公共建筑用能和回收系统综合设计和优化

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1、公共建筑用能和回收系统综合设计和优化摘要：本文针对公共建筑用热温位要求多、运行工况多的特点，提出了一种多工况建筑用能系统综合与设计的方法，以提高系统的能量利用效率。首先，通过对用能温度品位高低进行分类，将各温位的热需求和废（余）热以冷、热物流的形式组成了能量回收再利用网络。考虑用能情况的季节差异建立多周期模型，采用夹点分析和数学规划相结合的方法，建立换热网络的MINLP模型来优化建筑能量回收再利用系统，并对比了考虑换热网络优化前后系统总费用的变化情况。Abstract:Basedonthefeaturesofpublicbuildi

2、ngs^multi-requirementforheattemperatureandmulti-conditionoperating,thispaperproposesamethodofintegratinganddesigningmulti-conditionbuildingenergyusingsystemtoimprovetheenergyefficiencyofthesystem.Firstofall,throughtheclassificationoftemperaturegrade,organizesaenergyrec

3、yclingnetworkbyconverttheheatrequirementsofeachtemperaturelevelandwasteheatintotheformofcold,heatlogistics・Consideringtheseasonaldifferenceofenergy-using,thepaperbuildsamulti-periodmodel,usingmethodofcombingpinchanalysisandmathematicalprogramming,establishestheMINLPmod

4、elofheatexchangernetworkstooptimizebuildingenergyrecyclingsystem,anddescribesthechangesoftotalcostbeforeandaftertheoptimizationofthechangingheatnetwork.关键词：公共建筑；夹点分析；优化方法；多周期Keywords:publicbuilding；pinchanalysis；optimizationmethod；multipieperiod中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号

5、:1006-4311(2014)10-0061-030引言随着建筑总量的不断增加和人们对居住条件要求的提高，对建筑能量的需求也越来越多，其能耗大约已经占到了世界总能耗的28%,成为了全世界关注的一个焦点问题[1]。公共建筑因其高能耗的特点成为建筑节能减排的重点。面对这种现状，必然要采取一定的应对措施，所以越来越多的基础优化方法出现在我们的面前。第一次把这种方法应用到医院换热网络的是Herrera[2],它是以能耗为目标，把最优的夹点温差和换热匹配方案都确定下来，大概节能38%o而Zheng[3]等针对酒店能量系统的季节性特征，建立了

6、各季节的夹点分析模型并得到各周期的最优夹点温差。本文将夹点分析法和数学规划法结合起来对大型公共建筑的换热网路进行优化设计。1公共建筑能量回收再利用换热网络物理模型公共建筑的用能需求主要有三种，分别是电、热、冷。如果按照温度高低可以把建筑需求分成四种，分别是用于洗浴、洗衣及器具清洗的中温热水（35〜6CTC）、用于消毒、熨烫的蒸汽（0.1〜0.3MPa）、用于厨房、消毒及洗衣的高温热水（80〜100°C）和可回收利用的空调冷凝热对应制冷剂（80〜90°C）o将上述不同的热需求组成能量回收再利用网络，如图1（a）所示：其中需要冷却的热物

7、流是高温废水、制冷剂流、蒸汽凝结水、中温废水，需要加热的热物流是高温热水、中温热水、蒸汽。绘制如图1（b）所示的温焙图需要掌握三个参数，那就是能量回收再利用网络中的物流初始温度、目标温度和热容流率，该图中虚线代表冷负荷曲线，实线代表热负荷曲线，阴影部分面积代表换热匹配量，如果改变最小传热温差，换热匹配量也会随之改变。该系统由于受气候的影响很大，所以它的物流热负荷是动态变化的，因为气候一方面影响冷物流的进口温度（Tw）即自来水温度，另一方面它对空调冷负荷的影响巨大。本文仅考虑季节变化所带来的自来水温度、空调冷负荷、洗浴热水负荷的变化。

8、将系统在一年中按照季节分为三个周期，夏季、冬季、过渡季。2建筑能量回收再利用系统模型结构使用数学规划法优化数换热网络，为了有效地解决问题，应该首先建立一个科学的超结构，说明时假设冷、热物流都有两股对模型的超结构。如图2所示，模型分为两