日本区域供热负荷的设计与计算

日本区域供热负荷的设计与计算

0供热负荷的模拟分析该区域的冷热系统建设通常包括规划和设计、方案、图纸设计、施工建设、运营管理等环节。在每个设计阶段，对冷负荷的精度要求不同。在区域供冷供热规划初期,该区域内单体建筑物和设施的建筑规划往往还没有完成;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,在规划初期阶段运用动态负荷模拟软件,建立建筑模型,输入建筑物围护结构类型及热工参数、房间功能、室内设计参数、室内热扰参数、空调系统作息模式等,进行精细而又较为严密的冷热负荷计算是非常困难的,而且投入的工作量很大。如果单纯采用冷热负荷估算指标来估算区域内各单体建筑、建筑群的负荷,冷热源系统形式、规模、配置以及输配系统的分析基石就显得比较脆弱。通常认为,针对规划区域内的建筑物和设施的用途与规模,采用建筑物和设施的实测数据进行归纳与统计处理来预测设计冷热负荷和全年累计冷热负荷是一种有效方法。1能源中心供冷量据日本区域供冷供热协会介绍,截至2002年统计分析表明,平均区域供冷供热系统所管辖的面积约为26.8hm2,面积为10hm2以下区域约占半数;能源中心平均供冷量26MW,平均供热量28MW;其中供冷量0～30MW约占80%;100MW以上的大规模区域供冷供热项目分别是东京临海副都心、新宿副都心、横滨港未来21世纪、大手町地区、千里中央地区等。我国在城市建设过程中,设计人员承担10～20万m2乃至100万m2建筑面积的冷热源系统与输配系统的设计项目逐渐增多,从规模上来讲,与日本的区域供冷供热系统有类似的地方,日本的有益经验值得中国同行借鉴。2日本住宅建筑节能机构ims表1引自日本东京都设计指导纲要,分别就办公建筑、商业建筑、酒店建筑、医院建筑、文化教育建筑和地铁车站,给出了设计冷负荷、热负荷与生活热水加热负荷指标以及全年累计冷负荷、热负荷与生活热水加热负荷指标。表1中办公建筑特大规模是指建筑面积100000m2以上,大规模是指建筑面积30000～100000m2,中规模是指10000～30000m2,小规模是指10000m2以下。表中数据是根据实际运行参数,通过归纳统计分析得出的反映实际情况的负荷指标。表2是日本住宅·建筑节能机构(IBEC)发表的日本住宅建筑、办公建筑、商业建筑、酒店建筑、医院建筑的用电量、冷负荷、热负荷、生活热水加热量4项内容的设计负荷指标和全年累计负荷指标统计值。表1与表2的设计负荷指标和全年累计负荷指标由于出自不同机构的资料,不完全一致。参考时,需结合实际情况酌情选取。表2除冷负荷、热负荷、生活热水加热量之外还统计了用电量负荷指标。建筑物冷负荷、热负荷、生活热水加热负荷、用电负荷四项内容对于建筑综合节能分析,提高系统能源利用效率是非常有意义的。3优化冷热源方案住宅建筑、办公建筑、商业建筑、酒店建筑、医院建筑的冷负荷、热负荷、生活热水加热负荷、用电负荷的逐时、逐月变化模式见图1～8。图中所示数据是由日本住宅·建筑节能机构(IBEC)和日本空气调节卫生工学会(SHASE)发表的,按建筑用途进行分类,在对既有建筑实测数据进行统计分析的基础之上总结出的逐时、逐月负荷变化模式。在以往的设计实践过程中,当设计人员处于方案或初设阶段,面对一个具有办公、商业、酒店、公寓等功能建筑群组成的区域时,将各种功能的估算负荷叠加,往往就容易造成冷热源系统容量与输配系统配置过大,从而方案比较的基础数据失真。冷热源容量过大、输配系统配置过大,则方案的初投资、全寿命周期运行费、系统运行效率等就容易失去其合理性。然而经常采用的、又非常关键的“同时使用系数”的取值就显得比较随意,缺乏令人信服的依据。在建筑设计方案阶段,试图运用建筑模拟软件,通过建模、设定各类边界条件等,进行全年8760h负荷计算,对于功能复杂、带有研究性质的设计项目是具有可能性的,但是对于一般的设计项目,需要考虑设计方的人力、物力、财力的承受能力。因此在广泛意义上,在方案阶段采用建筑模拟软件进行复杂、严格的模拟分析就不太现实了。鉴于国外设计实践经验,日本是借助设计负荷指标、全年累计负荷指标和负荷逐时、逐月变化模式,在方案阶段估算出各类功能建筑物的逐时负荷变化,提高方案比较的合理性与可行性。我国在大中型工程项目的冷热源规划初期阶段,尤其是办公、酒店、商业等多功能组合的建筑群的规划,可以参考日本方面提出的冷热负荷逐时、逐月变化模式,估算出规划项目的逐时、逐月的负荷变化值,分析变化规律。采用负荷逐时相加,而不是最大值相加,从而比较经济、合理地确定冷热源容量,也使冷热源方案比较更符合实际情况。另一方面我国需要加紧对现在建筑用能状况的检测,积累并探索出我国各类建筑、各种负荷的变化规律,为冷热源方式、容量的确定奠定基础。4设计负荷指标的确定估算区域内各类功能建筑的设计最大负荷和逐时负荷值,将各功能逐时负荷叠加最大值除以各功能建筑最大负荷总和,得出同时使用系数。同时使用系数与设计最大负荷值关系到区域供冷供热系统冷热源设备与输配系统的容量与初投资。包含输配系统冷(热)损失在内,全年冷(热)源设备提供的冷(热)量与冷(热)源设备供冷(供热)能力之比,称为全年满负荷当量运行时间。以日本东京的设计负荷指标、全年累计负荷指标为基准数据,采用HASS112和HASP计算模拟软件对日本全国典型地区进行分析,得出区域系数。再通过基准数据与区域系数的乘积,推导日本全国各地的设计负荷与全年累计负荷指标。区域系数见表3。5冷热源方案定权计算5.1浅析了日本在区域供冷供热系统冷热源规划阶段负荷预测的基本思路,反映了日本的用能水准与状况。日本的经验对做好我国大中型建设工程冷热源规划是十分有益的。5.2对于不同设计阶段应采用不同精度的计算方法。在方案设计阶段,可以采用设计负荷指标和全年累计负荷指标以及逐时、逐月负荷变化系数,估算各类功能建筑的逐时负荷变化规律,从而经济合理地确定冷热源方案。5.3对于既有建筑采集系统参数,统计出