一种城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算系统及方法与流程

本发明涉及可再生能源技术领域，具体涉及城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算系统及方法。

背景技术：

发展可再生能源是许多国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径，也是我国推进能源生产和消费革命、推动能源转型的重要措施，可再生能源与建筑的结合，已经成为发展节能建筑的必然趋势。可再生能源是替代常规能源、调整能源结构的重要方式，其应用对于促进建筑节能、改善城市环境具有重要意义。

现有技术中浙江省实施的《民用建筑可再生能源应用核算标准》，明确提出了公共建筑应充分利用太阳能、地热能、空气能等可再生能源，同时还规定了可再生能源综合利用率的计算标准，该标准使得可再生能源系统得到快速发展，但也存在较多问题，其在核算可再生能源综合利用量及规模时参数选择不合理，没有结合城市建筑实际使用可再生能源的现状，单位建筑面积可再生能源核算量的合理性存在疑点，导致其计算得到的城市建筑的可再生能源综合利用量及规模与实际存在偏差，结果不准确，致使相应的可再生能源应用系统建设完后运行效果较差。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷提供了一种城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算方法，计算结果准确性高，同时还提供了一种核算城市建筑可再生能源综合利用量及规模的系统，既可以为政府部门制定能源规划政策提供方法，也可为建设方提供可再生能源配置的参考依据。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算系统及方法，包括以下模块：

信息采集模块，其中，采集的信息包括建筑类型、建筑面积、建筑能耗、供能系统配置、可再生能源使用情况。

数据库模块，其中，除了包含信息采集模块的数据外，还包括现有的国家地方规划政策、气象参数、不同类型建筑年综合能耗指标、可再生能源节能量；

计算分析模块，通过调取数据库的信息，利用核算方法计算可再生能源综合利用量及可再生能源利用规模。

存储输出模块，用于实现数据的批量存储和导出，可视化输出所述计算分析模块计算得到的可再生能源综合利用量、可再生能源利用规模等结果及所述数据库模块中的相关信息汇总结果。

优选的，信息采集模块所采用的可再生能源利用形式包括太阳能热水、太阳能光伏和地源热泵，不包括空气源热泵热水等形式。

优选的，所述信息采集模块的建筑类型包含住宅建筑和公共建筑两类，所述公共建筑涉及办公、文化、教育和医疗等类型。

优选的，所述数据库模块建筑年综合能耗指标中，住宅建筑的能耗指标由采集数据的单位面积能耗确定，公共建筑的能耗指标由各地用能指南中的建议值确定。

一种城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算系统的核算方法，所述计算分析模块包括以下步骤：

步骤s1：通过调取数据库信息，统计计算可再生能源核算比例y；

步骤s2：根据不同类型建筑的年综合能耗指标r计算可再生能源核算量e和可再生能源综合利用目标量ql；

步骤s3：核算建筑实际的可再生能源综合利用量ql1是否满足目标量要求；

步骤s4：满足时维持现有可再生能源种类t和规模a0；不满足时给出满足核算目标的可再生能源种类t和最小规模amin。

步骤s1中所述可再生能源综合核算比例y为：

y×apv/pt+xgshp×agshp＝p

其中，apv/pt为应用太阳能热水系统和光伏系统的项目建筑总面积与全部项目可再生能源建筑应用总面积之比，xgshp为地源热泵系统的节能率，agshp为应用地源热泵系统的项目建筑总面积与全部项目可再生能源建筑应用总面积之比，p为国家或地方规划中城镇可再生能源替代民用建筑常规能源消耗比重。

步骤s2中所述可再生能源核算量e为：

e＝r×y

r为数据库模块中的不同类型建筑的年综合能耗指标。

步骤s2中所述建筑可再生能源综合利用目标量ql为：

ql＝e×a

其中，a为建筑总面积。

步骤s3中所述建筑实际可再生能源综合利用量ql1为：

ql1＝δqpt×apt+δqpv×apv+δqgshp×wgshp

其中，δqpt为单位集热器面积太阳能热水系统年节能量，δqpv为单位光伏组件面积太阳能光伏系统年节能量，δqgshp单位设计热负荷地源热泵系统年节能量，apt为太阳能热水系统集热器面积，apv为太阳能光伏系统光伏组件面积，wgshp地源热泵系统设计热负荷。

步骤s4中所述可再生能源最小规模amin为：

amin＝ql/δq

其中，可再生能源最小规模amin包括太阳能热水系统集热器面积或太阳能光伏系统光伏组件面积或地源热泵系统设计热负荷中的一种或多种相结合，δq为所采用的单位规模可再生能源系统的年节能量，即δqpt或δqpv或δqgshp。

优选的：单位集热器面积太阳能热水系统年节能量δqpt通过如下公式计算得到：

δqpt＝azj×jpt×ηpt×(1-ηl)

