１）在城市詳細(xì)規(guī)劃階段難以滿足這些模型所要求的數(shù)據(jù)輸入精度；２）在一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)用能與產(chǎn)能對(duì)象數(shù)量過多，可用的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)和設(shè)備眾多，完成優(yōu)化計(jì)算所需的技術(shù)知識(shí)要求過高并且工作量過于龐大；３）這些模型的思路大多是立足于區(qū)域能源利用的設(shè)計(jì)，基于現(xiàn)有的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，通過數(shù)學(xué)規(guī)劃求解獲得某一個(gè)（或者幾個(gè)）技術(shù)優(yōu)化組合方案，所得到的結(jié)果很難以具體、鳥B~薩B量化的形式落實(shí)到區(qū)域和地塊。

 

  因此，需要構(gòu)建出一種適用于區(qū)域能源規(guī)劃的模型，該模型應(yīng)能對(duì)整個(gè)能源系統(tǒng)進(jìn)行綜合優(yōu)化分析，將能源系統(tǒng)低碳化的要求以指標(biāo)的形式表達(dá)出來，并為區(qū)域建筑能源規(guī)劃方案的制定提供技術(shù)支撐。

 

  ２ 區(qū)域建筑能源系統(tǒng)熱力學(xué)分析

 

  ２．１ 建筑能源需求及資源

 

  居住建筑能源需求按照使用功能可分為炊事、照明及家用電器、空調(diào)制冷、供暖、生活熱水５個(gè)方面，能源供給主要有電、煤炭、燃油、燃?xì)猓?a href="http://m.yue-wei.com.cn/t/天然氣.html" >天然氣、液化氣、煤氣及少量的生物質(zhì)燃?xì)獾瓤扇細(xì)怏w）、太陽能等。其中炊事用能種類一般是燃?xì)夂碗姡彰骷凹矣秒娖饕韵碾娔転橹鳎瑢?duì)應(yīng)的能源需求種類比較固定。本研究重點(diǎn)關(guān)注如何滿足建筑供暖、制冷、生活熱水的能源需求。

 

  對(duì)于冷／熱／電的需求實(shí)質(zhì)上是對(duì)其所含的的需求，因此本文以其所含的為研究對(duì)象，將建筑的冷／熱／電負(fù)荷分別轉(zhuǎn)化為對(duì)冷、熱及電力３種形式的的需求。

 

  將能源設(shè)備生產(chǎn)的冷／熱／電也用對(duì)應(yīng)形式的來表示，這樣就可以將眾多的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)按照流動(dòng)途徑劃分為２種形式，一種是燃料燃燒釋放熱量用于供暖、制取熱水，另一種是采用逆卡諾循環(huán)進(jìn)行制冷或者制取熱量，這２種形式所消耗的能源主要是電和燃料（煤炭、燃?xì)?、燃油?a href="http://m.yue-wei.com.cn/t/生物質(zhì)燃料.html" >生物質(zhì)燃料等）。將冷熱量的生產(chǎn)視為產(chǎn)品加工過程，采用單位冷／熱／電產(chǎn)品的化石能源成本高低來表示不同冷熱量生產(chǎn)技術(shù)的差異。

 

  ２．２ 區(qū)域建筑能源規(guī)劃分解

 

  如圖１所示，區(qū)域建筑能源規(guī)劃主要在區(qū)域、地塊、建筑３個(gè)層面制定具體有效的控制和引導(dǎo)措圖１ 區(qū)域建筑能源規(guī)劃工作的對(duì)象層次示意圖施。在建筑層面，內(nèi)容主要是建筑性能的要求?？梢酝ㄟ^與建筑性能相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、建筑等級(jí)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)此部分內(nèi)容提出具體要求。在地塊層面，需要了解同一地塊內(nèi)有多少建筑，建筑間的空間位置對(duì)小區(qū)風(fēng)、光、熱環(huán)境的影響，以及建筑間是否需要能量交換等問題。上述問題可以通過相關(guān)模擬軟件，在小區(qū)規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)階段分析解決。區(qū)域?qū)用嬷饕桥c能源相關(guān)的市政設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)，需要明確各個(gè)地塊之間是否需要能量交換。由于地塊間的設(shè)施規(guī)劃建設(shè)、用地權(quán)屬協(xié)調(diào)及開發(fā)控制等均超出了建筑設(shè)計(jì)師的工作范圍，因此應(yīng)在城市詳細(xì)規(guī)劃階段對(duì)這部分內(nèi)容給出明確的規(guī)劃方案。

 

  ３ 區(qū)域流模型

 

  ３．１ 基準(zhǔn)點(diǎn)

 

  建筑空調(diào)供暖系統(tǒng)進(jìn)行分析的系統(tǒng)邊界為規(guī)劃項(xiàng)目的地理邊界。如圖２所示，該系統(tǒng)為開放系統(tǒng)，外界向系統(tǒng)輸入高品位能源，系統(tǒng)向外部環(huán)境傳遞低品位能量。這里的環(huán)境專指由地球表面、海洋和大氣等所構(gòu)成的外界，且假設(shè)環(huán)境為無限廣闊的、內(nèi)部保持均勻一致而且相對(duì)靜止。由于地表、海洋和大氣的量可認(rèn)為是無限的，認(rèn)為環(huán)境不受目標(biāo)系統(tǒng)的擾動(dòng)而發(fā)生變化，即環(huán)境參數(shù)（如溫度、壓力等）不會(huì)因?yàn)榕c系統(tǒng)傳遞能量和質(zhì)量而發(fā)生變化。同時(shí)定義外界空氣環(huán)境為值０點(diǎn)，任何季節(jié)空調(diào)控制目標(biāo)均為室內(nèi)值高于外界空氣環(huán)境。

