馬 濤, 任洪波, 吳 瓊

(上海電力大學(xué) 能源與機(jī)械工程學(xué)院, 上海 200090)

中國(guó)作為城市化發(fā)展最快速的發(fā)展中國(guó)家,到2020年建筑總面積已達(dá)到600億m2,常住人口城鎮(zhèn)化率超過(guò)60%,未來(lái)20年將進(jìn)一步提升至75%[1-2]?？焖俚某鞘谢M(jìn)程面臨很大的能源挑戰(zhàn)。以2018年為例,我國(guó)一年建筑運(yùn)行的總能耗約為標(biāo)準(zhǔn)煤10億t,約占全國(guó)能源消費(fèi)總量的22%。隨著城市化進(jìn)程的加快,我國(guó)建筑能耗占能源總消費(fèi)量的比例最終將上升至35%左右。目前,我國(guó)處于建設(shè)鼎盛期,每年建成的房屋面積超過(guò)所有發(fā)達(dá)國(guó)家年建成建筑面積的總和,而97%以上是高能耗建筑[3-5]。因此,如果不注重建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)施,將加劇能源危機(jī)[6-7]。節(jié)能減排、綠色發(fā)展的理念被越來(lái)越多的國(guó)家認(rèn)可,這表明建筑用能將成為節(jié)能減排關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域之一[8]。同時(shí),利用各種類型建筑負(fù)荷的達(dá)峰時(shí)間不一致,通過(guò)配比多種類型建筑負(fù)荷,可以平抑建筑群的總負(fù)荷[9]。圍繞建筑群節(jié)能減排形成了綠色建筑群概念,但目前綠色建筑群的能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)缺少對(duì)負(fù)荷動(dòng)態(tài)特性分析。特定建筑群的資源能源供需平衡,不僅表現(xiàn)在一年間的總量平衡,更多地體現(xiàn)在需求負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化時(shí)的供應(yīng)可靠性。建筑群混合集中供能可以平滑負(fù)荷波動(dòng)性,實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡性最好、波動(dòng)性最小的目標(biāo)[10-12]。我國(guó)許多城市逐漸出現(xiàn)了城市綜合體等概念,就需要將商場(chǎng)、辦公、住宅、賓館、娛樂(lè)等建筑功能進(jìn)行組合。區(qū)域建筑的功能組合與業(yè)態(tài)配比研究,是其能否充分發(fā)揮聚集效應(yīng)、提高資源綜合利用水平的核心環(huán)節(jié),并能夠在很大程度上提高能源節(jié)能減排效果和增強(qiáng)負(fù)荷穩(wěn)定性[13-15]。

本文采用情景分析法對(duì)不同類型城市綜合體進(jìn)行分析,以負(fù)荷特性(負(fù)荷均衡性、年負(fù)荷率和負(fù)荷波動(dòng)率)和區(qū)域節(jié)能減排率為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),從而為區(qū)域能源系統(tǒng)合理規(guī)劃提供有力的數(shù)據(jù)支持。

1 區(qū)域分布式能源系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法

1.1 整體研究思路

本文通過(guò)情景分析法對(duì)不同業(yè)態(tài)主導(dǎo)型城市綜合體進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)建成和在建的城市綜合體調(diào)研分析表明,65%以上的城市綜合體都含有商業(yè)、辦公、賓館和住宅4大功能建筑,為此本文設(shè)定以下4種典型綜合體類型:商業(yè)主導(dǎo)型、賓館主導(dǎo)型、辦公主導(dǎo)型和住宅主導(dǎo)型。主導(dǎo)業(yè)態(tài)開(kāi)發(fā)比例不小于50%,且為綜合體發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力,其他功能作為輔助。其中,商業(yè)主導(dǎo)型是目前應(yīng)用最廣泛、研究最多的城市綜合體類型[16-19]。