其中，azj为直接式太阳能系统集热面积，jpt为集热器倾斜采光面上年太阳能辐照总量，ηpt为集热器年平均集热效率，ηl为贮水箱和管路的热损失率。

单位光伏组件面积太阳能光伏系统年节能量δqpv通过如下公式计算得到：

δqpv＝ηpv×jpv

其中，ηpv为太阳能光伏系统光电转换效率，jpv为光伏组件表面单位面积年太阳能辐照量。

单位设计热负荷对应地源热泵系统年节能量δqgshp通过如下公式计算得到：

δqgshp＝(qc/eert+qh/ηt)—(qc/eergshp+qh/copgshp)

其中，qc为制冷季累计冷负荷，qh为制热季累计热负荷。eert为传统制冷空调系统的能效比，ηt为以传统能源为热源时的运行效率。eergshp为地源热泵系统制冷性能系数，copgshp为地源热泵系统制热性能系数。

优选的，所述存储输出模块对所述计算分析模块计算得到的可再生能源综合利用量、可再生能源利用规模等结果及所述数据库模块中的相关信息汇总结果具有批量存储、批量导出和可视化展现等功能。

本发明的城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算系统及方法以建筑可再生能源实际使用量为依据，考虑了太阳能热水系统、太阳能光伏系统以及地源热泵系统这几个国内外普遍认可的可再生能源，不考虑空气源热泵热水等在某些地区不认作可再生能源的形式，且太阳能热水系统、太阳能光伏系统以及地源热泵系统这三种可再生能源的系统效率、节能量的计算方法和理论较为成熟。

在计算城市建筑可再生能源综合利用量时，考虑了国家或地方规划政策中城镇可再生能源替代民用建筑常规能源消耗比重的指标要求，以及地源热泵系统的节能率普遍较高且稳定的特点，将太阳能热水系统和太阳能光伏系统节能率作为满足可再生能源综合利用量目标节能率，采用该核算节能率便可达到总体节能率的目标，由此得出的单位建筑面积可再生能源核算量具有合理性和科学性。

在计算城市建筑可再生能源规模时，根据光伏组件及集热器的面积来分别确定光伏系统与太阳能热水系统年节能量，有利于为建筑布局和投资造价提供依据；同时，通过对地源热泵系统年能量理论计算分析，可知，不同建筑类型的地源热泵系统年节能量仅与设计热负荷有关。因此，以设计热负荷作为地源热泵所需规模来确定地源热泵系统年节能量是合理的，一般项目初期即可得到设计热负荷，便于核算地源热泵系统年能量是否达标。

综上，采用本发明的城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算系统及方法，能够提高城市建筑可再生能源综合利用量及规模计算的准确性，既可以为政府部门制定能源规划政策提供方法，也可为建设方提供可再生能源配置的参考依据。

附图说明

图1为本发明的城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算系统示意图；

图2为本发明中城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1是本发明的一个实施例的城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算系统示意图，包括以下4个模块：

信息采集模块1，其中，采集的信息包括建筑类型、建筑面积、建筑能耗、供能系统配置、可再生能源使用情况等；

数据库模块2，其中，除了包含信息采集模块的数据外，还包括现有的国家地方规划政策、气象参数、不同类型建筑年综合能耗指标、可再生能源节能量等资料；

计算分析模块3，通过调取数据库的信息，利用核算方法计算可再生能源综合利用量及可再生能源利用规模等结果；

存储输出模块4，用于实现数据的批量存储和导出，可视化输出所述计算分析模块计算得到的可再生能源综合利用量、可再生能源利用规模等结果及所述数据库模块中的相关信息汇总结果。

具体地，在本发明的一个实施例中，对上海市建筑可再生能源综合利用量及规模进行了核算，包括如下步骤：

实施例中采集了上海市47个使用可再生能源的建筑信息，包括建筑类型、建筑面积等基本信息，包括太阳能热水系统组件、热水需求量、热水消耗量等信息，太阳能光伏系统组件、电气机房概况、发电量、用电量、造价成本、设计图纸等信息，地源热泵系统的机房图纸、岩土热响应试验报告、运行数据、初投资及维护成本等信息。

将采集的信息上传，与现有的国家地方规划政策、气象参数、不同类型建筑年综合能耗指标等资料形成上海市建筑可再生能源利用情况数据库。建筑类型包括住宅建筑和公共建筑两大类，公共建筑涉及机关办公建筑、商业办公综合建筑、星级饭店建筑、大型商业建筑、市级医疗机构、大型公共文化设施、高等学校建筑、大中型体育场馆建筑八类。

图2是本发明的一个实施例的城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算方法流程图，包括以下步骤：

