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第1篇：電力負荷管理論文范文

關鍵詞：熱電冷聯產負荷模擬計算寫字樓負荷預測模型

1.前言

在熱電冷聯產系統的方案設計中，熱電冷負荷的模擬計算是熱電冷聯產系統優化設計的基礎，負荷計算結果的準確性對聯產系統優化設計的成敗起著至為關鍵的作用。然而，在建筑的規劃階段，一般只能確定該建筑最基本的信息：如使用功能和相應面積等，它反映的只是該建筑類型的共性。如何從這些基本信息來模擬不同建筑類型的熱電冷負荷呢？

目前，在熱電冷聯產系統方案設計中，熱電冷負荷計算常采用建筑物的設計負荷來進行，即根據每平方米的設計熱負荷、冷負荷與電負荷來計算建筑物的總熱電冷負荷。樓宇熱電冷聯產系統機組的選取，常采取以電基本負荷定機組容量、電力并網不上網的設計原則，經濟性的評價也采取規定運行小時數的方法來進行。這種傳統的設計方法可以初步確定機組的容量，但由于設計負荷不能反映出不同建筑類型負荷的逐時變化特點，不能反映熱電冷負荷間的相互作用與聯系，方案也就難以在分時電價模式下進行模擬，也就不能給出各個不同時段機組具體的運行策略，不能對系統進行全年逐時的技術經濟模擬分析[1-2]，因而，基于傳統設計負荷方法的聯產方案，也就難以做到真正的優化設計。

本文在對不同建筑類型負荷的基本構成及變化特點進行分析的基礎上，提出利用“負荷因子”來反映不同建筑類型負荷的逐時變化特點，進而得出了負荷模擬計算的基本原理；并以寫字樓為例，提出了寫字樓的負荷預測模型，

2.負荷模擬計算原理

在建筑的規劃階段，一般只能確定該建筑最基本的信息，如建筑的使用功能和相應面積等，每種建筑類型負荷的基本構成及變化特點是不一樣的。負荷的構成及大小由建筑的使用功能、建筑級別等決定，它反映了設計負荷的概念；而負荷的逐時變化特點主要由建筑的使用功能、作息模式等因素決定，它主要反映了不同建筑類型之間差別。因而，對同種類型建筑來說，負荷的逐時變化特點可以利用一個反映該建筑類型屬性的無因次因子來表述，在這里，我們把這無因次因子稱為“負荷因子”，它反映的是負荷的逐時變化信息，是一個介于0～1之間逐時變化的無綱量數。各不同建筑類型的“負荷因子”，是在對該建筑類型的負荷變化機理進行分析的基礎上，模擬計算而獲得的。在不知道建筑更深入信息的情況下，其可根據該建筑類型的典型設置條件來相應求取。

2.1冷熱負荷的計算

建筑的冷熱負荷主要包括：圍護結構傳熱負荷、新風負荷、人員設備負荷等，這三種負荷基本上各占總負荷的三分之一左右。圍護結構傳熱負荷主要與建筑的圍護結構及地理位置有關，而對于同地同種類型同檔次的建筑而言，圍護結構一般相差不大。新風負荷主要與人員的作息時間及密度等相關，人員設備負荷的大小主要與建筑類型及作息時間有關。當建筑類型確定時，人員設備及新風負荷的相對逐時變化信息就可基本確定了。因而，冷熱負荷逐時的變化信息主要與建筑類型有關，即“負荷因子”主要由建筑類型來決定。

另外，由于同種類型建筑的級別和服務對象的差別，其冷熱負荷相對大小也會相差較大，因而，可將每種類型建筑的冷熱負荷分高、中、低三個等級來處理。這樣就可通過設計負荷或在調研分析的基礎上，確定不同等級負荷的相對大小，結合“負荷因子”的概念，就可最終確定規劃階段不同建筑類型的逐時冷熱負荷，其建模計算流程如圖1

2.2電負荷的模擬計算

電力負荷主要由不同建筑功能房間內各種用電設備所造成。電力負荷的大小及逐時變化

特征與建筑物內各種用電設備的安裝功率、設備的耗電使用性能及作息時間直接相關。

根據常見的用電設備，電力負荷主要由如下幾種類型構成：

（1）照明：包括各種功能房間照明（如辦公室、客房、商店等）、樓梯過道照明、立面照明、安全和疏散誘導照明等；其安裝功率主要取決于建筑類型和房間功能，不同的建筑類型和房間功能有不同的照明安裝功率指標；而各設備耗電使用性能主要與使用的照明設備性能相關，作息時間由功能房間所決定；

