一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111985696 A(43)申请公布日 2020.11.24

(21)申请号 202010747371.1(22)申请日 2020.07.29

(71)申请人 中国电力工程顾问集团中南电力设

计院有限公司

地址 430071 湖北省武汉市武昌区中南二

路12号(72)发明人 王明国　汤磊　周远琳　谢网度　

郭长城　熊伟　胡胜　(74)专利代理机构 武汉开元知识产权代理有限

公司 42104

代理人 陈家安(51)Int.Cl.

G06Q 10/04(2012.01)G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/06(2012.01)

权利要求书1页 说明书8页 附图1页

F24F 11/62(2018.01)F24F 140/60(2018.01)

CN 111985696 A()发明名称

一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法(57)摘要

本发明公布了一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法，它包括如下步骤；①、数据收集和获取项目所在区域气象参数数据：收集供冷供热区域各地块的用能建筑面积与建筑类型的信息；根据气象参数数据确定所在区域的空调计算室外温度参数；②、确定供冷供热区域典型建筑类型：根据用能的建筑的情况对建筑类型进行分类，如居住建筑、商业建筑、商务建筑、学校建筑、医院建筑类型，作为负荷计算的典型建筑类型；它克服了现有技术中能源站的设计负荷偏大，从而导致装机规模偏大，投资偏高的缺点，具有不同类型建筑的冷热负荷指标均可以通过计算获得，同时能得出日冷热负荷峰值出现的时间的优点。

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权　利　要　求　书

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1.一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法，其特征在于：它包括如下步骤；

①、数据收集和获取项目所在区域气象参数数据：收集供冷供热区域各地块的用能建筑面积与建筑类型的信息；根据气象参数数据确定所在区域的空调计算室外温度参数；

②、确定供冷供热区域典型建筑类型：根据用能的建筑的情况对建筑类型进行分类，如居住建筑、商业建筑、商务建筑、学校建筑、医院建筑类型，作为负荷计算的典型建筑类型；

③、选取典型单体建筑：根据收集的建筑面积及建筑类型资料，选取典型单体建筑；④、确定典型建筑围护结构的热工参数：公共建筑与居住建筑的围护结构热工参数需满足公共建筑需满足《公共建筑节能设计标准》(GB501-2015)；

居住建筑根据其建设所在地需满足《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2010)、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75-2012)、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26-2010)中的限值要求；

⑤、确定典型建筑空调室内设计参数：根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)确定冬季与夏季室内的设计温度、相对湿度以及新风量指标数据；

⑥、确定典型建筑物内部的负荷强度：建筑的空气调节和供暖系统的运行时间，所述的运行时间即为建筑物使用时间表；

照明功率密度值及开关时间、房间人均占有的使用面积及在室率、人员新风量及新风机组运行时间表、电气设备功率密度及使用率应符合《公共建筑节能设计标准》(GB501-2015)的要求值，均按照节能建筑取值；

⑦、确定各典型建筑的同时使用系数：同时使用系数为各类典型建筑叠加某时刻最大冷或热负荷与各类建筑计算日最大冷或热负荷之和的比值；

⑧、计算各典型建筑的设计日逐时冷负荷与逐时热负荷：根据步骤①-步骤⑧中的计算条件；

如地气象参数数据、空调室内设计室外温度参数、冬季与夏季室内的设计温度、相对湿度以及新风量指标数据的计算条件，利用负荷计算软件，计算得出各典型建筑设计日24小时的逐时冷负荷与逐时热负荷，同时计算得出了典型建筑的空调设计冷热负荷指标；

⑨、计算各典型建筑的全年逐时冷热负荷：利用负荷计算软件计算典型建筑的全年逐时冷热负荷；

⑩、计算能源站逐时冷热负荷：根据①-⑨步骤计算得出典型建筑的设计日24小时逐时冷热负荷，然后将24小时的逐时负荷分别乘以对应类型建筑的建筑面积，再分别乘以对应类型建筑的同时使用系数，最后将得到的不同类型典型建筑的24小时逐时冷火热负荷叠加，得到能源站总的24小时逐时供冷火热负荷，并将该负荷作为最终的需要的能源的设计负荷数据。

2.根据权利要求1所述的一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法，其特征在于：在步骤⑦中；影响同时使用系数的因素为建筑类型、各类建筑的使用特点、各类建筑的入住率、气候条件、能源站的规划数量及位置、生活习惯、经济条件等。

