[发明专利]一种基于集总电容模型的建筑热质量用于空调负荷转移评估方法

说明书

本发明公开一种基于集总电容模型的建筑热质量用于空调负荷转移的评估方法。该方法提出采用“有效热容”这一参数来表征建筑物热质量的蓄热能力，建立降阶简化的4R3C集总电容模型，采用粒子群算法辨识建筑的有效热容，并归纳有效热容与面积的线性关系式，针对建筑设计阶段可获取参数少的特点提供简便的负荷预测方法。本发明的应用适用于中国四个气候分区，能够快速评估利用建筑热质量进行空调负荷转移潜力，从逐时冷热负荷转移量、耗电量、经济性这三个方面出发进行效果评价。

技术领域

本发明属于建筑空调负荷转移潜力评估领域，主要是涉及一种基于集总电容模型的建筑热质量用于空调负荷转移潜力评估方法。

背景技术

随着全球能源需求的持续增加，光伏风电等可再生能源的容量配置仍处于上升阶段，但由于可再生能源出力间歇、波动和不确定的特性，能源消纳和电网供需矛盾日益突出。建筑是能源消费的大户，同时也是电网的重要参与者之一，特别是空调系统在建筑电耗中又占很大的比例。建筑自身热特性和用能灵活性可以为电网的控制和优化提供有益的能源行为、电力需求和改造等：在供冷工况时，建筑物的热质量(主要包括外围护结构和内部蓄热体)会在室内温度较低时吸收冷量，并在室内温度升高时释放冷量，供热工况时相反，从而减弱空调系统用电功率调整所带来的对室内热环境的负面影响。利用建筑热质量对负荷转移来为电网稳定性提供帮助，可避免安装或者减少蓄热蓄冷设备的容量，具有初投资成本上的经济性，同时在设计阶段评估利用建筑热质量蓄热对负荷转移量的多少，有助于后续运行策略制定。

利用建筑热质量实现用能的灵活调度的一个重要前提是预测建筑的冷热负荷。而建筑空调负荷预测是十分复杂的，因为其与多种因素相关，如气象参数，建筑围护结构特性，室内照明情况，设备运行情况，室内人员数量行为等。特别是在建筑设计阶段，可获取的参数很少，仅有建筑面积、层数、围护结构热工参数等。如何在满足预测精度的前提下，简化计算原理、减少输入参数、节省计算时间是设计阶段负荷预测的主要研究内容。

因此，采用合理便捷的参数表征建筑热质量的蓄热性能，同时通过预测建筑空调负荷进一步评估其能带来的空调负荷转移潜力，对利用建筑蓄热性为电网提供灵活性有着重要意义。

发明内容

本发明针对以上技术问题，提出采用“有效热容”这一参数表征建筑热质量的蓄热能力，提出一种基于集总电容模型的负荷预测方法，并评估了建筑的空调负荷转移能力，为合理利用建筑热质量的蓄热性能缓解电网压力提供直接依据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于集总电容模型的建筑热质量用于空调负荷转移潜力评估方法，包括建立标准建筑模型提供输入数据，采用粒子群算法辨识4R3C集总电容模型的有效热容表征建筑热质量、归纳有效热容与面积的线性关系式，对比预冷预热工况与基准工况的逐时冷热负荷转移量、耗电量、电费评估建筑热质量用于空调负荷转移的效果。

进一步的，标准建筑模型的外围护结构按现行国家标准《公共建筑节能设计规范》the Design Standards for Energy Efficiency of Public Buildings(GB50189-2015)中的限值构建，建筑环境内部热质量，如家具、隔墙等能够在室内吸热和放热的物体的物理性质及形状复杂，因此将它们集成简化为等效平板进行建模。

进一步的，采用“有效热容”表征建筑物热质量的蓄热能力，建立降阶简化的4R3C集总电容模型，采用粒子群算法辨识模型中的有效热容，并归纳有效热容与建筑面积的线性关系式，进而快速计算建筑冷热负荷。

本发明相对于现有技术方案所能带来的有益效果是：

1.本发明提出了一种4R3C集总电容模型预测建筑冷热负荷，该方法所需的输入参数少、计算快速简便，适用于可获取参数信息少的建筑设计阶段。