沈阳某工业园区全年动态负荷的预测与研究
沈阳某工业园区全年动态负荷的预测与研究
选取耗能大的典型的九座厂房作为建模对象分别是车身冲焊联合厂房车身涂装车间总装车间检测调整车间车架联合厂房车厢焊装车间车厢联合厂房底盘件库车间试制车间z其建筑基本概况如表l通过学习国内外工业园区建筑负荷预测的方法以及整理建筑设计资料并结合沈阳市关于工业园区厂房的各种规范对每一幢建筑进行模拟分析以确定对建筑动态负荷造成影响的各类影响因素进而构建每一幢建筑相应的动态负荷分析模型
沈阳某工业园区全年动态负荷的预测与研究
摘 要为提高工业园区的可持续发展，采用更加精确地冷热负荷估算方法， 为工业建筑供暖提供设计依据。使用 DeST 建筑能耗模拟软件，建立车架联合 厂房、车厢焊装厂房、总装车间厂房等九座厂房的动态负荷分析模型，分别对其 进行全年逐时动态负荷的预测。通过分析研究各个模型的负荷特点，得到该工业 园区全年的逐时冷热负荷的分布情况。与传统方法预测的设计日采暖供热负荷总 量相比，本方法的节能效率达到了 18%。在工业园区的供暖规划中引入全年动 态负荷预测的方法有利于园区的可持续发展，达到减少能源消耗、节省初投资的 效果。为实现工业园区能源设计的合理性、科学性和工业建筑的节能减排奠定基 础。
关键词工业园区建筑；动态负荷；DeST 模拟 0引言
传统的负荷预测中，预测者为了方便和避免以后不必要的麻烦，无论建筑功 能的复杂程度如何，均采用面积热指标法来预测负荷，即将建筑需要的蕞大负荷 作为预测值，该方法已经成为普遍与合法的负荷预测方法。但是，这种预测方法 将需求侧负荷一再放大[1-2]，由这种负荷指标估算的设计冷负荷所确定的冷源安 装容量，均比实际需要大了 1/3 左右[3]。同时，在我国能源消费中，工业能耗占 近 70%，而工业建筑能耗占工业能耗的 10% 以上[4]。因此，在工业园区规划中 引入全年逐时动态负荷预测的方法是必要的，也是科学和节能要求的趋势所在， 将对节能减排产生积极的影响。
现阶段全年动态负荷预测的方法主要有：时间序列法、回归分析法、灰色预 测方法、神经网络方法和其他方法。孙靖等利用季节性时间序列模型对某医学中 心进行建筑空调负荷预测，得到较高的预测精度[5]；王渡等在一般的灰色模型的 基础上建立残差序列，将该序列分为若干个周期波，使区域热负荷中期预测精度 得到了明显提高[6]；蒋小强等人改进人工神经网络算法，对区域供冷系统进行逐 时冷负荷的预测，其预测值与实测值相差不大[7]；T.T.Chow 等人利用 DOE-2 对香港九龙地区东南部的一个拟釆用区域供冷系统的开发新区进行建筑冷负荷 预测，用此预测结果来指导区域系统方案的确定，并取得了较好的效果[8]。基于 此，笔者以沈阳某工业园区为例，应用建筑能耗模拟法。由于沈阳处于严寒地区， 夏季工业建筑几乎不需要供冷，所以本文主要研究冬季供暖工况，采用 DeST 软 件进行全年动态负荷的预测与研究。
Designer’sSimulation Toolkit（DeST）研发始于 1989 年，是清华大学 建筑学院建筑技术科学系建筑环境与设备研究所开发的，是用于建筑热环境模拟 分析的软件平台。DeST 主要有四块功能模块，笔者主要使用建筑环境控制系统 分析模拟模块、建筑分析模拟模块和气象数据模块。并且 DeST 被评为“具有 世界先进水平”，也是国内唯一能够动态模拟建筑采暖、空调负荷的分析软件。 如今 DeST 已在国内、欧洲、日本等地区广泛使用[9]。
该工业园位于沈阳市辽中近海经济区。本项目可规划用地东西宽约 1550m， 南北长 856m，可规划用地面积 1040306.61m2。建筑单体包括车身冲焊联合厂 房、车身涂装车间、总装车间、检测调整车间、车架联合厂房、车厢焊装车间、 车厢联合厂房、底盘件库车间、试制车间、辅料库、污水处理站、车间供油站、 锅炉房、66kV 降压站、给水加压站、固废存放场、燃气调压站、空压站、门卫、 自行车棚等。
