[发明专利]基于设备热力学特性模型的建筑区域能源系统配置优化方法

说明书

本发明公开了一种基于设备热力学特性模型的建筑区域能源系统配置优化方法。所述方法可结合建立的设备样本库，构建各类典型设备的热力学特性模型。在已知建筑全年逐时冷、热负荷信息，并指定相应经济技术指标后，所述方法考虑了全年逐时负荷下的系统运行策略和约束条件，以一定年限内的方案总费用最小作为目标函数，自动实现区域能源系统的配置优化。相较现有技术，本发明实现了在全年运行工况下，对具体型号的能源设备进行优化选型和组合，构建多元、高效、可持续的区域能源系统方案，具有显著的经济与环境效益。

技术领域

本发明属于建筑区域能源系统规划领域，涉及一种基于设备热力学特性模型的建筑区域能源系统配置优化方法。

背景技术

随着世界经济的高速发展，人民的生活水平不断提高，对能源的需求和消耗量也持续攀升。面对日益严重的化石能源短缺和全球气候变暖问题，如何提高能源利用的效率已逐渐成为各行业关注的重点。对于建筑行业，区域能源系统可通过优化集成城市建筑群的能源体系，实现可再生和低品位冷热源的提质增效，在满足建筑终端冷、热负荷需求，改善人居环境的同时，降低能源消耗，具有高效、环保、经济、安全等优点。

推广区域能源系统对建筑节能减排的意义重大，但其在工程领域仍面临着一些技术理论与应用实践的难题。问题主要集中在系统的规划与设计阶段，由于区域能源站的建设投资总量大，设计方案一经确定，能源站将会投产并运营相当长一段时间，越早期的方案决策对区域能源系统的综合效率提升越有效。然而，区域能源系统包含的设备类型众多，供能方式复杂，同样的建筑冷、热负荷需求可以有多种满足的供能组合形式，因此很难确定系统的最佳设备组合和配置容量。在满足规划区域热力需求的前提下，对区域能源系统配置进行优化，提高能源利用效率，减少温室气体排放，形成多元、高效、可持续的供能体系，具有重要的经济与环境意义。

归纳现有的区域能源系统配置优化方法，一方面其主要侧重于对不同供能方式的整体规划容量进行配比和寻优，而没有与具体地设备性能参数结合，尚缺乏直接对供能设备进行选型和组合的优化方法。另一方面，现有方法多依据典型日的设计冷、热负荷进行区域能源系统配置优化，并未细化到考虑全年部分负荷率下不同设备之间的运行逻辑。而近年来，关于建筑需求侧负荷预测的研究和技术已相对成熟，准确的建筑全年逐时冷、热负荷预测已可以实现。基于全年逐时负荷数据并考虑系统逐时运行策略的配置优化方法更具有应用价值和现实意义。为了能在设计阶段，对系统方案的制定进行更加细节地把控和指导，亟需提出一种涵盖实际设备建模和选型在内，考虑全年运行工况的区域能源系统配置优化方法。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提出一种基于设备热力学特性模型的建筑区域能源系统配置优化方法。所述方法可在已知建筑全年逐时冷、热负荷信息，并指定相应经济技术目标后，结合建立的设备样本库，构建各类设备热力学特性模型，考虑全年逐时负荷下的系统运行策略，自动实现区域能源系统的设备选型、组合以及容量配置优化。

本发明采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明基于基础能源系统设备的热力学特性模型与经济指标参数，构建多种区域能源系统设备典型模型，在此基础上，进一步对具体型号的设备热力学特性与经济指标进行扩展，构建详细的设备样本库。所述方法可从样本库备选设备中选取最优设备组合，实现最佳容量配比下的选型优化。所述方法采用“部分内置+用户自定义扩充”的模式，保留设备模型的技术参数和经济参数输入接口，可根据实际项目对设备样本库进行持续更新。

作为优选，所述设备样本库涵盖的设备典型模型有冷热源设备和输配设备。

进一步地，所述冷热源设备有常规电制冷冷水机组、冷却塔、燃气锅炉、水源热泵、地源热泵、空气源热泵、直燃型溴化锂吸收式热泵机组、冷却塔。

进一步地，所述输配设备有变频水泵。

作为优选，常规电制冷冷水机组模型参数有设备名称、额定制冷量、额定功率、CAPFT性能曲线系数、EIRFT性能曲线系数、EIRFPLR性能曲线系数、出水温度和单位容量初投资。