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一种大型公共建筑多品位多工况用能系统的优化方法
广东工业大学材料与能源学院吕凤罗向龙陈颖
摘要：针对大型公共建筑用热温位要求多、运行工况多的特点，提出了建立一种集成优化模型的方法来实现节能和经济效益。通过对用能温度品位高低进行能量分类，将各温位的废（余）热，如空调冷凝热，以物流的形式组成能量回收再利用网络。根据用能系统运行工况的时间特性建立了多周期的边界条件，并采用夹点分析方法求解该模型。最后建立了综合考虑能效与经济性的优化目标。
关键词：公共建筑；优化方法；多周期运行；多品位；夹点分析法
Abstract：Aimedatdifferent-temperatureheatenergyneededatdifferenttimeinlargepublicbuildings,thispaperpresentedanoptimizationmethodforitsenergysystemtorealizeenergysaveandeconomicbenefits.Allsuppliedheatwasclassifiedinto5groupsaccordingtoittemperaturegrade.Andwasteenergywithdifferenttemperature,suchascondensationheatofairconditioningsystemwasregardedasmassflowtoconstituteanenergyrecoveryandrecyclenetwork.Thenetworkmodelwasgivenmulti-periodoperatingconditionsatdifferenttimesofday.Meanwhile,apinchanalysismethodwasproposedtosolvethenetworkmodel.Finally，awholeoptimizationtargetwasgainedafterthecostandenergyefficiencyweretakenintoconsiderationtogether.
Keywords:publicbuilding,optimizationmethod;multi-periodoperation;energygrade;pinchanalysismethod
引言：
随着我国经济的发展，建筑的功能集成程度有所提高，大型公共建筑如医院、商场、宾馆等建筑除基本功能外还包括消毒、烹饪、洗浴、保鲜冷冻等设施，其相应供能系统包括制冷系统（空调系统和冷冻系统）、热水系统、供暖系统和蒸汽系统。对于空调系统优化研究很多[1-2]，目前热泵、太阳能等广泛用于制备热水，大量的空调冷凝热被回收用于提供生活热水[3]，但是空调负荷和热水负荷的使用高峰期存在不同步性且换热流股单一，需要加辅助热量或者能量提升设备。而且，蒸汽作为优质的热源常被用于消毒和熨烫，使用过后其含热量还有20%左右[4]，排热温度较高（40～50℃），但建筑废水需要被冷却达到国家标准才可以排放[5]，，综上所述建筑内部热量利用网络存在拓展和优化的空间。夹点法[6]是从能量回收有极限值的观点出发建立一个最大限度能量回收的初始网络，通过对网络进一步优化，可得到一个最优换热网络。
本文将蒸汽余热、建筑废热、空调冷凝热等回收再利用的能量以物流股的形式组成多输入、多输出换热网络，并根据各物流出现的时间匹配特性化分为多个工况，采用夹点分析法以能耗、经济性综合最优为目标对建筑物用能系统进行集成优化。
优化方法及建模
2.1用能等级的划分
建筑用能主要有电、热、冷三种形式，其中主要用热形式是蒸汽和热水。大型公共建筑多功能集成需要用热的品位也分为多个等级：蒸汽、高温热水、中温热水。例如医院的用热需求可以划分为：用于消毒、熨烫等的蒸汽（0.1-0.3Mpa）,用于厨房、消毒的高温热水（70-90℃），用于洗浴、洗衣及器具用水的中温热水（35-60℃）。与建筑用冷相对应的空调冷凝热，根据取热的位置不同，温度范围为（80-37℃）。
2.2能量回收再利用网络模型
建立能量回收再利用网络如图1所示：该网络为一灰箱模型，由换热器连接组成。输入有自来水、蒸汽凝结水、高温废水、中温废水、高温制冷剂，输出有高温热水、中温热水、低温制冷剂、蒸汽凝结水（返回锅炉）、废水。图中QH代表外界补给的热量，Td代表用能过程进出口温差，α代表用能过程出口流量与进口流量的比值，虚线代表该系统向用户供应的热水。
图1能量回收再利用网络模型
建筑内部能量回收再利用网络具有以下特点：1）不同功能、大小、地域的建筑所包含的子系统不同；2）不同季节用能系统对应的子系统也不同；3）各子系统时间上的不连续：用于消毒和熨烫的蒸汽及高温