CN110851762A - 一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，包括以下步骤，现状调研；对供热区域建筑根据使用功能、保温情况进行分类；挑选代表性建筑，建立动态负荷计算模型，最终对整个供热范围内建筑的动态供热负荷进行计算。在本申请实施例中，采用现场调研、负荷聚类分析的方式，确定影响建筑供热负荷的因素，并挑选代表性建筑构建典型建筑的动态负荷模型，计算全年动态负荷，从而为建设大型太阳能集中供热系统提供设计依据。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能供热系统领域，具体而言，涉及一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法。
背景技术
太阳能供热系统分为分散式和集中式，分散式太阳能供热系统受集热面积限制，无法满足中高层建筑全部住户的安装需求，尤其是中高层建筑底层的住户热水需长距离输送，温度的降低会造成极大的能源和水资源浪费；集中供热可更有效地利用地面空旷区域面积，且系统整洁美观。
在构建一个区域的太阳能集中供热系统时，首先需要确定供热系统的供热负荷，由于影响供热系统负荷的因素多，对于供热的每个建筑负荷不一致，导致在建设时依靠经验等方式，结果往往出入较大，针对该问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，以解决建设太阳能集中供热系统时无法估算整体负荷问题。
为了实现上述目的，本申请的技术方案如下：
一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：现场调研：
a)对建筑使用情况进行调研；
b)对建筑围护结构保温情况进行调研；
c)在代表性建筑内设置温湿度测点；
S2：对供热区域建筑根据使用功能、保温情况进行分类；
S3：挑选代表性建筑，建立动态负荷模型，最终对整个供热范围内建筑的动态负荷进行计算。
进一步的，步骤S2中对建筑按照功能可分类为办公建筑、办公住宅混合功能建筑和住宅。
进一步的，步骤S3中建立动态负荷模型前分析影响因素，影响因素包括当地气候条件、建筑构型特征和建筑实际使用情况。
进一步的，气候条件包括太阳日照轨迹、室外气温、太阳辐照度、风速等，所述的太阳辐照度包含水平面总辐射、直射辐射以及散射辐射。
进一步的，建筑构型特征包括建筑的朝向、体系系数、各层功能布局和层高等。
进一步的，建筑实际现状包括建筑保温状况和建筑使用情况，其中建筑保温状况包括墙体材料、墙体结构、窗户材料、窗户结构和窗墙比，建筑使用情况包括使用时间、人员密度、发热设备使用和自采暖情况。
进一步的，在缺乏气候条件时，使用Meteonorm气象分析软件，根据当地的经纬度，检索最近城市并通过插值法技术获取室外温度、风速和相对湿度，结合经纬度和卫星地图投射的当地地形，对大气透明度和全年晴雨进行估算，计算出当地的太阳能光轨和直射散射辐照值。
进一步的，步骤S3中建立动态负荷模型后，计算建筑内各房间在非采暖情况下的自然室温，与放置监测点取得的实测数据进行对比，调试模型仿真精度。
进一步的，对于办公建筑，夜间保持持续低温运行，防止管道冻结，白天提前预热，预热阶段按照梯级升温的形式估算预热负荷；对于住宅建筑则按照全天持续供热的模式计算热负荷。
有益效果：
(1)在本申请采用现场调研、负荷聚类分析的方式，确定影响建筑供热负荷的影响因素，并通过挑选代表性建筑的方式构建典型建筑的动态负荷模型，计算建筑全年动态负荷，从而为建设大型太阳能集中供热系统提供设计依据。
(2)本申请综合考虑了多个因素对模型的影响，并通过区分住宅、办公建筑，形成不同的预热方案，模型与实际情况进行反复的修正，确保了模型准确性和实用性。
附图说明
在附图中：
图1是A区各建筑墙体结构和窗户结构的调研结构；
图2是通过Meteonorm气象分析A区气候条件过程图；
图3是A区a建筑上方一月份太阳轨迹图；
图4是A区a建筑上方八月份太阳轨迹图；
图5是监测点仿真数据与实测数据对比图；
图6是办公建筑无预热与提前预热全天负荷的对比图；
图7是办公建筑全年负荷动态计算结果图；
图8是住宅建筑全年负荷动态计算结果图；
图9是a建筑大楼整体的动态负荷结果图；
图10是所有建筑整体的动态负荷叠加结果图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
以A区的太阳能集中供热系统模型建立过程来详细说明本申请。
调研A区各建筑的情况，调研结果如表1所示：
表1
再调研A区各建筑实际现状，保留建筑保温状况和建筑使用情况，建筑保温情况包括墙体结构和窗户结构，如图1所示，建筑使用情况包括使用时间、人员密度、自采暖情况等。
根据统计，A区全年最低气温达到-19.4℃，9月15日——次年5月15日平均气温0.7℃，11月1日——次年3月1日平均气温-3.17℃。