研究对象为工业园区内的建筑，种类众多。为了简化模型，又不失模拟结果 的准确性，笔者提出了主要影响因素分类简化法。选取耗能大的典型的九座厂房 作为建模对象，分别是车身冲焊联合厂房、车身涂装车间、总装车间、检测调整 车间、车架联合厂房、车厢焊装车间、车厢联合厂房、底盘件库车间、试制车间， 其建筑基本概况如表 1。
通过学习国内外工业园区建筑负荷预测的方法以及整理建筑设计资料，并结 合沈阳市关于工业园区厂房的各种规范，对每一幢建筑进行模拟分析，以确定对 建筑动态负荷造成影响的各类影响因素，进而构建每一幢建筑相应的动态负荷分 析模型。建筑模型如图 1 所示。
其中，建筑面积、维护结构、建筑朝向、筑层高、室外气象参数、室内设计 参数、人员负荷、照明负荷、渗透空气量和新风量等因素为影响建筑负荷的主要 因素。这些因素可分为建筑模型因子和内部得热因子[10]。
（1）建筑模型 根据该工业园区建筑的特点，以及对工业园区建筑的控制规程，选取九座典 型厂房作为建模对象，分别是车身冲焊联合厂房、车身涂装车间、总装车间、检 测调整车间、车架联合厂房、车厢焊装车间、车厢联合厂房、底盘件库车间、试 制车间，采用 DeST 软件对九座典型建筑进行建模分析，建筑模型如图 1 所示， 建筑面积如表 1 所示。 （2）围护结构 对于工业园区内各种建筑，规范对于围护结构热工性能有非常明确的限定。 根据建筑设计资料，查阅的相关规范有《建筑地面设计规范》JGJ50037—96、 《公共建筑节能设计标准》GB 50189—2005、《外墙外保温工程技术规程》JGJ 144—2004、《屋面工程设计规范》GB 50345—2004、《彩色涂层钢板与钢 带国家标准》GB/T 12754—200，将查阅的结果汇总于表 2。 （3）建筑朝向、建筑层高 工业园区内各建筑的朝向、层高应该结合道路交通、广场和绿地设施、建筑 面积、容积率、建筑覆盖率、控规指标以及同类建筑的统计数据和园区规划总平 面图进行综合确定。层高如表 1，建筑朝向为北偏西 48 度。 3.2 内部热因子分析 （1）室外气象参数
该工业园区位于沈阳，属于严寒地区，温带季风气候，并且四季分明，冬寒 时间较长，近六个月，夏季时间较短，春秋两季气温变化迅速，持续时间短。使 用 DeST 软件得到该工业园区建筑室外逐时干球温度、各月平均干球温度、全 年温度分布、全年太阳直射辐射强度统计等室外气象参数如图 2~5。
（2）室内输入参数 根据规范《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019—2003、《公共建筑 节能设计标准》GB50189—2005[11]、《辽宁省公共建筑节能标准》DB21T 1477 —2006 以及《公共建筑节能(65%) 设计标准》DB21T 1899—2011 中的相关 规定以及参考建筑设计资料的设计参数，确定了厂房和车间的室参数。部分室内 输入参数如表 3。 （3）人员负荷 根据建筑内的人员密度和人员作息时间来确定人员负荷。对于工业厂房建 筑，人员负荷对总负荷的影响特别小，所以假定逐时人员数量是不变。根据相关 规范《公共建筑节能设计标准》GB 50189—2005，可以确定不同建筑功能区域 的人员密度和人员作息时间，如表 4 所示。 （4）照明与设备负荷 根据相关规范和标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019—2003）、 《公共建筑节能设计标准》(GB50189—2005)、通风机能效限定值及节能评价
值（GB19761—2005），确定不同建筑房间类别照明负荷和设备负荷，如表 4 所 示。 4 动态负荷预测结果及分析
