绿色超高层多能源综合利用关键技术研究V12-5

1、总工程师总工程师 陈陈 烈烈 2014.5超高层建筑是评估超高层建筑是评估区域经济发展的重要区域经济发展的重要指标指标是是人口不断增长的需要，能够缓解城市人口不断增长的需要，能够缓解城市压力的压力的高度高度竞争竞争，展现了一，展现了一个城市的信心和综合个城市的信心和综合实力。实力。我国我国超高层建筑超高层建筑大量在建大量在建至至2012年，年，超高层建筑超高层建筑约约有有1200幢，有超过幢，有超过200栋在栋在造。预计五年内，中国新建超高层总数将达到造。预计五年内，中国新建超高层总数将达到800栋。栋。超高层建筑是能耗大户超高层建筑是能耗大户由于建筑体量巨大、容纳人数众多、受天气影响大、由于

2、建筑体量巨大、容纳人数众多、受天气影响大、大量大量采用玻璃幕墙采用玻璃幕墙，消耗更多的能源。，消耗更多的能源。绿色超高层已成为必然趋势绿色超高层已成为必然趋势上海中心上海中心(632m)、珠江、珠江新城新城项目项目(309m)、武汉中心、武汉中心(428m)都申请了绿色都申请了绿色三星、三星、LEED-NC金奖认证。金奖认证。上海中心成为上海中心成为中国首座双认证的绿色超高层建筑中国首座双认证的绿色超高层建筑2011年已建成的世界前十最高建筑，六幢在中国年已建成的世界前十最高建筑，六幢在中国未来美丽的陆家嘴建筑群未来美丽的陆家嘴建筑群评价分为设计设计和运行使用运行使用两个阶段，分别在施工图完成

3、后和竣工验收并运营一年后进行。绿色超高层建筑评价指标体系由节地与室外环境节地与室外环境、节能与能源利用节能与能源利用、节水与水资源利用节水与水资源利用、节材与节材与材料资源利用材料资源利用、室内环境质量室内环境质量和运营管理运营管理六类指标组成。绿色超高层建筑评价指标分为控制项控制项、一般项一般项和优选项优选项。要点简析要点简析其他绿色建筑认证其他绿色建筑认证(如LEED, BREEAM, CASBEE, DGNB, HKBEAM)绿色绿色超高层建筑的超高层建筑的能源形式能源形式、运行运行(产能、输能、用能产能、输能、用能)等。等。+ 无数据-粗放式的能源管理 只有总的能耗数据（月账单、年账单

4、）对工艺及设施的能耗数据不了解 缺乏有效的能源管理机制有数据但缺乏数据管理和分析-基本能源管理 有安排员工进行人工抄表，并对抄表数据进行汇总、制表 有简单的抄表和电力监测系统 缺乏对海量数据进行统计、整理和分析能源管理系统建立高效的智能能源网管理体系 对能耗数据进行分析和整理 对能源用量、能耗成本进行分摊 生成各种关键能耗指标 根据系统的分析数据进行需求侧管理 利用能源管理系统发现浪费 利用能源管理系统进行绩效考核 建筑能源管理水平的各阶段数据本身不产生价值，数据只有通过分析才能产生价值！趋势分析：趋势分析：利用物利用物联网、信息网感知联网、信息网感知能源与环境能源与环境数据，形成供给、需求侧

5、高效互动；数据，形成供给、需求侧高效互动；不仅利用实时信息，而且利用历史信息，形成基于自适应模型的调度和控制；不仅利用实时信息，而且利用历史信息，形成基于自适应模型的调度和控制；建筑建筑能源建设运行新模式和新机制涌现，促进行业分化。能源建设运行新模式和新机制涌现，促进行业分化。(适合超高层能源管理适合超高层能源管理)“垂直”的城市超五星级酒店国际标准甲级办公楼奢侈品广场特色观光层文化休闲娱乐区特色会议场馆上海中心基本情况介绍：总高度632米，总建筑面积57.6万平方米 预计共需制冷量约 8万kW 相当于32万台普通家用空调的制冷量 预计每日耗电量 20万kWh 相当于30个普通大型公建的耗电量

6、上海中心能源特色：与金茂和环球不同，上海中心采用了多种能源为大楼供能。 发电量2130kW、制冷量1680kW 制热量311kW、制冷量302kW 制冷量1.9万kW 9000kW 8600kW地下层地下层 4区区3区区5区区2区区1区区6区区7区区9区区 8区区115F 8F 83F 632米米 常规电制冷50%冷却水免费供冷26%租户后备冷源24%高区高区制冷制冷三联供4%常规电制冷24%三联供28%地源热泵1%冷却水免费供冷22%租户后备冷源21%低区低区制冷制冷三联供5%地源热泵1%蒸汽系统94%全楼制热全楼制热无前车之鉴 这么多能源在楼宇中综合使用极其少见，国内外相关方向研究更是空白