步骤s1：通过调取数据库信息，统计计算可再生能源核算比例y；

步骤s2：根据不同类型建筑的年综合能耗指标r计算可再生能源核算量e和可再生能源综合利用目标量ql；

步骤s3：核算建筑实际的可再生能源综合利用量ql1是否满足目标量要求；

步骤s4：满足时维持现有可再生能源种类t和规模a0；不满足时给出满足核算目标的可再生能源种类t和最小规模amin。

步骤s1中所述可再生能源综合核算比例y为：

y×apv/pt+xgshp×agshp＝p

其中，实施例中apv/pt为应用太阳能热水系统和光伏系统的项目建筑总面积与全部项目可再生能源建筑应用总面积之比，值为80％；xgshp为地源热泵系统的节能率，值为15％；agshp为应用地源热泵系统的项目建筑总面积与全部项目可再生能源建筑应用总面积之比，值为20％；p为国家或地方规划中城镇可再生能源替代民用建筑常规能源消耗比重，取6％。通过计算可得y为3.75％。

步骤s2中所述可再生能源核算量e为：

e＝r×y

表1表示不同建筑类型的可再生能源核算量。

步骤s2中所述建筑可再生能源综合利用目标量ql为：

ql＝e×a

其中，a为数据库模块中的建筑总面积。

步骤s3中所述建筑实际可再生能源综合利用量ql1为：

ql1＝δqpt×apt+δqpv×apv+δqgshp×wgshp

其中，δqpt为单位集热器面积太阳能热水系统年节能量，δqpv为单位光伏组件面积太阳能光伏系统年节能量，δqgshp单位设计热负荷地源热泵系统年节能量，apt为太阳能热水系统集热器面积，apv为太阳能光伏系统光伏组件面积，wgshp地源热泵系统设计热负荷。

表2表示不同可再生能源系统类型的年节能量。

步骤s4中所述可再生能源最小规模amin为：

amin＝ql/δq

其中，可再生能源最小规模amin包括太阳能热水系统集热器面积或太阳能光伏系统光伏组件面积或地源热泵系统设计热负荷中的一种或多种相结合，δq为所采用的单位规模可再生能源系统的年节能量，即δqpt或δqpv或δqgshp。

优选的：单位集热器面积太阳能热水系统年节能量δqpt通过如下公式计算得到：

δqpt＝azj×jpt×ηpt×(1-ηl)

其中，azj为直接式太阳能系统集热面积，jpt为集热器倾斜采光面上年太阳能辐照总量，ηpt为集热器年平均集热效率，ηl为贮水箱和管路的热损失率。

单位光伏组件面积太阳能光伏系统年节能量δqpv通过如下公式计算得到：

δqpv＝ηpv×jpv

其中，ηpv为太阳能光伏系统光电转换效率，jpv为光伏组件表面单位面积年太阳能辐照量。

单位设计热负荷对应地源热泵系统年节能量δqgshp通过如下公式计算得到：

δqgshp＝(qc/eert+qh/ηt)—(qc/eergshp+qh/copgshp)

其中，qc为制冷季累计冷负荷，qh为制热季累计热负荷。eert为传统制冷空调系统的能效比，ηt为以传统能源为热源时的运行效率。eergshp为地源热泵系统制冷性能系数，copgshp为地源热泵系统制热性能系数。

优选的：集热器在安装倾角30°、方位角正南放置的情况下，集热器倾斜采光面上年太阳能辐照总量jpt为5119mj/m²·a，太阳能光伏系统在正南朝向、倾角为30°表面单位面积年太阳能辐照量jpv取5119mj/m²·a，集热器年平均集热效率ηpt为50％，贮水箱和管路的热损失率ηl为20％。

以下给出一个案例展现本发明的城市建筑可再生能源综合利用量及规模的核算方法。

案例1：上海某办公建筑

该办公建筑总建筑面积约6.8万m²，地下建筑面积2.7万m²。采用太阳能热水系统、太阳能光伏系统、地源热泵三种可再生能源。

太阳能集热器面积为200m²，太阳能光伏总装机容量为122kw，其中单晶硅光伏组件面积462m²，非晶硅薄膜组件面积638m²，地埋管地源热泵制热量2383kw，辅助热源为锅炉，辅助冷源为冷水机组加冷却塔。

1)建筑可再生能源综合利用目标量ql：ql＝e×a＝6.8万m²×9kwh/(m²·a)＝

61.2万kwh/a。

2)建筑实际可再生能源综合利用量ql1：ql1＝δqpt×apt+δqpv×apv+δqgshp×wgshp＝462m²×350kwh/(m²·a)+638m²×140kwh/(m²·a)+200m²×550kwh/(m²·a)+2383kw×500kwh/(kw·a)＝155.3万kwh/a。

3)可再生能源用量核算：建筑实际可再生能源综合利用量ql1远大于建筑

可再生能源综合利用目标量ql，满足可再生能能源用量核算要求。