基于微气候耦合模拟及多能互补的湿热地区城市中心区区域能源规划及其优化方法研究

Based on the national energy policy of “Multiple energy emplement, stage of use, suitable temperature, equal quality”, the project proposes the urban energy planning methods for the Central Business Districts (CBDs) under hot-humid climate. These CBDs, which locate around 1~1.5 square kilometers, have huge requirements for energy with high densities. Through the integrated energy similuation models with outdoor thermal environment as to consider the special micro-climate inside the CBDs, the over-all requirments for cooling, heating, domestic hot water and electricity of the district and their characteristics are predicted. As a result, the district energy system(DES) is determined based on the emplements of multiple energy with local balancing. The usage of low-temperature heat and waste heat is analysed so that the DES should be operated with high efficiency, reliability and cost-effectiveness. Through the researches of this project, the methods of district energy planning and optimization, operation strategies and designlines are outlined, and the integrated simulation model under micro-climate in hot-humid climate districts are proposed. The final goal is to ensured that the energy efficiency of DES should exceed 70% and the cost should not exceed the individual energy systems.

本项目以 “多能互补，梯级利用，温度对口，品位对应”的国家能源政策为目标，针对湿热气候为主、用能负荷强度及密度均较大的城市中央商务区(CBD)，以1~1.5平方公里为界限，通过建立微气候与建筑能耗耦合模拟模型，考虑在中央商务区内特殊的微气候下，预测区域内冷、热、电等末端用能负荷需求及其特点，优化区域能源系统配置，通过多能互补，实现多种供能负荷需求的就地平衡，合理利用低温余热、废热，保证整个区域能源系统的高效、安全和经济。通过本项目的研究，基于多能互补的指导思想，形成区域能源系统优化设计方法、运行策略及设计导则，提出适用于湿热地区中央商务区用能特点的微气候耦合模拟模型，使得区域内的一次能源利用效率超过70%，末端用户用能费用不高于现有单体自建系统。

本项目以湿热气候为主的南方城市为研究对象，受到城市热岛效应等因素的影响，造成城市微气候引起建筑用冷负荷增大的情况，对以下主要内容进行研究：1) 基于城市微气候的建筑能耗耦合模拟方法。结合不同功能的数值仿真软件，提出1~1.5 平方公里内建筑组团微气候及建筑能耗耦合动态模拟分析方法。2) 区域能源规划及其优化设计方法。研究通过地理信息系统GIS等方法，绘制能源地图(energy map)，进一步耦合城市规划，实现“多规合一”的目标。3) 基于一次能源效率最优的区域能源系统设计方法。结合实际建筑群用冷用热实际能耗的调研及统计数据，分析各建筑用能特点，反推实现运行高效的区域能源技术手段和运行策略，从而实现一次能源效率最大化的目标。本项目所提出的能源效率与室外热环境耦合模拟方法、考虑效率优先的区域能源规划方法等，可以用于实际工程实践。本项目的研究结论，能够有助于各地政府实现“碳达峰”以及“碳中和”的目标。.本项目已发表SCI索引的英文期刊论文5篇，中文期刊论文1篇，会议论文3篇，发表专著论文2篇；申请或授权实用新型专利4项，培养的已毕业硕士研究生4人(国内2人，国外联合培养2人)及在读硕士研究生1人；，博士研究生1人(国外联合培养)，出站博士后1人(国外联合培养)。