3.根据权利要求2所述的一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法，其特征在于：在步骤⑦中；同时使用系数取值范围为0.5-0.9之间。

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一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法

技术领域

[0001]本发明涉及到区域供冷供热规划技术领域，更加具体地是一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法。

背景技术

[0002]随着人民生活水平的日益提高，近年来我国长江流域地区集中供暖的呼声日益高涨，为满足建筑物夏季供冷和冬季供暖需求，适宜南方地区的区域供冷供热项目逐渐增多，其中大型供冷供热项目的供能面积超过百万平米，用能建筑的类型多样，包括居住、商业、商务、学校、医院等多种类型，

[0003]由于大规模区域供冷供热区域的开发建设周期较长，用能建筑的建设时序不一，在供冷供热能源站项目规划设计初期缺乏用能建筑的详细冷热负荷或建筑物围护结构参数等基础数据，大多数用户仅能提供的用能建筑面积，

[0004]冷热负荷数据的缺乏给区域供冷供热项目的规划设计工作以及确定项目的建设规模带来了较大困难。

[0005]区域供冷供热的冷热负荷是否能准确预测是区域能源项目规划设计的关键，不能简单沿用传统设计中的负荷指标估算法，这种计算方法的误差在区域层面会被进一步放大；[0006]另外，作为大型区域供冷供热工程，也不可能对区域内每一栋楼全部做负荷模拟计算，一是工作量巨大，二是缺乏建筑细节及具体使用围护结构等详细资料。

[0007]传统的冷热负荷指标计算方法是以不同类型的典型建筑的冷热负荷指标直接乘以对应建筑的面积，从而得到各类型建筑的冷热负荷，再将各类型建筑的冷热负荷直接相加得出能源站的冷热负荷。

[0008]该方法中的冷热负荷指标一般是通过经验确定，应用于不同地区的准确度不高；此外由于不同类型建筑的冷热负荷峰值不一定出现在同一时刻，因此该计算方法会使得能源站的设计负荷偏大，从而导致装机规模偏大，投资偏高；此外也无法得出设计日的逐时冷热负荷及全年的逐时冷热负荷。

发明内容

[0009]本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法。

[0010]本发明的目的是通过如下技术方案来实施的：一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法，其特征在于：它包括如下步骤；[0011]①、数据收集和获取项目所在区域气象参数数据：收集供冷供热区域各地块的用能建筑面积与建筑类型的信息；根据气象参数数据确定所在区域的空调计算室外温度参数；

[0012]②、确定供冷供热区域典型建筑类型：根据用能的建筑的情况对建筑类型进行分

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类，如居住建筑、商业建筑、商务建筑、学校建筑、医院建筑类型，作为负荷计算的典型建筑类型；

[0013]③、选取典型单体建筑：根据收集的建筑面积及建筑类型资料，选取典型单体建筑；

[0014]④、确定典型建筑围护结构的热工参数：公共建筑与居住建筑的围护结构热工参数需满足公共建筑需满足《公共建筑节能设计标准》 (GB501-2015)；[0015]居住建筑根据其建设所在地需满足《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2010)、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ75-2012)、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ26-2010)中的限值要求；[0016]⑤、确定典型建筑空调室内设计参数：根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)确定冬季与夏季室内的设计温度、相对湿度以及新风量指标数据；[0017]⑥、确定典型建筑物内部的负荷强度：建筑的空气调节和供暖系统的运行时间，所述的运行时间即为建筑物使用时间表；[0018]照明功率密度值及开关时间、房间人均占有的使用面积及在室率、人员新风量及新风机组运行时间表、电气设备功率密度及使用率应符合《公共建筑节能设计标准》(GB501-2015)的要求值，均按照节能建筑取值；[0019]⑦、确定各典型建筑的同时使用系数：同时使用系数为各类典型建筑叠加某时刻最大冷或热负荷与各类建筑计算日最大冷或热负荷之和的比值；[0020]⑧、计算各典型建筑的设计日逐时冷负荷与逐时热负荷：根据步骤①-步骤⑧中的计算条件；