1.2 能源系統(tǒng)物理模型

本文以區(qū)域建筑群為研究對(duì)象,構(gòu)建分布式能源系統(tǒng)和傳統(tǒng)能源系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。圖1為傳統(tǒng)能源系統(tǒng)與分布式能源系統(tǒng)冷熱電聯(lián)產(chǎn)能流圖。傳統(tǒng)能源系統(tǒng)采用分供系統(tǒng),電負(fù)荷由電網(wǎng)供應(yīng),冷負(fù)荷由電制冷供應(yīng),熱負(fù)荷由鍋爐供應(yīng)。區(qū)域分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用以電定熱策略,電負(fù)荷主要由原動(dòng)機(jī)提供,同時(shí)通過(guò)余熱回收來(lái)供應(yīng)部分冷熱負(fù)荷。若所回收的余熱不能滿足用戶的冷熱負(fù)荷需求時(shí),不足的冷熱負(fù)荷分別由電制冷和鍋爐進(jìn)行補(bǔ)充。對(duì)于分布式能源冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)而言,系統(tǒng)的能量平衡可以從冷、熱、電3個(gè)角度闡述。冬季時(shí),用戶電負(fù)荷主要由原動(dòng)機(jī)滿足,熱負(fù)荷部分由余熱滿足,不足的由鍋爐補(bǔ)足;夏季時(shí),用戶電負(fù)荷主要也由原動(dòng)機(jī)滿足,冷負(fù)荷可通過(guò)吸收式冷水機(jī)組滿足,不足部分由電制冷機(jī)彌補(bǔ);過(guò)渡季時(shí),三聯(lián)供系統(tǒng)不運(yùn)行,用戶電負(fù)荷主要從電網(wǎng)購(gòu)電。

圖1 傳統(tǒng)能源系統(tǒng)與分布式能源系統(tǒng)冷熱電聯(lián)產(chǎn)能流圖

1.3 能源系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

1.3.1 需求側(cè)模型

本文主要通過(guò)對(duì)比4種類型城市綜合體內(nèi)的建筑配比,分析建筑混合對(duì)分布式能源系統(tǒng)節(jié)能減排率和負(fù)荷特性的影響。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn),構(gòu)建能源系統(tǒng)能耗模型[20-21]。首先通過(guò)eQUEST建筑負(fù)荷模擬軟件得到4種功能建筑的全年冷、熱、電逐時(shí)負(fù)荷;再根據(jù)不同功能建筑混合比例,計(jì)算出混合后的全年冷、熱、電逐時(shí)負(fù)荷。其計(jì)算公式分別為

(1)

(2)

(3)

式中:Cci,Hci,Eci——混合后的冷、熱、電逐時(shí)負(fù)荷,kW;

n——建筑數(shù)量;

bk——第k種建筑所占的比例,%;

i——小時(shí)數(shù),取值范圍為[1,8 760];

Cki,Hki,Eki——第k建筑的冷、熱、電逐時(shí)負(fù)荷,kW。

系統(tǒng)需求側(cè)不同建筑混合比例約束條件為

0≤bk≤1

(4)

(5)

1.3.2 供給側(cè)模型

(1)傳統(tǒng)能源系統(tǒng)。傳統(tǒng)能源系統(tǒng)主要由電網(wǎng)和鍋爐組成,以此構(gòu)建數(shù)學(xué)模型計(jì)算系統(tǒng)全年一次能源消耗量,即

Q′to=Q′gr+Q′bo

(6)

式中:Q′to——傳統(tǒng)能源系統(tǒng)全年一次能源消耗總量,kg;

Q′gr——電網(wǎng)購(gòu)電折算的一次能源消費(fèi)量,kg;

Q′bo——燃?xì)忮仩t燃料全年消耗量,kg。

Q′gr由電網(wǎng)供電效率及供電量決定,所述能耗模型為

(7)

式中:kcop,ec——電制冷機(jī)性能系數(shù);

ηgr——電網(wǎng)供電效率,%。

鍋爐燃料消費(fèi)量模型為

(8)

式中:ηbo——鍋爐熱轉(zhuǎn)換效率,%。

(2)分布式能源系統(tǒng)。由于本文中區(qū)域分布式能源系統(tǒng)冷熱電聯(lián)供按季節(jié)供應(yīng),因此系統(tǒng)年一次能源消費(fèi)量按季節(jié)計(jì)算整合,即

