１、将终端节能视为资源的规划理念
1997年，联合国环境计划署（UNEP）基于需求侧管理理论（demand side management，DSM）提出了综合资源规划方法（integrated resource planning，IRP），即将供应侧和需求侧的各种资源作为一个整体进行协调的规划方法。其基本思路是，除供应侧资源外，把需求侧通过运行节能所减少的能耗和通过节能设计所降低的负荷视为一种资源同时参与能源规划，对供能方案和节能方案进行成本效益分析，经过优选组合，形成使社会、供能企业和用户等各方受益，成本最低，满足同样能源服务的综合规划方案。因此，需求侧能源规划是从底到顶的规划，它需要充分发掘消费端的节能潜力，将所能降低的负荷量和所能减少的能耗量视为虚拟的资源。这些资源包括：
１）对产业和建筑实行能耗限额和能效对标，控制能耗和碳排放总量；
２）利用分布式能源等技术提高能源转换效率；
３）利用热泵等技术提高终端能源利用效率；
４）高品位能源的梯级利用；
５）低品位未利用能源的集成应用；
６）通过功能混合社区实现城区负荷平准化；
７）利用超低能耗建筑技术实现降负荷；
８）可再生能源的规模化应用；
９）选用高能效的用能设备，建立建筑物的能效标识；
１０）建立能源管理体系，通过总量控制、能耗限额、系统调适、优化运行等措施降低实际能耗。
而供应侧能源规划则是依据可靠性原则，负荷预测采用人均综合用电量指标法（总规阶段）和单位建筑面积负荷指标法（控规阶段）等从顶到底的方法。暖通空调设计长期以来沿用的负荷指标方法，是造成多数建筑装机容量远大于需求、系统长期在低负荷率下低效运行的主要原因。这种负荷预测方法，用在以民用建筑冷热电需求为主的城区能源系统负荷预测中，会带来以下诸多问题：
１）将消费侧建筑采取的节能措施和提高能效的措施消解于无形。
２）不能发挥区域能源系统的规模效益。
３）过高估算负荷，使得区域能源系统长期在低负荷下运行，导致输送管网加大，供回水温差减小，输送能耗增加，运行成本提高。
４）在供应侧能源规划中，城市规划师只是一个配合者，只需要为能源供应商提供电力走廊、管廊路由、能源站房选址和土地等配套项目。
需求侧能源规划与供应侧能源规划之间的差别可以通过２个典型案例（索契冬奥会和伦敦奥运会会址的能源规划）来说明。此处不再赘述。
２、精细化负荷预测
精细化负荷预测有几个特点。
２.１从底到顶，自下而上
精细化负荷预测并不意味着对园区每栋楼都要作负荷模拟。在城区规划阶段，这并不现实。“从底到顶”需要做下面几件事情：
１）在需求侧能源规划的目标设定阶段，根据国家和当地节能减排的战略规划，确定城区的能耗和碳排放总量以及分配给建筑能耗的份额。
２）通过当地能耗监控平台，了解当地各类建筑能耗的合理值（平均值）和先进值（将所有同类建筑的实际能耗强度从低到高排序，将能耗最低的前２５％即上四分位定义为比较节能的建筑）。
３）根据城区的定位，确定采用合理值还是先进值（以及通过能耗拆分得出的相应分项能耗值）作为城区各类建筑能耗的基准线。
４）建立各类建筑或整个城区的能耗模型，这一模型并不一定多么精确（在规划阶段也不可能精确），但一定要考虑多种情景（建筑和规划的影响因素、建筑功能应用中的变动因素）以及部分负荷下的各种工况。在情景设置中，要充分考虑各项建筑节能措施。各项参数必须按照国家和当地的建筑节能标准选取。
５）假设采用建筑内最普通的暖通空调系统形式，如风机盘管＋新风系统，制冷机＋锅炉系统。
６）如果模拟结果的能耗值高于基准线１５％，则调整模型参数（加强节能措施）和情景设置，直到接近基准线为止。