7、。 多种能源，如何综合利用？ 建设初期，单个产能设备、输能管网虽已选定，但在能源综合利用无系统的解决方案，迫切需要科研支撑。 负荷复杂，如何感知？如何预测？ 如何测量超高的特性、超大的体量、超广的玻璃幕墙、巨大的容纳人数、多用途的建筑功能，负荷复杂； 如何预测输能距离长、空间大，滞后明显，需提前供能，对于能源的预测和判断尤为关键。 如何建模与研究？如何实时监控？ 缺少试验平台，模拟超高层用能特性、机组运行特性，对调度与控制策略、产能与输能进行优化。多能源管理平台建模与控制方法调度策略专家库建设与评估导则实现高层建筑多能源利用供需平衡实现系统、设施、设备的高效运行实现热能、电能最优互补综合利用指

8、导并支撑绿色高层建筑能源的建设为上海市“十二五”区域节能减排奠定基础实现绿色、低碳、安全、宜居、便捷的人居环境在超高层能源系统设计已完成的情况下在超高层能源系统设计已完成的情况下，通过有机集成先进的产能、供能、用能、产能、供能、用能、蓄能、节能蓄能、节能技术，并用物联网将微电网微电网、微热网微热网和信息网信息网联系在一起，实现超高层建筑安全、经济、低碳、宜居安全、经济、低碳、宜居的能源保障目标，并为超高层建筑的建设提供支撑。多能源管理技术在超高型建筑中的应用多能源管理技术在超高型建筑中的应用研究内容研究内容技术路线技术路线接入接入感知感知实时数据实时数据采集、融合、传输采集、融合、传输数据挖掘

9、及信息重构数据挖掘及信息重构可视化展示、多类型用户可视化展示、多类型用户支持、决策支持支持、决策支持实时数据和历史数据实时数据和历史数据存储、处理存储、处理执行执行研究内容与关键技术研究内容与关键技术一、超高层产能、输能、用能参一、超高层产能、输能、用能参数采集数采集及及融合融合研究研究:1:1）管网功率）管网功率流实时在线分析技术，流实时在线分析技术，2 2）空间布）空间布点技术，点技术，3)3)异构数据融合，异构数据融合，4)4)多多协议多介质采集技术协议多介质采集技术三、超高层用供能关键技术研究：三、超高层用供能关键技术研究：1)1)多参数能源利用建模，多参数能源利用建模，2 2）智能）

10、智能控制算法，控制算法，3 3）多目标调度策略，）多目标调度策略，4)4)绿色、经济性、安全评估技术绿色、经济性、安全评估技术二、海量建筑能源数据库建设关二、海量建筑能源数据库建设关键技术研究键技术研究:1):1)多元数据组织，多元数据组织，2)2)海量存储技术，海量存储技术，3)3)多源多层次数多源多层次数据快速获取据快速获取五、高五、高层建筑层建筑能源网能源网建设与建设与评估导评估导则研究则研究四、智能化能源综合利用系统构四、智能化能源综合利用系统构建：建：1 1）集成技术，）集成技术，2 2）多目标决）多目标决策，策，3 3）拟真技术，）拟真技术，4)4)多系统交互多系统交互调整、反馈、

11、持续调整、反馈、持续 优化控制优化控制总体架构总体架构传输技术传输技术感知技术感知技术支撑技术支撑技术应用技术应用技术课题研究由业主牵头，多家单位合作：1、暖通设计设计院、机电顾问等2、自控设计弱电顾问、设计院等3、关键技术研究(建模、预测、调度、控制等)设计院、弱电顾问、高等院校、主流厂商4、运营管理物业管理团队、弱电顾问5、后期加入团队的人员机电总包，系统承包方，物业管理人员6、绿色三星和智能化示范性建筑达标研究院、弱电顾问第 14 / 40 页1、调研、材、调研、材料搜集料搜集,制定研制定研究框架究框架上海上海中心中心多能源综合利用多能源综合利用2、调度与控制、调度与控制策略研究，完成策