Qto=Qchp1+Qbo+Qchp2+Qgr1+Qgr2

(9)

式中:Qto——分布式能源系統(tǒng)年一次能源消費(fèi)總量,kg;

Qchp1,Qchp2——冬季和夏季燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)燃料消費(fèi)量,kg;

Qbo——燃?xì)忮仩t燃料消費(fèi)量,kg;

Qgr1，Qgr2——夏季和過(guò)渡季電網(wǎng)購(gòu)電所折算的一次能源消費(fèi)量,kg。

冬季(3個(gè)月,按2 208 h計(jì)算)熱電聯(lián)供時(shí)能耗模型為

(10)

(11)

夏季冷電聯(lián)供時(shí)能耗模型為

(12)

(13)

式中:kcop,ab——吸收式制冷機(jī)性能系數(shù),%。

過(guò)渡季(6個(gè)月,按4 344 h計(jì)算)能耗模型為

(14)

(3)能源供需平衡。分布式能源系統(tǒng)冷、熱、電負(fù)荷皆實(shí)現(xiàn)平衡才為系統(tǒng)能量平衡,即

(15)

(16)

(17)

(4)設(shè)備特性約束。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)在部分負(fù)荷變工況運(yùn)行時(shí),發(fā)電效率和余熱回收效率會(huì)根據(jù)負(fù)荷率發(fā)生變化,因此燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的熱、電出力也隨之變化。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合相關(guān)設(shè)備的研究分析,對(duì)分布式能源系統(tǒng)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率和余熱回收效率的關(guān)系方程設(shè)定如下。

(18)

(19)

(20)

式中:fi——負(fù)荷率,%;

EN——燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)額定容量,kW;

同時(shí),系統(tǒng)核心設(shè)備應(yīng)在合適的負(fù)荷率下運(yùn)行;若運(yùn)行負(fù)荷率過(guò)低,會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生物理性傷害。因此設(shè)備負(fù)荷率應(yīng)滿足如下條件,即

20%≤fi≤100%,?i

(21)

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.4.1 節(jié)能減排率

通過(guò)不同功能建筑混合確定混合后區(qū)域的冷、熱、電負(fù)荷,分別計(jì)算傳統(tǒng)能源系統(tǒng)和天然氣分布式能源系統(tǒng)年一次能源消耗量,利用節(jié)能率(Energy Saving Rate,ESR)對(duì)應(yīng)用天然氣分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià),得到最優(yōu)的建筑混合比例。ESR的計(jì)算式為

(22)

與ESR相似,對(duì)比傳統(tǒng)能源系統(tǒng)與天然氣分布式能源系統(tǒng),分析不同建筑混合對(duì)減排率(Emission Reduction Rate,ERR)的影響。

(23)

式中:C′to——傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的碳排放量,kg;

Cto——天然氣分布式能源系統(tǒng)碳排放量,kg。

C′to=Q′gr·μplant+Q′bo·μgas

(24)

Cto=Qgr·μplant+(Qchp+Qbo)·μgas

(25)

式中:μplant,μgas——電廠和天然氣的碳排放系數(shù),kg/kWh。

1.4.2 負(fù)荷特性

基于平均負(fù)荷與最大負(fù)荷比值的平準(zhǔn)化率經(jīng)常被用來(lái)表示負(fù)荷特性的指標(biāo)。但負(fù)荷平準(zhǔn)化率評(píng)價(jià)指標(biāo)太過(guò)單一,因此本文提出了負(fù)荷均衡率、年負(fù)荷率和負(fù)荷波動(dòng)率3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(1) 負(fù)荷均衡率(Load Balancing Rate,LBR)可定義為全年各月最大負(fù)荷的平均值與年最大負(fù)荷的比值。負(fù)荷均衡率越大,表明一年內(nèi)月最大負(fù)荷變化的均衡性越好。

(26)

式中:Mmax——全年各月最大負(fù)荷,kW;