（2）空調：包括冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔、采暖泵、風機盤管、空調箱、新風機組等；不同空調形式的電耗特點也不相同；

（3）動力運輸：主要指電梯，如客梯、貨梯、消防電梯、觀景電梯、自動扶梯等。電梯功耗受到樓層高度、上下電梯人數、運行時間等因素的影響。

（4）常用電器：主要指各功能房間內所使用的電器設備；如辦公室內的電腦、打印機等，電器設備種類及其安裝功率可由房間功能決定，對應不同的功能房間，各設備種類及相應的安裝功率不同。

（5）其它：包括各種生活水泵、消防、排煙、安全監控、損耗等；

通過上述對各用電構成的分析，可以發現：建筑類型或房間功能決定影響著其用電設備的種類、相應設備的安裝功率及作息時間等，因而，也可利用“負荷因子”的概念，反映不同建筑類型電負荷的逐時變化特點，電負荷的相對大小可由建筑負荷的構成、各用電設備類型的典型耗電性能等來確定。電力負荷預測模型的計算流程如圖2。

逐時電負荷的計算公式如下：

（1）

其中，為逐時總電負荷，n代表各建筑類型中各功能房間類型，j為各功能類型房間內所分擔的設備類型，如照明、空調、電梯、電腦等，為各功能區面積比，，為各設備投入使用系數，它主要反映各時刻設備投入的相對量，為各設備的實際功耗性能。為與的乘積，它反映的是各設備逐時耗電系數，為“負荷因子”，為負荷設計指標。

圖1冷熱負荷計算模型流程圖

圖2電力負荷計算模型流程圖

3.寫字樓熱電冷負荷計算模型

根據以上計算原理，在對北京典型中高層（7層～20層）寫字樓進行大量的實地調研分析的基礎上，可得出應用于寫字樓熱電冷負荷預測的計算模型，下節為某典型寫字樓熱電冷負荷計算模型的設置條件。

3.1典型設置條件

3.1.1各功能區面積比

對于典型的寫字樓而言，功能房間除了辦公間外，還應有一些保證辦公正常運轉的輔助房間，如冷站、機房、職工餐廳、衛生間、樓道及大廳等，另外，由于停車場有地上地下之分，故將其單獨列出，其不作為寫字樓的輔助功能區。各功能區的對應面積比如表1

表1寫字樓各功能區對應面積比建筑分區

辦公區

公共區

輔助功能區

總計

房間功能

辦公間

過道＋電/樓梯間

衛生間

冷站＋地下室

大廳＋門廳

職工餐廳

空調機房

面積比

73%

8%

2%

5%

5%

5%

2%

100%

另外，對人員密度而言，辦公區可取為0.1人/m2，輔助功能區可取為0.03人/m2

3.1.2各時段人數相對百分比

由于寫字樓具有較強的作息規律，根據調研結果，典型寫字樓的作息時間可設置如表2

表2各時段人數相對百分比

各時段人數相對百分比

時間段

22:00-6:00

7:00

8:00-17:00

18:00-19:00

20:00-21:00

工作日

0%

10%

100%

30%

10%

節假日

0%

0%

25%

10%

0%

3.1.3各用電設備額定功率指標

(1)照明根據建筑照明標準及實地調查結果，寫字樓各功能區照明安裝功率指標見表2；

(2)辦公設備辦公間電腦安裝功率取為25W/m2，打印機、復印機等可取為5W/m2；

(3)電梯對于建筑層數在7～20間的寫字樓，根據調研結果，其單位面積電梯安裝功率基本滿足y=12.1-0.27×n其中n為樓層數，y為電梯安裝功率(W/m2)，現取中間值8*W/m2；

(4)空調根據理論計算及調查結果，可得出各種空調設備的輸送系數范圍，其中冷站部分各設備的輸送系數見表4；

(5)其它設備其他用電主要包括各種生活水泵用電、安全監控、地下車場照明及送排氣用電等；由于生活水泵主要是滿足人員的用水要求，根據這類生活水泵的性能特點及人均日用水的標準，可以確定各種生活水泵消耗每單位電功供水所能滿足的人數。安全監控、地下車場照明及送排氣用電等可根據調研結果概算。