12、略研究，完成平台设计平台设计3、构建、构建试验平试验平台，对系统进行台，对系统进行测试；编制导则；测试；编制导则；2010.102012.92013.122014.74、调试、调试、试运行。试运行。2014.11研究模式研究模式业主牵头多方协同协同能源管控学科交叉交叉课题项目紧密融合融合研究开发点面交互交互研究成果积极推广推广海量数据采集、存储、海量数据采集、存储、建模、建模、CPMS提供参数提供参数优优化化系统交互、数据融合系统交互、数据融合能源控制能源控制(大群控大群控)能耗数据的采集能耗数据的采集设施设施设备设备自动控制自动控制(小群控小群控)低区低区高区高区用能侧用能侧供能侧供能侧用能

13、侧分类、分项、分区域能耗计量用能侧实时负荷自动调节、移峰填谷用能侧智能化节能手段及方法供能侧多能源需要统一协调、综合调度共性需求共性需求合理供能与高效用能合理供能与高效用能计量布点分析建立精细化动态计量系统分析采集数据和历史信息研究复杂类型负荷特性建立负荷优化模型统一调配超高层建筑负荷降低基础电费与电网峰谷差单元、功能区、超高层能源管理系统按需节能采集用电信息和环境信息提高超高层整体的用能效率分析能源类型及品味差异建立供能侧能源管理系统通过分析和建模形成理论模型通过模型分析，预知用户侧需求，提前供能实现供能侧多能源综合调度形成以用能侧四层能源管理架构用能侧四层能源管理架构为核心的高高效、综合用

14、能管理系统效、综合用能管理系统实现供能侧多能源互补与调度控制供能侧多能源互补与调度控制的综合管理系统综合管理系统CPMS、能源监督管理模块、能源监督管理模块预测模块预测模块调度模块调度模块各能源系统建模各能源系统建模各能源各能源系统系统上海中心多制冷机组仿真模型负荷预测长时段调度（3小时）（混合整数规划）短时段调度（30分钟）连续规划确定开启的机组及负荷得到规则表得到确定性规律当前负荷协协调优化控制调优化控制开启的机组的负荷设定值多个频段矫正功能综合考量子系统运行下的费用综合考量子系统运行下的费用2,( )()()()1,2,.,nornornornornor eenor cciii rate

15、diiiiiPxaxPcfTfTim.,()i kenornornori kiWp TYPx常规电常规电制冷机模型：制冷机模型：2,( )()()()1,2,.iceiceiceiceice eeice ccjjj ratedjjijiPxaxPcfTfTjn制冰工况：制冰工况：.( ),11( ),11()()j kj kh jninitiniteiniceiceiceinitinssj kjjksh jninitiniceiceiceinssj kjjkpWp TYPxpT P YpWTYPxT P Y蓄冰槽供冷均价：蓄冰槽供冷均价：(W为花销).( )( ),1111=()()i kj

16、kg ih jmnenornornoreairairairsssi kij kjikjkp TYPxp TYPxp TP Y目标函数.( )( ),1111()()i kj kg ih jmnnornorairairssavgi kj kikjkYxYxP YP功率平衡约束：.,1,2,., ( )1,2,.,1,2,., ( )1,2,.,1,2,., ( )1,2,.,i kj kj knornornornorii ratedi ratedairairairairjj ratedj ratediceiceiceicejj ratedj ratedPxPkg iimPxPkh jjnPxPk

17、h jjn冷机输出功率约束：.( ),max11()j kh jnairairstorstorexj kjkYxPYP冰蓄冷板换换热功率约束：minmaxsssPPP蓄冰槽放冷功率约束：.( )max,max11()j kh jnssiniticeicesssj kjkWWNTYxNTP YW蓄冰槽所储冷量约束：1122,121122,0,1,2,.,1,2,., ( )1,2,., ()01,2,., ,1,2,., ( )airicej kjkicesj kYYjjnkh jkh jYYjn kh j冰蓄冷工作模式约束：0500100015000501001502002502号 楼 ， 空 调 能 耗 数 据0510152025020406080100120140160180全 天 逐 时 空 调 能 耗 预 测 实 际 能 耗 BP预 测SVM预 测通过日负荷通过日负荷预测预测，可以为主机运行控制策略提供依据，提高能源利用效率。，可以为主机运行控制策略提供依据，提高能源利用效率。1、课题研究与工程课题研究与工程实施紧密相连：实施紧密相连：要根据项目的性质、规模，确要根据项目的性质、规模，确定两者的关系，紧密结合、相辅相成；定两者的关系，紧密结合、相辅相成；2、发挥多学科交叉优势：发挥多学科交叉优势：多能源综合利用涉及到能源、