Ymax——年最大負(fù)荷,kW。

(2) 年負(fù)荷率(Annual Load Rate,ALR)可定義為基于月不均衡系數(shù)的一年平均值。月不均衡系數(shù)為月平均負(fù)荷與月內(nèi)最大負(fù)荷日平均負(fù)荷的比值。年負(fù)荷率越高,表明負(fù)荷變化越小,負(fù)荷分配越均衡。

(27)

式中:Madv——月平均負(fù)荷,kW;

Dadv——月內(nèi)最大負(fù)荷日平均負(fù)荷,kW。

(3) 負(fù)荷波動(dòng)率(Load Fluctuation Rate,LFR)可定義為最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之差與最大負(fù)荷的比值,取一年日峰谷差率的平均值。負(fù)荷波動(dòng)率越小,表明負(fù)荷越穩(wěn)定。

(28)

式中:Lmax,Lmin——每日最大和最小負(fù)荷,kW。

本文考慮的是冷熱電聯(lián)合供應(yīng),因此引入權(quán)重因子確定綜合負(fù)荷特性,即

C=a1cc+a2ch+a3ce

(29)

式中:C——3個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo);

a1,a2,a3——冷、熱、電負(fù)荷的權(quán)重因子;

cc,ch,ce——冷、熱、電負(fù)荷的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

本文中,冷、熱、電負(fù)荷取相同權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。

2 算例概述

2.1 研究對(duì)象

本文選取上海地區(qū)4種典型建筑類型:商場(chǎng)建筑、辦公建筑、賓館建筑和住宅建筑作為研究對(duì)象。構(gòu)建典型建筑模型,其輸入?yún)?shù)如表1所示。圍護(hù)結(jié)構(gòu)、室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)、內(nèi)擾(人員、設(shè)備、照明)等負(fù)荷模擬所需參數(shù)均參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)置。

表1 典型建筑模型輸入?yún)?shù)

利用eQUEST軟件對(duì)4種建筑的全年逐時(shí)負(fù)荷進(jìn)行模擬,得到其全年逐時(shí)負(fù)荷。

通過(guò)情景分析法對(duì)規(guī)劃區(qū)域中的商場(chǎng)、酒店、辦公、住宅4種典型建筑類型進(jìn)行配比,并對(duì)各類型城市綜合體的節(jié)能減排率和負(fù)荷特性進(jìn)行分析。圖2為4種類型建筑典型日冷、熱、電逐時(shí)負(fù)荷曲線。其中,冷負(fù)荷選取的是夏季典型日,熱負(fù)荷選取的是冬季典型日,電負(fù)荷選取的是過(guò)渡季典型日。

圖2 4種典型建筑典型日冷、熱、電逐時(shí)負(fù)荷

由圖2可知,不同功能建筑的逐時(shí)負(fù)荷具有明顯的差異性。賓館全天冷熱電負(fù)荷都相對(duì)比較穩(wěn)定,并且電負(fù)荷在晚間都稍有增加。住宅負(fù)荷主要集中在早晚間,并且晚間一般會(huì)高于早間,白天相對(duì)很低,這是由于白天住宅人員基本都外出了。商場(chǎng)和辦公建筑的負(fù)荷主要集中于白天,早晚間負(fù)荷很低,具有典型的“負(fù)荷潮汐”現(xiàn)象。

2.2 參數(shù)設(shè)定

本文選擇燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為原動(dòng)機(jī),其裝機(jī)容量的選取依據(jù)混合建筑最大逐時(shí)熱負(fù)荷乘以一定比例確定;余熱利用設(shè)備包括吸收式冷水機(jī)組和電制冷機(jī)組;系統(tǒng)設(shè)備還包括燃?xì)忮仩t,以滿足用戶不足的熱負(fù)荷需求。系統(tǒng)各設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表2所示。其中,燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率和熱回收效率會(huì)隨負(fù)荷率的變化發(fā)生改變,具體如圖3所示。

表2 各設(shè)備技術(shù)參數(shù)

圖3 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)部分負(fù)荷下發(fā)電效率和余熱回收效率

由圖3可知,隨著負(fù)荷率的升高，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率逐漸上升,余熱回收效率逐漸下降,具體參數(shù)設(shè)定可參考文獻(xiàn)[22]。

