楼宇级冷热电联供系统最优化设计的加速方法研究

发布时间：2017-09-14 07:23

  本文关键词：楼宇级冷热电联供系统最优化设计的加速方法研究

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【摘要】：随着社会经济的发展,现代建筑为满足其功能性和舒适性的需求,存在着巨大的能源消耗,约占我国总能源消耗的30%。当前,在能源与环境问题日趋严峻的背景下,建筑领域节能减排的呼声日益迫切。随着国内天然气的普及利用,建筑负荷中心就近布置的天然气冷热电三联供系统(楼宇级联供系统),由于其节能、经济、清洁等优越性能已受到世界范围内广泛的关注;然而受众多内外因素的制约,楼宇级联供系统优化设计的变量庞大、模型复杂,使得最优化计算异常艰难,严重制约着系统的推广应用。基于此,本文提出“楼宇级联供系统最优化设计加速方法研究”的课题,旨在构造一种计算简单、精度较高、适应面广且易于掌握的楼宇级联供最优化设计简易方法。本文采用理论分析结合数值计算的方法,完成的主要工作及成果有:(1)建立了商场、办公、酒店三种典型建筑的能耗模型,分别针对重庆市和北京市两种气候条件,获得了三种典型建筑的年逐时冷热电负荷,计算结果作为楼宇级联供系统最优化设计的负荷模型,应用于后续研究中。(2)建立了经典联供系统、混合联供系统的基于以热定电和以电定热两种运行策略的系统运行模型,并对系统的节能性和经济性两种运行性能进行了对比分析。研究表明,由于电制冷机组能够消纳混合联供系统多余的发电量,且制冷效率更高,使得混合联供系统节能性、经济性都明显优于经典联供系统。(3)建立了混合联供系统优化设计的设计级和运行级两级优化模型,并提出了一种结合了遗传算法和混合整数线性规划的两级优化模型求解方法,即GB法。后续研究中,该方法将作为论证其他方法有效性的标准模型,验证其他方法的有效性。(4)首次提出了一种工况图分析法,对混合联供系统的全工况运行机制进行分析研究。基于此,进一步提出了一种基于热电需求点最优平移准则和最优运行点确定准则的混合联供系统运行策略优化方法,通过将混合系统设备的最优运行负载搜索范围缩小为对三种工况下热电需求点的平移和最优运行点的确定,从而大大简化了运行策略优化计算难度。(5)在混合联供系统全工况优化运行机制分析的基础上,进一步提出了混合联供系统最优化设计的加速方法DPOP法和更加简单易操作的S_DPOP法;通过算例,对比GB法的优化结果,完成了DPOP法有效性的验证,在此基础上进一步完成S_DPOP方法的构造和有效性验证。研究表明,DPOP法不仅能够获得与GB法精度相同甚至更好的优化设计结果,同时拥有更高的可靠性,更短的计算时间;新构造的S_DPOP法拥有与DPOP法精度相近的优化结果,且计算更加简单、快速,同时能够适应不同类型建筑和不同气候条件下混合联供系统的优化设计。(6)引入投资内部收益率和动态投资回收期,对重庆市三种建筑类型的混合联供系统进行了技术经济分析,分析表明:酒店建筑各方面经济指标都优于其他两种建筑,更适宜采用混合联供系统;商场建筑联供系统拥有较大的年净收益和内部收益率,动态投资回收期较长,但可以认为在可接受的范围内,也可作为联供系统的适用对象;办公建筑联供系统由于其动态回收期过长,是否采用则需要进一步综合其他指标分析而定。
【关键词】：楼宇级CCHP系统 运行策略 优化设计 技术经济分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83;TM61
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 符号表9-10
• 1 引言10-22
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 楼宇级CCHP系统13-16
• 1.3 楼宇级CCHP系统的最优化设计研究现状16-19
• 1.3.1 优化设计模型的建立16-18
• 1.3.2 模型求解18
• 1.3.3 简化方法的研究18-19
• 1.4 研究目的及意义19
• 1.5 研究内容及方法19-22
• 2 建筑能耗模型的建立22-32
• 2.1 建筑热环境的物理模型22-24
• 2.2 建筑能耗模型的建立及冷热电负荷的计算24-32
• 2.2.1 典型建筑的冷热负荷计算25-30
• 2.2.2 典型建筑的电负荷计算30-32
• 3 楼宇级CCHP系统的集成方式及其运行性能对比分析32-40
• 3.1 楼宇级CCHP系统的集成32-35
• 3.2 经典CCHP系统与混合CCHP系统运行性能对比分析35-40
• 3.2.1 CCHP系统的运行策略35-36
• 3.2.2 基于FEL和FTL两种运行策略的运行性能分析36-40
• 4 混合CCHP系统最优化设计的数学模型及其求解算法40-48
• 4.1 混合CCHP系统最优化设计的两级优化模型41-42
• 4.2 求解算法——GB法42-48
• 5 基于全工况优化运行机制分析的最优化设计加速方法48-60
• 5.1 混合CCHP系统的全工况优化运行机制48-54
• 5.1.1 运行工况图的构造与优化目标函数48-50
• 5.1.2 全工况优化运行机制50-54
• 5.2 基于优化运行机制分析的优化设计新方法54-60
• 5.2.1 楼宇CCHP系统最优化设计的新方法——DPOP加速方法54-55
• 5.2.2 简化的DPOP方法——S_DPOP方法55-60
• 6 楼宇级CCHP系统最优化设计加速方法的有效性验证及技术经济分析60-74
• 6.1 DPOP法的有效性验证60-65
• 6.2 S_DPOP方法的构造与有效性验证65-68
• 6.3 楼宇级CCHP系统的技术经济分析68-74
• 7 结论与展望74-78
• 7.1 本课题的主要研究结论及创新点74-76
• 7.2 后续的工作展望76-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-84

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本文编号：848660