 

  ３．２ 地塊間流網(wǎng)絡(luò)

 

  每個(gè)地塊作為最小單元，視為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在該節(jié)點(diǎn)上既有產(chǎn)品的生產(chǎn)，又有產(chǎn)品的消耗。生產(chǎn)單位所消耗的化石能源量作為該生產(chǎn)過程產(chǎn)出的成本。各個(gè)地塊由于資源稟賦、技術(shù)設(shè)備的差異，生產(chǎn)的成本是不同的。在滿足給定量的需求（ 負(fù)荷）情況下，為了降低區(qū)域總的化石能源消耗量，需要增加低成本的生產(chǎn)，盡量減少高成本的生產(chǎn)，這樣不同地塊間就有發(fā)生流動(dòng)的可能。區(qū)域范圍內(nèi)以地塊為節(jié)點(diǎn)就構(gòu)成了流網(wǎng)絡(luò)。如圖３所示，圖中１→１表示１號(hào)地塊所產(chǎn)用于自己消費(fèi)的部分，１→２表示１號(hào)地塊所產(chǎn)用于２號(hào)地塊消費(fèi)的部分。

 

  目標(biāo)約束的目標(biāo)值Ｅ０為第一階段優(yōu)化得到的最優(yōu)解。第一階段的最優(yōu)解是在假定資源量、需求量為預(yù)測(cè)值時(shí)計(jì)算得到的，是一種硬約束。因此，通過目標(biāo)規(guī)劃討論在各約束量存在偏差時(shí)最優(yōu)解的變化情況是必要的。通過多次目標(biāo)優(yōu)化的計(jì)算，討論各個(gè)地塊需求變化及各類技術(shù)應(yīng)用程度的變化對(duì)區(qū)域總成本的影響。通過上述計(jì)算分析，可以對(duì)各個(gè)地塊的某一產(chǎn)品生產(chǎn)量和全區(qū)的流網(wǎng)絡(luò)有更全面的認(rèn)識(shí)。能夠明確各個(gè)地塊的控制重點(diǎn)是削減負(fù)荷還是需要提高該地塊能源利用水平（如技術(shù)效率提高、增加可再生能源利用比例等）。結(jié)合其他因素制定出針對(duì)各個(gè)地塊的生產(chǎn)成本控制指標(biāo)（包含可再生能源利用）和提出針對(duì)全區(qū)的輸送的管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)建議。

 

  ５ 產(chǎn)品成本及懲罰權(quán)重的確定

 

  ５．１ 產(chǎn)品成本的確定

 

  各個(gè)地塊某一產(chǎn)品（冷／熱／電） 成本的確定是關(guān)鍵問題之一。可通過式（９）計(jì)算：

 

  ｅｉ，ｐ ＝Σ ｑｎ＝１

 

  ｅｎｐｎ，ｉＸｐｉ

 

  （９）式中 ｅｎ為第ｎ 種技術(shù)的成本；ｎ＝１，２，…，ｑ；ｐｎ，ｉ為ｉ地塊采用第ｎ 種技術(shù)的產(chǎn)量；Ｘｐｉ為ｉ 地塊總產(chǎn)量。

 

  該地塊的適用能源技術(shù)包括各種形式的熱泵、鍋爐、冷熱電聯(lián)產(chǎn)、可再生能源利用等所有可用的技術(shù)。各類技術(shù)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品產(chǎn)量由該地塊的資源條件確定。

 

  ５．２ 懲罰權(quán)重的確定

 

  對(duì)各個(gè)地塊負(fù)荷變化及產(chǎn)品產(chǎn)量偏離測(cè)算值時(shí)懲罰權(quán)重的確定需要結(jié)合具體的項(xiàng)目進(jìn)行。

 

  懲罰權(quán)重值的大小沒有限制，對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響的是各個(gè)懲罰權(quán)重之間的相對(duì)大小?？刂茋?yán)格的約束需要較大的懲罰權(quán)重，對(duì)于控制不嚴(yán)格的約束需賦以較小的懲罰權(quán)重。為了確定懲罰權(quán)重的大小，需要通過多次的嘗試，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果的可接受程度來確定最終的懲罰權(quán)重。

 

  ６ 結(jié)論和展望

 

  本文介紹了區(qū)域建筑能源規(guī)劃同城市區(qū)域詳細(xì)規(guī)劃相結(jié)合的必要性及工作形式，并討論了在該模式下區(qū)域建筑能源規(guī)劃在區(qū)域、地塊、建筑３個(gè)層面的工作。重點(diǎn)介紹了地塊間能量流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方法———兩階段規(guī)劃法。通過此規(guī)劃求得最優(yōu)解，以此最優(yōu)解為基礎(chǔ)進(jìn)行目標(biāo)規(guī)劃討論彈性約束條件下的最優(yōu)流網(wǎng)絡(luò)形式。通過多次計(jì)算分析最終得到各個(gè)地塊的規(guī)劃指標(biāo)和規(guī)劃方案。

 

  本文對(duì)一種推行區(qū)域建筑能源規(guī)劃的思路和模型工具進(jìn)行了初步的探討，模型的具體細(xì)節(jié)還需要深入研究，并通過工程實(shí)踐不斷修正和完善。