2.3 情景設(shè)置

規(guī)劃區(qū)域共有商場(chǎng)、酒店、辦公、住宅 4 種類型建筑,根據(jù)商場(chǎng)、酒店、辦公、住宅面積占綜合體面積比例進(jìn)行配比。為簡(jiǎn)化計(jì)算,4種類型建筑分別每隔10%取一值,可得到各類型城市綜合體的業(yè)態(tài)組合情景,共40種情景,如圖4所示。商業(yè)主導(dǎo)型、酒店主導(dǎo)型、辦公主導(dǎo)型和居住主導(dǎo)型均各設(shè)置10種情景。

圖4 不同類型城市綜合體情景設(shè)置

3 結(jié)果討論

3.1 區(qū)域負(fù)荷特性分析

根據(jù)逐時(shí)能耗數(shù)據(jù)和所有建筑面積,得到建筑單位面積能耗?；诓煌瑯I(yè)態(tài)主導(dǎo)型城市綜合體的建筑業(yè)態(tài)配比,通過(guò)上述的數(shù)學(xué)模型可計(jì)算出所有城市綜合體不同業(yè)態(tài)配比下的負(fù)荷特性(負(fù)荷均衡性、年負(fù)荷率和負(fù)荷波動(dòng)率),如表3～表6所示。

表3 商業(yè)主導(dǎo)型城市綜合體負(fù)荷特性

表4 賓館主導(dǎo)型城市綜合體負(fù)荷特性

表5 辦公主導(dǎo)型城市綜合體負(fù)荷特性

表6 住宅主導(dǎo)型城市綜合體負(fù)荷特性

(1) 商業(yè)主導(dǎo)型城市綜合體的負(fù)荷均衡率、年負(fù)荷率和負(fù)荷波動(dòng)率變化范圍分別為87.73%～90.48%,65.37～68.45%,87.53%～92.92%。在10種情景下,最大負(fù)荷均衡率是情景2,其值為90.48%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為5∶1∶2∶2;最高年負(fù)荷率是情景6,其值為68.45%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為5∶3∶1∶1;最小負(fù)荷波動(dòng)率是情景4,其值為87.53%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為5∶2∶1∶2。與此同時(shí),3個(gè)負(fù)荷特性最佳值都是商業(yè)建筑占比50%情景下的。相對(duì)而言,情景4的負(fù)荷特性最佳,因?yàn)槠湄?fù)荷波動(dòng)率最佳,負(fù)荷均衡率和年負(fù)荷率都位列第2,相對(duì)來(lái)說(shuō)最穩(wěn)定高效。

(2) 賓館主導(dǎo)型城市綜合體的負(fù)荷均衡率、年負(fù)荷率和負(fù)荷波動(dòng)率變化范圍分別為83.31%～91.91%,64.26～69.26%,73.38%～79.98%。在10種情景下,最大負(fù)荷均衡率是情景5,其值為91.91%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為2∶5∶2∶1;最高年負(fù)荷率是情景6,其值為69.26%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為3∶5∶1∶1;最小負(fù)荷波動(dòng)率是情景10,其值為73.38%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為1∶7∶1∶1。相對(duì)而言,賓館主導(dǎo)型城市綜合體下的賓館占比越大,負(fù)荷波動(dòng)率越小,負(fù)荷越穩(wěn)定。

(3) 辦公主導(dǎo)型城市綜合體的負(fù)荷均衡率、年負(fù)荷率和負(fù)荷波動(dòng)率變化范圍分別為90.09%～93.38%,54.65%～61.17%,82.45%～90.68%。在10種情景下,最大負(fù)荷均衡率是情景2,其值為93.38%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為2∶1∶5∶2;最高年負(fù)荷率是情景6,其值為61.17%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為3∶1∶5∶1;最小負(fù)荷波動(dòng)率是情景3,其值為82.45%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為1∶3∶5∶1。相對(duì)而言,辦公主導(dǎo)型城市綜合體下的辦公建筑占比越小,年負(fù)荷率越大,負(fù)荷分配越均衡。