[0021]如地气象参数数据、空调室内设计室外温度参数、冬季与夏季室内的设计温度、相对湿度以及新风量指标数据的计算条件，利用负荷计算软件，计算得出各典型建筑设计日24小时的逐时冷负荷与逐时热负荷，同时计算得出了典型建筑的空调设计冷热负荷指标；[0022]⑨、计算各典型建筑的全年逐时冷热负荷：利用负荷计算软件计算典型建筑的全年逐时冷热负荷；[0023]⑩、计算能源站逐时冷热负荷：根据①-⑨步骤计算得出典型建筑的设计日24小时逐时冷热负荷，然后将24小时的逐时负荷分别乘以对应类型建筑的建筑面积，再分别乘以对应类型建筑的同时使用系数，最后将得到的不同类型典型建筑的24小时逐时冷火热负荷叠加，得到能源站总的24小时逐时供冷火热负荷，并将该负荷作为最终的需要的能源的设计负荷数据。

[0024]在上述技术方案中：在步骤⑦中；影响同时使用系数的因素为建筑类型、各类建筑的使用特点、各类建筑的入住率、气候条件、能源站的规划数量及位置、生活习惯、经济条件等。

[0025]在上述技术方案中：在步骤⑦中；同时使用系数取值范围为0.5-0.9之间。[0026]本发明具有如下优点：1.本发明中不同类型建筑的冷热负荷指标均可以通过计算获得，同时能得出日冷热负荷峰值出现的时间。[0027]2、本发明中能源站的冷热负荷为各类型建筑的逐时冷热负荷叠加得来，并非最大负荷直接相加，充分考虑到不同类型建筑的日冷热负荷峰值不一定出现在同一时刻的问题。

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3、本发明中能够计算得出能源站的全年逐时负荷数据，为计算全年供能量提供了

基础数据，同时计算得出的逐时冷热负荷对确定能源站装机容量以及对能源站的供冷供热运行控制策略提供参考依据。

附图说明

[0029]图1为本发明的计算流程示意图。

具体实施方式

[0030]下面结合附图和具体实施范例对本发明进行详细说明。本实施范例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施范例。[0031]参照图1所示：一种针对大型区域供冷供热能源站的冷热负荷计算方法，其特征在于：它包括如下步骤；[0032]①、数据收集和获取项目所在区域气象参数数据：收集供冷供热区域各地块的用能建筑面积与建筑类型的信息；根据气象参数数据确定所在区域的空调计算室外温度参数；

[0033]②、确定供冷供热区域典型建筑类型：根据用能的建筑的情况对建筑类型进行分类，如居住建筑、商业建筑、商务建筑、学校建筑、医院建筑类型，作为负荷计算的典型建筑类型；

[0034]③、选取典型单体建筑：根据收集的建筑面积及建筑类型资料，选取典型单体建筑；

[0035]④、确定典型建筑围护结构的热工参数：公共建筑与居住建筑的围护结构热工参数需满足公共建筑需满足《公共建筑节能设计标准》 (GB501-2015)；[0036]居住建筑根据其建设所在地需满足《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2010)、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ75-2012)、《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ26-2010)中的限值要求；[0037]⑤、确定典型建筑空调室内设计参数：根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)确定冬季与夏季室内的设计温度、相对湿度以及新风量指标数据；[0038]⑥、确定典型建筑物内部的负荷强度：建筑的空气调节和供暖系统的运行时间，所述的运行时间即为建筑物使用时间表；[0039]照明功率密度值及开关时间、房间人均占有的使用面积及在室率、人员新风量及新风机组运行时间表、电气设备功率密度及使用率应符合《公共建筑节能设计标准》(GB501-2015)的要求值，均按照节能建筑取值；[0040]⑦、确定各典型建筑的同时使用系数：同时使用系数为各类典型建筑叠加某时刻最大冷或热负荷与各类建筑计算日最大冷或热负荷之和的比值；[0041]⑧、计算各典型建筑的设计日逐时冷负荷与逐时热负荷：根据步骤①-步骤⑧中的计算条件；

[0042]如地气象参数数据、空调室内设计室外温度参数、冬季与夏季室内的设计温度、相对湿度以及新风量指标数据的计算条件，利用负荷计算软件，计算得出各典型建筑设计日

