基于负荷特征的山地酒店电蓄热复合热泵供暖配置优化研究

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延庆冬奥村位于北京西北部山区,赛时为各国运动员以及随从人员提供住宿与综合服务,赛后冬奥村将作为山地酒店长期运营。赛时冬奥村由消纳绿色电力的电锅炉保障采暖,赛后则需要考虑供暖热源的经济性。山地与平原市区的气象特征、能源禀赋有明显区别,将绿色电力与本地能源有机结合,实现经济性与节能性的平衡,是供暖热源改造设计面临的问题,本文研究思路如下:首先,由海坨山气象历史资料与监测数据可知,此地夏凉冬冷,且温度波动幅度相对较大,若采用单一热源,按最不利日选型,会导致设备利用率低,因此,有必要复合蓄热装置。通过调研可知此地不仅有稳定的绿色电力,还有拥有丰富的地热能资源。结合气象条件与能源禀赋分析供热技术的适用性,确定了可利用的能源形式,即绿色电能、空气能、地热能。其次,利用DEST模拟建筑的热负荷,通过对比分析赛时模拟热负荷与实测供热负荷,验证了模拟数据的准确性。根据建筑类型将山地酒店分为居住、公共两组功能区,并分析不同功能区的热负荷特征与日平准化率。居住组团夜间平均热负荷高于白天,日平准化率均值为0.67,设计日峰电阶段负荷占峰平电阶段之比为0.49。公共组团夜间热负荷远远低于白天,日平准化率均值为0.29,设计日峰电阶段负荷占峰平电阶段之比为0.59。合并后总组团热负荷特征与占比较大的居住组团相近,日平准化率均值为0.61,设计日峰电阶段负荷占峰平电阶段之比为0.52。最后,结合前文分析,设立电蓄热、电蓄热复合地源热泵、电蓄热复合空气源热泵三种热源组合方案,分别记为方案一、方案二、方案三。提出热源系统运行策略,引入热源配置比的概念,建立设备的能耗模型以及经济性目标函数。利用C语言编写计算程序,并带入各个建筑组团逐时热负荷、室外逐时温度与相对湿度数据,得出三种热源方案下的能耗值与费用值,分析热负荷特征、分时电价、热源配置比对计算结果产生的影响。研究结果表明,可再生能源电力支持的电蓄热系统(方案一)存在使得年度费用值最小的最佳蓄热比,因此,其比传统全负荷蓄热更具有经济性优势。最佳蓄热比与设计日以及整个供暖季的负荷特征均有很大关系,峰电阶段负荷占峰平电阶段负荷越高,最佳蓄热比越大,居住组团、公共组团、总组团供暖热源的最佳蓄热比分别为0.63、0.69、0.65。平电价通过影响供暖季运行费用影响最佳蓄热比,而峰电价对最佳蓄热比的影响则不大。为热负荷平准化率较低的建筑供暖,热源不适宜复合过高比例的热泵装置。对应居住组团、公共组团、总组团供暖需求,全负荷蓄热下,使得电蓄热复合热泵供暖热源(方案二、三)年度费用值最小的热泵比分别为0.7、0.1、0.5。对于北京山地酒店集中供暖热源而言,热泵配置比为0.3、蓄热比为0.54的方案二为最佳方案,相对于同等热泵比下的全负荷蓄热,单位供暖面积年度费用值降低7.9%;相对于优化配置的方案一,单位供暖面积能耗降低58.9%,单位供暖面积年度费用值降低16.0%;相对于优化配置的方案三,单位供暖面积能耗降低4.6%,单位供暖面积年度费用值降低11.0%。本研究进行了多情景的北京山地酒店供暖热源配置优化分析,可为赛后延庆冬奥村供暖热源改造工程,以及其他具备可再生能源电力支持的小区域供暖热源新建工程提供参考。
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