(4) 住宅主導(dǎo)型城市綜合體的負(fù)荷均衡率、年負(fù)荷率和負(fù)荷波動(dòng)率變化范圍分別為79.35%～82.59%,62.87%～68.39%,79.63%～84.37%。在10種情景下,最大負(fù)荷均衡率是情景2,其值為82.59%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為2∶1∶2∶5;最高年負(fù)荷率是情景6,其值為68.39%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為3∶1∶1∶5;最小負(fù)荷波動(dòng)率是情景3,其值為79.63%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為1∶3∶1∶5。相對(duì)而言,住宅主導(dǎo)型城市綜合體下的住宅占比越大,負(fù)荷均衡率越大,一年內(nèi)月最大負(fù)荷變化的均衡性越好。

以負(fù)荷波動(dòng)率為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)綜合體逐時(shí)能耗進(jìn)行了負(fù)荷穩(wěn)定性分析,得到各類型城市綜合體受業(yè)態(tài)配比影響的順序依次為賓館主導(dǎo)型、住宅主導(dǎo)型、辦公主導(dǎo)型和商業(yè)主導(dǎo)型城市綜合體。賓館冷熱電負(fù)荷均相對(duì)穩(wěn)定,因此負(fù)荷波動(dòng)率相對(duì)較小,負(fù)荷運(yùn)行更為穩(wěn)定。由于商場(chǎng)和辦公負(fù)荷存在相似的潮汐負(fù)荷特性,故其整體可以與住宅負(fù)荷形成有效互補(bǔ)。

以負(fù)荷均衡率為評(píng)價(jià)指標(biāo),辦公主導(dǎo)型城市綜合體一年內(nèi)月最大負(fù)荷變化的均衡性最佳。引入年負(fù)荷率為評(píng)價(jià)指標(biāo),辦公主導(dǎo)型和商業(yè)主導(dǎo)型城市綜合體年負(fù)荷率較低,負(fù)荷分配均衡性較差。

對(duì)于所有情景下的城市綜合體,其負(fù)荷均衡率、年負(fù)荷率和負(fù)荷波動(dòng)率變化范圍分別為79.35%～93.38%,54.65%～69.26%,73.38%～92.92%,所有主導(dǎo)型城市綜合體負(fù)荷特性變化范圍都相對(duì)集中,業(yè)態(tài)配比影響最大的是負(fù)荷波動(dòng)率,整體來(lái)看變化較大。而負(fù)荷均衡率和年負(fù)荷率受業(yè)態(tài)配比影響變化范圍相差不多。

3.2 區(qū)域節(jié)能減排性分析

根據(jù)逐時(shí)能耗數(shù)據(jù)和各類型建筑占比計(jì)算出的能源系統(tǒng)能耗,基于前述指標(biāo)計(jì)算節(jié)能減排率,如表7～表10所示。

表7 商業(yè)主導(dǎo)型城市綜合體節(jié)能減排率

表8 賓館主導(dǎo)型城市綜合體節(jié)能減排率

表9 辦公主導(dǎo)型城市綜合體節(jié)能減排率

表10 住宅主導(dǎo)型城市綜合體節(jié)能減排率

(1) 商業(yè)主導(dǎo)型城市綜合體的節(jié)能率在20.82%～21.11%范圍內(nèi)變化,減排率的變化范圍為46.37%～47.96%。在10種情景下,節(jié)能率最高的是情景8,其值為21.11%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為6∶1∶1∶2。減排率最高的是情景1,其值為47.96%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為5∶1∶1∶3。由上述結(jié)果可知,在保持商場(chǎng)建筑和賓館建筑占比不變或者商場(chǎng)建筑和辦公建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加住宅建筑占比可提高減排率;在保持辦公建筑和住宅建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加商場(chǎng)建筑占比可提高節(jié)能率和減排率;在保持賓館建筑和住宅建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加商場(chǎng)建筑占比可提高節(jié)能率。