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24小时的逐时冷负荷与逐时热负荷，同时计算得出了典型建筑的空调设计冷热负荷指标；[0043]⑨、计算各典型建筑的全年逐时冷热负荷：利用负荷计算软件计算典型建筑的全年逐时冷热负荷；[0044]⑩、计算能源站逐时冷热负荷：根据①-⑨步骤计算得出典型建筑的设计日24小时逐时冷热负荷，然后将24小时的逐时负荷分别乘以对应类型建筑的建筑面积，再分别乘以对应类型建筑的同时使用系数，最后将得到的不同类型典型建筑的24小时逐时冷火热负荷叠加，得到能源站总的24小时逐时供冷热负荷，并将该负荷作为最终的需要的能源的设计负荷数据。

[0045]在步骤⑦中；影响同时使用系数的因素为建筑类型、各类建筑的使用特点、各类建筑的入住率、气候条件、能源站的规划数量及位置、生活习惯、经济条件等。[0046]同时使用系数考虑了影响用能的诸多因素，尽量避免传统按照用户最大用能负荷设计能源站装机而引起的装机规模过大的情况，使得计算负荷更加接近实际用能负荷。[0047]在步骤⑦中；同时使用系数取值范围为0.5-0.9之间。同时使用系数的选取有效规避能源站装机规模过大，有效节省项目投资。

[0048]根据①-⑨步骤计算得出各典型建筑的设计日24小时逐时冷热负荷，然后将24小时的逐时负荷分别乘以对应类型建筑的建筑面积，再分别乘以对应类型建筑的同时使用系数，最后将得到的不同类型典型建筑的24小时逐时冷火热负荷叠加，得到能源站总的24小时逐时供冷热负荷，并将该负荷作为最终的需要的能源的设计负荷数据。[0049]由于各典型建筑的设计日24小时逐时冷热负荷特性存在差异，一般最大负荷出现的时间不同，不同典型建筑的设计日24小时逐时冷热负荷叠加后再取小时最大值作为设计负荷，有效避免了以往将各典型建筑设计日负荷的最大值直接叠加后作为设计负荷的情况，设计负荷的计算考虑了用户的用能特性，避免出现设计负荷过大的情况。[0050]下面详细介绍利用本发明的一个具体实施例：[0051]1.数据收集。收集供冷供热区域各地块的用能建筑面积与建筑类型等信息；[0052]某供能区域主要有以下5种建筑类型，居住、商业、商务、学校、医院，总面积873679m2，其中居住507974m2，商业237976m2、商务26810m2、学校20813m2、医院80106m2。[0053]2.获取项目所在区域气象参数数据；根据气象参数数据确定空调计算室外参数；[00]通过《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012) 或符合计算软件获得该城市的气象参数，根据气象参数数据确定空调计算室外参数。如某城市冬季空调室外计算温度-1.5℃、冬季空调室外相对湿度77％、夏季空调室外计算温度35.5℃，夏季空调室外计算湿球温度28.2℃等空调室外计算参数。[0055]3.确定供冷供热区域典型建筑类型。根据用能建筑的情况对建筑类型进行分类，作为负荷计算的典型建筑类型。[0056]本例中将居住、商业、商务、学校、医院5种建筑类型作为区域典型建筑类型。[0057]4.选取典型单体建筑：根据收集的建筑面积及建筑类型资料，选取典型单体建筑；[0058]根据用能建筑情况选取或者构建典型单体建筑，作为负荷计算的基础建筑物，本例中需要居住、商业、商务、学校、医院5种典型单体建筑。[0059]5.确定典型建筑围护结构的热工参数。[0060]根据《公共建筑节能设计标准》(GB501-2015)与《夏热冬冷地区居住建筑节能设

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计标准》(JGJ134-2010)选取围护结构的热工参数，包括外墙、外窗、屋面等围护结构的传热系数，外窗、屋面的太阳得热系数等参数，本次直接取限值。[0061]6.确定典型建筑空调室内设计参数。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)确定冬季与夏季室内的设计温度、相对湿度以及新风量指标数据；[0062]夏季室内设计温度为24-26℃，相对湿度为40-60％，冬季室内设计温度为18-22℃，相对湿度不低于40％，每人每小时新风量为30m3。[0063]7.确定典型建筑物内部的负荷强度。建筑的空气调节和供暖系统的运行时间(建筑物使用时间表)、照明功率密度值及开关时间、房间人均占有的使用面积及在室率、人员新风量及新风机组运行时间表、电气设备功率密度及使用率应符合《公共建筑节能设计标准》 (GB501-2015)的要求值，均按照节能建筑取值；[00]8.确定各典型建筑的同时使用系数。[0065]本例中同时使用系数的取值：居住0.65，商业0.65，医院0.75，商务0.5，学校0.5。[0066]9.计算各典型建筑的设计日逐时冷负荷与逐时热负荷。根据以上计算条件，当地气象参数以及空调室内设计温度和相对湿度等计算条件，利用负荷计算软件，计算得出各典型建筑设计日24小时的逐时冷负荷与逐时热负荷，同时计算得出了典型建筑的空调设计冷热负荷指标；