根据软件拟合，A区全年累积水平面太阳能总辐照度为7417.5MJ/m2。
缺少气候条件资料，通过Meteonorm气象分析软件生成了A区当地的气象参数(.epw)。Metenorm气象数据库包含8300个气象站的数据，根据A区当地经纬度，检索最近城市通过插值算法计算室外温度，风速及相对湿度。结合经纬度和卫星地图投射的当地地形，对大气透明度和全年晴雨进行估算，计算出当地的太阳能光轨和直射散射辐照值。计算过程如图2所示。
选择a建筑办公大楼为代表性建筑，在前述调研的基础上，布置温湿度测点，在一层、三层以及五层的办公室以及三层走廊布置温湿度测点，实时记录空间温湿度数据。
计算A区地理位置全年太阳轨迹和全天太阳在不同方位的建筑太阳得热，如图3～4所示。
建立a建筑办公大楼建筑动态仿真模型后，计算各房间在非采暖情况下的自然室温，与与放置的监测点数据进行对比，调试模型仿真精度。三层边户的数据对比如图5所示。
在供热系统运行时，为了防止管道冻结，夜间持续低温运行，保持室内温度7℃；由于建筑有较大蓄热能力，以散热器额定出力70W/m2，白天10：30-12:30难以提升到18℃室温；为尽可能提高上午室温，对建筑提前2小时进行预热；梯级预热：以8:30-9:30按照10℃；9:30-10:30按照14℃梯级升温的形式估算预热所需负荷，全天的热负荷如图6所示。
分别计算a建筑大楼公共建筑夜间低温运行白天提前预热以及住宅区域全天连续运行时全年的动态负荷，为热源方案优化和系统控制策略提供设计依据。公共建筑全年动态负荷如图7所示，住宅建筑全年动态负荷如图8所示。
将参数输入至IES(VE)软件中，计算a建筑大楼整体的全年动态负荷，如图9所示。
依次计算其他代表性建筑全年动态负荷，如i单位、g单位、r单位等。根据代表性建筑的全年动态负荷，估算其他建筑的动态负荷，并将所有建筑的负荷叠加计算，结果如图10所示。结果显示，系统平均热负荷指标为31.75W/m2，设计热负荷指标85W/m2。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：现场调研：
a)对建筑使用情况进行调研；
b)对建筑围护结构保温情况进行调研；
c)在代表性建筑内设置温湿度测点；
S2：对供热区域建筑根据使用功能、保温情况进行分类；
S3：挑选代表性建筑，建立动态负荷模型，最终对整个供热范围内建筑的动态负荷进行计算。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，步骤S2中对建筑按照功能可分类为办公建筑、办公住宅混合功能建筑和住宅。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，步骤S3中建立动态负荷模型前分析影响因素，影响因素包括当地气候条件、建筑构型特征和建筑实际使用情况。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，气候条件包括太阳日照轨迹、室外气温、太阳辐照度、风速等，所述的太阳辐照度包含水平面总辐射、直射辐射以及散射辐射。
5.根据权利要求3所述的一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，建筑构型特征包括建筑的朝向、体系系数、各层功能布局和层高等。
6.根据权利要求3所述的一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，建筑实际现状包括建筑保温状况和建筑使用情况，其中建筑保温状况包括墙体材料、墙体结构、窗户材料、窗户结构和窗墙比，建筑使用情况包括使用时间、人员密度、发热设备使用和自采暖情况。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，在缺乏气候条件时，使用Meteonorm气象分析软件，根据当地的经纬度，检索最近城市并通过插值法技术获取室外温度、风速和相对湿度，结合经纬度和卫星地图投射的当地地形，对大气透明度和全年晴雨进行估算，计算出当地的太阳能光轨和直射散射辐照值。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，步骤S3中建立动态负荷模型后，计算建筑内各房间在非采暖情况下的自然室温，与放置监测点取得的实测数据进行对比，调试模型仿真精度。
9.根据权利要求2所述的一种太阳能集中供热系统的建筑动态仿真模型建立方法，其特征在于，对于办公建筑，夜间保持持续低温运行，防止管道冻结，白天提前预热，预热阶段按照梯级升温的形式估算预热负荷；对于住宅建筑则按照全天持续供热的模式计算热负荷。
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