(2) 賓館主導(dǎo)型城市綜合體的節(jié)能率在18.65%～20.26%范圍內(nèi)變化,減排率的變化范圍為42.33%～44.71%。在10種情景下,節(jié)能率和減排率最高的都是情景6,其值分別為20.26%和44.71%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為3∶5∶1∶1。由上述結(jié)果可知,在保持商場(chǎng)建筑和賓館建筑占比或者商場(chǎng)建筑和辦公建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加住宅建筑占比可提高節(jié)能率和減排率;在保持商場(chǎng)建筑和住宅建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加賓館建筑占比可提高節(jié)能率和減排率;在保持賓館建筑和辦公建筑占比不變,或者保持賓館建筑和住宅建筑占比不變,或者保持辦公建筑和住宅建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加商場(chǎng)建筑占比可提高節(jié)能率和減排率。

(3) 辦公主導(dǎo)型城市綜合體的節(jié)能率在17.81%～19.59%范圍內(nèi)變化,減排率的變化范圍為41.91%～44.32%。在10種情景下,節(jié)能率和減排率最高的都是情景6,其值分別為19.59%和44.32%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為3∶1∶5∶1。由上述結(jié)果可知,在保持商場(chǎng)建筑和賓館建筑占比或者商場(chǎng)建筑和辦公建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加住宅建筑占比可提高節(jié)能率和減排率;在保持辦公建筑和住宅建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加賓館建筑占比可提高節(jié)能率和減排率;在保持賓館建筑和住宅建筑占比不變,或者保持賓館建筑和辦公建筑占比不變,或者保持辦公建筑和住宅建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加商場(chǎng)建筑占比可提高節(jié)能率和減排率;

(4) 住宅主導(dǎo)型城市綜合體的節(jié)能率在19.17%～20.48%范圍內(nèi)變化,減排率的變化范圍為46.00%～48.81%。在10種情景下,節(jié)能率最高的是情景6,其值為20.48%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為3∶1∶1∶5。減排率最高的是情景10,其值為48.81%,商場(chǎng)、賓館、辦公、住宅對(duì)應(yīng)的業(yè)態(tài)配比為1∶1∶1∶7。由上述分析可知,在保持商場(chǎng)建筑和賓館建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加住宅建筑占比可提高節(jié)能率和減排率;在保持商場(chǎng)建筑和辦公建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加住宅建筑占比可提高減排率;在保持商場(chǎng)建筑和住宅建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加賓館建筑占比可提高節(jié)能率和減排率;在保持賓館建筑和辦公建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加商場(chǎng)建筑占比可提高節(jié)能率,適當(dāng)增加住宅建筑占比可提高減排率;在保持賓館建筑和住宅建筑占比不變或者保持辦公建筑和住宅建筑占比不變的情況下,適當(dāng)增加商場(chǎng)建筑占比可提高節(jié)能率和減排率。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文采用了情景分析法對(duì)不同業(yè)態(tài)主導(dǎo)型城市綜合體建筑配比進(jìn)行了研究。選取商業(yè)主導(dǎo)型、賓館主導(dǎo)型、辦公主導(dǎo)型和住宅主導(dǎo)型4種城市綜合體,每種類型城市綜合體各設(shè)置10種情景,共40種情景。以負(fù)荷特性和節(jié)能減排率為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)所有情景進(jìn)行了計(jì)算和分析。結(jié)果表明,節(jié)能率最佳的在商業(yè)主導(dǎo)型城市綜合體中,減排率最佳的在住宅主導(dǎo)型城市綜合體中。引入負(fù)荷特性來(lái)研究負(fù)荷平穩(wěn)高效運(yùn)行,結(jié)果發(fā)現(xiàn),商業(yè)主導(dǎo)型城市綜合體情景4的負(fù)荷特性最佳;賓館主導(dǎo)型城市綜合體下的賓館占比越大,負(fù)荷波動(dòng)率越小,負(fù)荷越穩(wěn)定;辦公主導(dǎo)型城市綜合體下的辦公建筑占比越小,年負(fù)荷率越大,負(fù)荷分配越均衡;住宅主導(dǎo)型城市綜合體下的住宅占比越大,負(fù)荷均衡率越大,一年內(nèi)月最大負(fù)荷變化的均衡性越好。