[0067]经过负荷计算软件得出设计日各典型建筑的单位面积逐时冷负荷如下表：(W/m2)

[0068]

时刻

0:00-1:00 1:00-2:00 2:00-3:00 3:00-4:00 4:00-5:00 5:00-6:00 6:00-7:00 7:00-8:00 8:00-9:00 9:00-10:00 10:00-11:00 11:00-12:00 12:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 17:00-18:00 18:00-19:00 19:00-20:00 20:00-21:00 居住

35 35 34 33 32 31 30 31 34 37 39 45 50 55 52 50 48 45 43 41 商业

27 27 26 25 23 22 22 56 70 86 85 83 82 85 93 104 115 110 97 84

7

办公

0 0 0 0 0   40 75 85 87 78 75 82 84 91 102 93 87 0 0 学校

0 0 0   0 0 18 25 36 40 40 37 35 38 39 43 48 43 41 0 0 医院

35 34 33 32 30 29 33 37 45 52 52 51 51 58 65 73 71 48

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21:00-22:00 39 35 0 0 45 22:00-23:00 38 27 0 0 35 23:00-24:00 37 26 0 0 34

[0069]居住建筑冷负荷指标为55W/m2，负荷峰值时刻为14:00-15:00，商业建筑冷负荷指标为115W/m2，负荷峰值时刻为17:00-18:00，办公建筑冷负荷指标为102W/m2，负荷峰值时刻为16:00-17:00，学校建筑冷负荷指标为48W/m2，负荷峰值时刻为16:00-17:00，医院建筑冷负荷指标为73W/m2，负荷峰值时刻为17:00-18:00。

[0070]经过负荷计算软件得出设计日各典型建筑的单位面积逐时热负荷如下表：(W/m2)

[0071]

[0072]

[0073]

居住建筑热负荷指标为35W/m2，负荷峰值时刻为7:00-8:00，商业建筑热负荷指标为W/m2，负荷峰值时刻为7:00-8:00，办公建筑热负荷指标为52W/m2，负荷峰值时刻为6:00-7:00，学校建筑热负荷指标为41W/m2，负荷峰值时刻为6:00-7:00，医院建筑热负荷指标为 40W/m2，负荷峰值时刻为6:00-7:00。

[0074]10.计算各典型建筑的全年逐时冷热负荷。[0075]利用负荷计算软件计算出典型建筑的全年8760小时的单位面积逐时冷热负荷。[0076]11.计算能源站逐时冷热负荷。根据以上计算得出典型建筑的设计日24小时逐时冷热负荷，然后将24小时的逐时负荷分别乘以对应类型建筑的建筑面积，再分别乘以对应

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类型建筑的同时使用系数，再将得到的不同类型典型建筑的24小时逐时冷(热)负荷叠加，得到能源站总的24小时逐时供冷热负荷，并将该负荷作为能源的设计负荷数据。[0077]经过计算得出设计日各典型建筑及能源站的逐时冷负荷如下表：(MW)

[0078]

[0079]

[0080]

经过计算得出设计日各典型建筑及能源站的逐时冷负荷如下表：(MW)

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[0081]

[0082]

经过计算得出能源站设计冷负荷为39.61MW，设计热负荷为 22.93MW，若直接采用

冷热负荷指标法，由于没有考虑不同类型典型建筑冷热负荷峰值出现时刻不一致的问题，计算得出的计冷负荷为 42.21MW，设计热负荷为23.36MW，分别较本范例偏高6.57％和1.90％。

[0084]以上负荷数据作为能源站主机装机选型的设计依据，同时为能源站的运行及控制策略提供参考依据。

[0085]上述未详细说明的部分均为现有技术。

[0083]

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图1

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