基于dem的某大型中小型超市能耗动态模拟研究

基于dem的某大型中小型超市能耗动态模拟研究

0降低能耗压力的途径近年来，大型百货公司蓬勃发展。然而，该大型能源行业给城市的能源环境和公司的运营带来了巨大压力。建筑节能已成为降低公司能耗压力的主要途径。尽管超市属于百货商场类建筑,但在客流规律、能耗结构等方面和百货商场有很大的差别,所以不能套用百货商场的能耗规律,国内对大型超市能耗现状的调研报道很少,而且大多超市一般都只设一个总电表,只记录累月的总能耗,很难从中了解具体能耗细节和能耗结构,因而也很难对某些节能措施的节能效果进行评价。1逐时能耗分析大型超市耗能系统主要包括空调系统、照明系统以及冷冻冷藏等动力插座系统。由于大型超市主要经营大众生活所必需的日用品和食品,所以每天的客流规律基本相同,可以近似认为照明和冷冻冷藏等动力插座系统的逐日能耗量是稳定的,所以照明和动力插座系统能耗只需要作典型日的逐时模拟分析。各用电设备的耗电量与安装功率、设备的耗电使用性能以及运行密切相关。而空调系统的能耗量则随季节和气候等因素波动,且和空调系统形式、室内设计参数以及系统运行模式直接相关。本文先应用DeST软件对大型超市全年逐时冷热负荷进行模拟,然后根据冷热负荷的大小和空调系统的形式分析冷水机组、冷水泵、冷却水泵以及末端装置的运行模式,最后再根据各设备耗功的性能曲线分析耗电量。超市全年动态能耗计算流程如图1所示。整个超市逐时总能耗的计算公式如下:P(t)=∑n∑kηnρk(t)φkPk=∑n∑kηnαk(t)Pk(1)Ρ(t)=∑n∑kηnρk(t)φkΡk=∑n∑kηnαk(t)Ρk(1)式中P(t)为逐时总能耗;n为大型超市各功能区;k为各功能区内的设备类型,如照明、空调、动力插座等;ηn为各功能区面积比;ρk(t)为各设备逐时同时使用系数;φk为各设备的实际耗功性能;Pk为各设备的安装额定功率;αk(t)=ρk(t)φk,为各设备逐时耗电系数。2中小型超市能耗功率密度的情况根据上述动态模拟原理,选择上海的一家大型超市进行调研分析,主要调研的数据包括超市建筑模型、空调系统、照明系统以及动力插座系统等的耗能功率密度和逐时运行规律。2.1工业模板和墙墙该大型超市位于上海市区,建筑面积为22000m2,3层框架结构,层高5.6m,南北朝向。体形系数为0.15,窗墙比为0.1,外窗为6mm单层玻璃不可开启式钢窗,玻璃均无外遮阳,无内窗帘。外墙为水泥砂浆抹灰+370mm砖墙+内面抹灰,屋顶为20mm水泥砂浆+200mm加气混凝土+120mm钢筋混凝土+隔热层。该超市各功能区的面积见表1。2.2空调冷水机组冷负荷的计算该超市夏季室内空调设计温度25~27℃、室内相对湿度≤60%,冬季室内空调设计温度18~20℃、室内相对湿度≥35%。由于超市主要经营日用品和食品,所以客流规律与百货商场有很大的不同,经调研该超市每天的客流规律比较稳定,超市内各时段的人员密度如图2所示。空调负荷包括围护结构传热负荷、新风负荷、人员负荷、照明负荷、设备负荷以及冷冻冷藏设备漏冷负荷。围护结构传热量根据本文计算模型由DeST软件计算。因为空调末端为定风量系统,所以按原设计新风量计算,营业区新风量为20m3/(人·h)、客流密度取0.6人/m2,办公区新风量为30m3/(人·h)、人员密度取0.15人/m2。人员负荷根据调查得到的逐时客流密度计算。照明负荷和设备负荷按照下文得到的空调区域内全天逐时照明和设备耗电功率密度计算,电热转换系数取0.9。该超市的冷冻冷藏设备压缩冷凝机组设于机房,冷凝热采用水冷方式排至室外,所以对空调负荷没有影响,但陈列柜的漏冷量对空调负荷有很大影响,取陈列柜的漏冷量为制冷量的15%。该超市空调面积为14000m2,主要包括营业区、办公区和部分辅助加工区,空调运行时间为09:00~22:00。原设计空调系统冷源使用两台水冷离心机组,总供冷量为3.5MW,单位空调面积装机冷量为250W/m2,冬季热源为一台燃油锅炉,供热量为1.167MW,单位空调面积装机热量为83W/m2。两台冷水机组的运行模式为:系统冷负荷在50%以上时,两台冷水机组各承担一半负荷,系统冷负荷在50%以下时,只运行一台冷水机组。冷水机组的部分负荷性能曲线见图3。通过逐时冷负荷的变化可以确定冷水机组的负荷率和运行时间,从而计算机组的总能耗。冷水泵和冷却水泵运行模式与冷水机组一致并联动控制,运行时间保持一致,水泵为定流量系统,所以在计算水泵功耗时取额定功耗作为计算值。营业区采用全空气低速送风系统,办公区等采用风机盘管+新风处理方式,风机皆为定风量送风,风机功耗取额定值。空调系统各设备平均安装功率指标见表2。2.3重要照明系统超市照明系统包括营业区的一般照明、局部重点照明和装饰照明,以及其他功能区如办公室、仓储区、辅助加工区、设备用房、停车场等的照明,还有安全和疏散引导照明等;其安装功率主要取决于各区域的功能要求,根据调研统计,本超市各功能区照明平均安装功率指标如表3所示,全天逐时照明设备耗电系数如图4所示。2.4重点片区的设备大型超市各功能区内都有一些耗电设备,在营业区内,由于超市经营生鲜食品等,所以冷冻冷藏设备是必需的,还有自动扶梯、收银机、家电区试用动力插座等;办公区有办公设备,辅助加工区有面包房烘烤机、熟食加工加热等,以及停车场设备用房和仓储区的通风设备等。经调研分析,本超市各功能区耗电设备平均安装功率指标如表4所示,各用电设备全天逐时动力插座耗电系数如图5所示。3负荷和发电负荷总能耗量计算利用DeST软件对该大型超市全年逐时的冷热负荷进行了模拟分析,单位空调面积的全年逐时冷热负荷如图6所示。由图可得,全年最大冷负荷为200W/m2,原设计装机冷量250W/m2偏大;全年最大热负荷为35W/m2,不足原装机供热量83W/m2的一半;较大的冷负荷出现在7,8月,需要同时开2台机组,而5,6,9,10月基本上只开1台机组就能满足冷负荷要求。过渡季出现在3,4,11月,冷热负荷需求很小,大部分时间通新风就能满足要求,1,2,12月需要适当地供热才能满足空调要求。把电力折合成一次能源进行比较,全年逐时单位建筑面积一次能源消耗量如图7所示。从图中可知,夏季能源消耗量最大,冬季其次,过渡季最小。表5是对该超市的能耗结构和单位建筑面积全年能耗量的统计,全年单位建筑面积折合一次能源消耗量为4.0GJ/(m2·a),全年单位建筑面积电力消耗量为330kWh/(