７）反推出该类建筑的负荷（总能耗除以当量满负荷小时数）。
８）根据这种路径得出各地各类典型建筑在不同情景下的负荷指标，建立负荷指标的数据库，对于专业从事能源规划的单位，这是其企业能力建设的基本环节。
２.２负荷预测模型的探讨
检索国外文献，大量的负荷预测模型都是用于在线能源管理系统的，多数采用基于监测数据的机器学习系统、神经网络、贝叶斯模型等。而用于规划阶段的离线冷热负荷的预测方法不多，这是因为在欧美国家主要应对比较稳定的供热负荷，即便有供冷负荷，也主要是“全时间、全空间”的运行方式，波动不大，加之国外新城区开发周期长，而且一旦项目竣工入住率很高，所以负荷预测完全可以采用基于经验的指标法。
笔者提出一种城区冷热负荷预测的简便方法，即用热电比拟方法，将城区建筑视为集总热容系统，建立城区负荷的状态空间模型。
城区建筑结构的传热过程与ＲＣ电路的原理相似，可以将求解建筑传热的过程抽象成ＲＣ电路来解决。图１为城区建筑传热过程的“ＲＣ电路”。
注：Tｚ为室外综合温度；Rｗ，Cｗ分别为外围护结构热阻和热容；Rｎ，Cｎ分别为室内家具、纸张和结构件的热阻和热容；U为室内热扰热流；下标１，２表示建筑类型。
图１ 城区建筑传热过程的“ＲＣ电路”
将室外综合温度抽象成电压源，其电压值和围护结构阻抗共同决定了进入室内的热流。内扰可抽象成电流源，分为辐射和对流两部分。前者为通过透明围护结构进入室内的太阳辐射，直接到达内围护结构；后者为内部人员、设备、照明等热扰，也直接作用在室内热容上。由此建立等效电路模型，其中Ｒ，Ｃ值由建筑特性决定。在规划阶段，可根据城区功能定位、当地围护结构一般做法和建筑节能设计标准确定。公共建筑围护结构对负荷影响相对较小，所以同类建筑可以采用相同的Ｒ，Ｃ值。同样地，在考虑进入室内的太阳辐射时，内部扰量则根据建筑功能特性确定，可以设置不同的运行时间表，即不同情景进行比较。图１表征有２类建筑的城区的等效电路。通过对等效电路的分析，可以建立起各节点温度（电压）随时间变化的常微分方程组，即城区的热状态方程。最终建立如下形式的状态空间矩阵方程：
状态空间方法易于在计算机上实现，只需用到矩阵乘法，所耗机时很少。笔者还将对此作进一步研究。
２．３城区负荷预测中建筑类型的选择
在城区层面，公共建筑的围护结构对负荷影响相对较小。而建筑运行时间表和内部负荷强度对城区总负荷的峰值（特别是供冷负荷），即区域能源系统中设备容量的选取依据影响很大。这些参数的选取具有很强的经验性和随意性。所以，尽管使用计算机模拟，结果仍不靠谱。
要作精细化负荷预测，还需要将建筑类型进一步细分。
城区能源规划中的负荷预测，不在于模拟结果的精确，而在于情景设置的合理。在规划阶段，城区的功能、建筑类型、容积率、建筑面积等基本信息都应该确定了。当然，国内也有先圈地、后考虑功能、规划任意变动的现象，不在讨论之列。
本文刊登于《暖通空调》2017年第4期
作者：
同济大学 龙惟定
天津大学 刘魁星
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1、微信号搜索“hvac1971”或“暖通空调”。《暖通空调》创刊于1971年，是中国建筑科学类核心期刊，国家期刊奖最高奖项获奖期刊，入选2013年、2015年中国“百强科技期刊”，获得中国政府出版奖提名奖。中国暖通空调行业唯一的中央级科技期刊。本刊以实用技术为主，兼具学术性和信息性，在行业中最具影响力，被誉为权威刊物，深受广大读者喜爱，发行量在国内同行业刊物中遥遥领先。2017年《暖通空调》杂志（共12期） 240元（平邮）
