关键词:
既有公共建筑节能
全局敏感性分析
舒适度
用户行为
分时电价
多目标优化
摘要:
中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,助力完成“双碳”目标。2021年4月,国家发改委提出碳达峰、碳中和八个方面的重点工作,明确要求要“大力调整能源结构,实施可再生能源替代行动”。建筑行业作为高耗能行业之一,碳排放量占全国碳排放的40%左右,既有建筑的节能改造对减少碳排放和降低建筑能耗有显著的作用。建筑节能要避免大拆大建,可以通过节能改造来降低建筑运营阶段的能耗,同时注意用户行为对能耗的影响。本文对既有建筑节能减排研究考虑的因素和方法进行了整理和评述,在满足夏热冬冷地区建筑节能规范基础上,建立了仿真模型。以用户行为对既有公共建筑的影响情况为主线,在满足用户舒适度的前提下提出了考虑节能措施组合优化、电价需求响应和可再生能源参与的节能减排策略。主要研究内容和创新点如下:(1)以夏热冬冷地区既有公共建筑作为代表建筑。首先建立仿真模型。然后考虑影响用户行为和其他参数变化的全局敏感性分析方法得出组合优化策略。考虑用可变电价对用户进行激励,通过需求响应函数实施分时(Time-of-use,TOU)电价策略,得出节能减排优化方案。研究结果表明:仿真模型中,空调系统在1月制热和7月制冷的能耗最大,其他设备的逐月能耗变化不大。组合优化策略中建筑夏季典型日的设计能耗、碳排放和用能开支与初始情况相比降低了24.5%;TOU电价策略中夏季典型日设计的能耗和碳排放降低了26.4%,用户用能开支减少了26.1%。(2)在不同场景设计下,考虑最小的碳排放量和最大的全生命周期效益,建立多目标优化模型。采用NSGA-Ⅱ算法得出了既有公共建筑节能减排方案,并对其参数进行稳定性检验。研究结果表明:光伏和地源热泵系统同时实施时节能效果更好,其多目标函数的解逼近帕累托前沿。电价、初始投资成本、太阳光峰值小时数和浅层地热能的比例对碳排放和全生命周期效益影响较大。光伏和电网的替代比例在全生命周期内每5年的替代比例超过8%,在2050年替代率较高。加入地源热泵系统后,在2045年替代率较高。总之,在满足用户舒适度前提下,从经济和环境角度下采用组合优化和TOU电价策略,有利于负荷的响应和调节电源的波动性。降低用户的用电成本和供电侧的运维成本。虽然,加入可再生能源增加了初始投资成本,但是建筑节能减排策略是在“双碳”目标下考虑的,光伏和浅层地热能对电能的替代是必要的,在全生命周期内降低了成本和碳排放。