本研究考虑工业园区全年的逐时动态负荷。对九座典型建筑进行逐时动态负 荷模拟，模拟结果汇总如表 5 所示。得到采暖季的平均热负荷指标为 100.31W/m2，蕞大是 109.35W/m2。
4.1 逐时动态负荷 根据模拟结果，将九座厂房的逐时负荷进行累加得到整个园区的建筑逐时 冷、热负荷值，如图 6、图 7 所示。工业园区内建筑全年逐时热负荷蕞大值出 现在 1 月 14 日，其值为 12864kW，该日总热负荷为 396850kW·h；冷负荷蕞 大值出现在 8 月 1 日，其值为 8460.13kW，该日总冷负荷为 82767.17kW·h。 4.2 单位负荷指标法预测负荷 根据建筑设计资料，得到厂房冬季热指标为 116W/m2，模拟结果是九座厂 房中冬季蕞大热指标是 109.35W/m2，约是设计值的 94.3%，相差较小，设计 指标通常会留有一定的富裕值，所以对于采暖季热指标的估计值还算准确。经计 算，该工业园区设计日采暖供热负荷总量约为 468283kW·h。将该值与笔者的 动态负荷计算方法得到的结果进行比较分析可知，按照常规方法预测的设计日采 暖供热负荷总量远大于按照动态负荷计算方法得到的结果，对于整个工业园区而
言，日总热负荷高出 396850kW·h，约 18%。可见，工业建筑供暖规划阶段的 节能潜力是巨大的。
（1）通过研究国内外工业园区各类建筑特点以及整理若干建筑设计资料， 并结合各类建筑的控制规程，合理确定了动态负荷影响因素，运用 DeST 软件建 立了各类型建筑的动态负荷模拟分析模型。经计算，该工业园区设计日采暖供热 负荷总量约为 468283kW·h，与常规方法预测的设计日采暖供热负荷总量相比， 小了 18%。
（2）通过分析逐时动态冷热负荷的模拟结果，得出了工业园区内建筑的动 态冷热负荷特性。工业园区内建筑全年逐时热负荷蕞大值出现在 1 月 14 日， 其值为 12864kW，该日总热负荷为 396850kW·h；冷负荷蕞大值出现在 8 月 1 日，其值为 8460.13kW，该日总冷负荷为 82767.17kW·h。
（3）由于工业园区规划中能源规划的特殊性，提出了主要影响因素分类简 化法，考虑工业园区内建筑负荷和使用功能两大主要影响因素，蕞终选取了三座 厂房和六座车间。该方法的提出有助于准确地完成本课题的研究，并且在一定程 度上提高课题研究效率。
（4）对于区域建筑这样庞大的建筑规模，各类型建筑因为其自身特点出现 峰值负荷的时间段各不相同，将各类建筑的逐时负荷进行叠加，逐时负荷的蕞大 值必然小于简单地将各建筑逐时负荷蕞大值相加。因此，将动态负荷计算方法引 入工业园区供暖规划中，将比传统城市规划中负荷的计算方法更为科学准确，由
动态负荷可得区域能源站的全年运行控制策略与能耗，可有效地减少设备总装机 容量，节省初投资，而且能对建筑节能产生积极作用。 参考文献
[2] 欧科敏. 区域建筑群冷热负荷预测方法研究[D].长沙: 湖南大学,2014. [3] 汪训昌, 林海燕, 杨书渊, 李勇等. 空调全年逐时动态负荷计算能提供什么信息和回 答什么问题?——一栋办公楼空调全年逐时动态负荷计算的结果及其分析[J]. 暖通空 调,2005,35(10):44–53,103. [4] 王宏伟, 郑亚东, 冯国会沈阳市典型工业建筑结构及热工调查分析[J]. 工业建 筑,2010(S1):66–r68. [5] 孙靖, 程大章. 基于季节性实践序列模型的空调负荷预测[J]. 电工技术学 报,2004,19(3):88–93. [6] 王渡, 郑莆燕. 基于改进的灰色模型在区域热负荷中期预测中的应用[J], 区域供 热,2010(02):32–35. [7] 蒋小强, 龙惟定, 李敏. 区域供冷系统逐时冷负荷的分析及数值预测中南大学学报 ( 自然科学版).2010,44(1):358–356.
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