间、负荷特性等要素，其计算结果往往严重偏离区域负荷实际运行规律，易造成项目决策失误，这是分布式供能系统冷热负荷计算中最主要的问题。

1.3 采取保守测算的导向往往导致设计值偏大

分布式供能系统冷热负荷计算中，较多的设计者为提高计算结果的有效性，防止计算的冷热负荷偏小，造成设计方案不可用。为了使项目通过审查，通过层层加码的方式提高设计冷热负荷，最终造成设计冷热负荷严重超出实际负荷。其中，最为典型的问题是提高负荷同时系数、扩大建筑供能面积、虚化建筑内外区冷热负荷、建筑功能错位、同一功能建筑不同功能区负荷（如地下室负荷与地面建筑负荷相同）等同对待、提高人员密度取值、提高房间使用率等，导致分布式供能系统冷热负荷计算中的设计值往往偏大。

1.4 负荷测算分析过程中容易忽视全年延时负荷曲线

在分布式供能系统冷热负荷计算与分析过程中，应产生区域典型日冷热负荷、区域全年冷热负荷，全年延时负荷等曲线，其中，全年延时负荷直观地反映了区域冷热负荷的大小、特性、分布式供能系统较为客观的年利用小时数以及设计冷热负荷的科学性，是设计分布式供能系统最有效的依据。在冷热负荷计算过程中，设计者往往十分重视区域典型日冷热负荷曲线、区域全年负荷曲线，却忽视了全年延时负荷曲线，造成分布式供能系统设计方案或运行策略设计存在较大偏差。

1.5 系统设计中对负荷模拟简化处理

完整、科学的负荷模拟是优化分布式供能系统设计最为关键的因素，而对于一个以区域公共建筑为主要供能对象的分布式供能系统设计方案而言，最易被简化处理的问题恰恰是负荷模拟。在众多分布式供能系统设计方案中，有不少负荷模拟只是简单地将建筑面积相加后，再利用单位面积空调负荷与建筑面积的乘积，对应气候特征曲线提取出负荷模拟图，忽视了建筑各功能区比例、不同功能建筑工作时段与人员密度、建筑围护结构、保温材料、窗墙比以及区域建筑开发阶段等重要参数，使得分布式供能系统冷热负荷严重偏离其实际变化规律，不能客观反映区域冷热负荷大小和特性，也就根本无从谈起分布式供能系统的优化设计。

2 解决方法

2.1 正确理解冷热负荷计算的重要意义

冷热负荷计算是设计分布式供能系统的基础，将直接影响分布式供能系统设备选型、运行策略、控制方案以及技术经济分析等项目决策问题，因此，冷热负荷在分布式供能系统的设计工作中具有非常重要的地位。

在区域性公共建筑领域，分布式供能系统冷热负荷计算过程也是设备选型及其组合的优化过程，例如，可将多种设计和运行方案根据设备的供应能力加以优化和组合，使分布式供能系统达到不同热力循环联合、不同用能系统整合以及中低温热能的梯级利用，从而实现系统能源利用效率和经济效益最大化的目的。因此，冷热负荷计算也是优化设计分布式供能系统的重要途径。

2.2 掌握科学的冷热负荷计算方法

对于单幢建筑，冷热负荷的计算有当量温差法、谐波分解法、反应系数法、Z传递函数法、辐射时间序列法等多种方法，各种方法均有其优缺点，负荷计算时可因地制宜、因物而异选取相关方法，本文不再赘述单幢建筑的冷热负荷计算方法。

而在以区域公共建筑为供能对象的分布式供能系统冷热负荷计算过程中，由于建筑功能不同，其负荷特性曲线将有很大差异性，即使是具有相同功能的建筑，由于建筑功能分区、工作时段、人员密度，其负荷特性曲线也有一定的差异。因此，笔者认为在区域建筑型分布式供能系统负荷计算中，应在详细了解单幢建筑开发商的需求后（有条件时，亦可根据项目建议书或初步设计文件），单独计算单幢建筑与整点时间相对应的冷热负荷，在此基础上，再将计算得到的区域内单幢建筑冷热负荷按照时间序列对应相加，即可得到区域公共建筑冷热负荷。由于这种计算方法考虑了所有建筑冷热负荷大小和特性，因此，通过该方法计算得到的区域公共建筑冷热负荷最为接近实际运行情况。

2.3 善于利用负荷模拟工具软件

近年来，随着计算机和建筑节能技术的发展，涌现出了较多的空调负荷预测软件，如DOE2.1、Energy-Plus、eQuest、DeST、TRNSYS、ECOTECT、华电源等，这些软件都能够对建筑进行全年负荷动态模拟，并生成相关负荷特性曲线，有助于分布式供能系统的最优设计和运行管理，但每个软件都有其适用范围，由于目前空调负荷预测软件的对比应用案例较多，本文不再详细叙述，实际应用时，应从自身的需求出发，选择相应的软件进行负荷模拟，在提高冷热负荷预测准确性的同时，客观计算出分布式供能系统年运行小时数，并结合负荷特性曲线提出更切合实际的运行策略。

3 结语

当前天然气分布式供能系统设计过程中，其冷热负荷计算仍存在因循守旧、计算方法错误、忽视负荷特性曲线等问题，造成分布式供能系统运行效率低下，节能及经济效益较差。应提高对冷热负荷计算重要性的认识，掌握正确的冷热负荷计算方法，并通过选用相关负荷模拟工具软件进行负荷模拟，提高冷热负荷预测准确性。

致谢：感谢上海市科委11DZ1202004、13dz1202401、14dz1200601项目的支持，感谢上海市节能减排中心朱寅康对本文的悉心指导。endprint