表3寫字樓各功能區照明安裝功率指標房間功能

辦公間

冷站＋地下室

大廳＋門廳

內部餐廳

過道＋電/樓梯間

衛生間

一般照明

非常照明

單位面積功率(W/m2)

20

10

15

20

10

5

15

表4冷站部分各設備的輸送系數冷站部分各設備

冷卻水泵

二次泵系統

一次泵系統

冷卻塔

冷凍水一次泵

冷凍水二次泵

冷凍水泵

輸送系數范圍

35~45

35~45

32~42

30~45

150~200

缺省輸送系數

38

38

34

32

160

3.2冷熱負荷計算模型

根據上述設置參數，利用DeST對典型的寫字樓進行冷熱負荷計算，得到寫字樓全年的冷熱負荷逐時變化無因次因子，即負荷因子，如圖3、圖4。根據負荷因子及寫字樓的典型設計負荷，就可以計算寫字樓的冷熱負荷。

圖3(中高檔)寫字樓冷負荷“負荷因子”

圖4(中高檔)寫字樓熱負荷“負荷因子”

3.3電負荷計算模型

3.3.1耗電系數

耗電系數是用電設備逐時電耗與其額定功率的比值，它集中反映了各用電設備的實際耗電性能、同時使用系數等因素。正由于寫字樓作息的規律性，導致了多種用電設備的耗電系數一般也只呈現工作日與節假日的差別，因而在下列部分用電設備的耗電系數圖中，也只列出工作日、節假日的逐時耗電系數，其中前24小時為工作日，后24小時為節假日。

由于冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔、采暖泵、風機盤管等空調相關設備的電耗與冷熱負荷有關，因而這部分用電設備的耗電系數不能簡單的采用上述工作日、節假日的區別來進行描述，其需根據冷熱負荷及設備的性能來進行計算。當給定典型寫字樓的冷熱負荷時，就可得出空調相關設備全年逐時的耗電系數。

圖5辦公間照明設備耗電系數

圖6辦公間辦公設備耗電系數

圖7辦公間風機盤管耗電系數

圖8公共區電梯耗電系數

3.3.2電負荷計算模型

在求得各用電設備的額定選型功率和耗電系數后，就可以根據公式（1）得出寫字樓建筑電負荷的逐時電力負荷。圖9～圖12即為不同空調系統中高檔寫字樓的電負荷的“負荷因子”及該設置條件下寫字樓的單位面積電負荷。

圖9電“負荷因子”(風機盤管＋新風)

圖10電負荷“負荷因子”(全空氣系統)

圖11寫字樓單位面積電負荷(風機盤管＋新風)

圖12寫字樓單位面積電負荷(全空氣系統)

4.應用實例

為對負荷模型的準確性進行檢驗，利用北京某一具有代表性的中高檔寫字樓實際調研數據與負荷預測值進行比較。由于該寫字樓冷熱負荷尚無實測數據，在此只對電負荷模型進行校驗。在應用負荷模型時，考慮了該樓的一些實際情況，對電負荷模型進行了充實修正。如圖13~16所示，在全年逐時模擬的大多數時段內，逐時電力負荷預測值的大小及變化趨勢與實際值幾乎一致，該預測結果已可滿足設計要求。另外，從電力負荷延時曲線的比較中，還可以看出：對于腰谷段電力負荷，負荷構成較為穩定，模型預測值與實際測量值非常吻合，而對于尖峰段電力負荷，由于制冷耗電不定因素的增多，預測難度加大，因而，尚有必要對冷熱負荷到電力負荷的轉變關系進行更深入的研究。

圖13北京某寫字樓2002年實際耗電曲線

圖14北京某寫字樓2002年計算耗電曲線

圖1512月20日-12月21日實測值與模擬值比較

圖162002年實測與預測電負荷延時曲線比較

5.小結

本章主要分析討論了熱電冷聯產系統中負荷的預測模型研究，提出了利用“負荷因子”來反映不同建筑類型的逐時負荷變化特征，進而提出了針對不同建筑類型的特征分別構建熱電冷負荷計算模型的建模思路。并以寫字樓為例，建立了熱電冷負荷預測模型，并對其電力負荷模型進行了初步的驗證，實測值與預測值吻合較好，其可用于寫字樓聯產系統中負荷的模擬預測，為熱電冷聯產系統的優化設計奠定了基礎。

參考文獻