本發(fā)明涉及建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于用戶需求的建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2014年，中國建筑能源消費總量為8.14億噸標準煤，占全國能源消費總量的19.12％。中國政府提出到2030年左右碳排放達到峰值，建筑節(jié)能被認為是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵所在。目前，建筑終端能源消耗主要包括制冷、采暖、通風、照明、電器設(shè)備、餐飲炊事以及特種設(shè)備用能，存在用能總量大、波動性大、地域分布不均衡以及用能種類多樣、用能形式多樣等特點。由于上述特點，在能源供應(yīng)端和建筑能源利用端都存在供需不匹配的現(xiàn)象。

從供應(yīng)端看，傳統(tǒng)上能源供應(yīng)端采用單向的以終端需求確定供應(yīng)端容量的方式，通過增大冗余度的方式滿足建筑終端需求的波動性。為此各地建設(shè)了大量的火力熱電廠、天然氣調(diào)峰電廠、抽水蓄能電站以及變配電設(shè)施，造成了大量的設(shè)備閑置浪費，降低了設(shè)備的運行效率，不僅增加能源供應(yīng)企業(yè)的建設(shè)和運營負擔，也增加了建筑終端用戶的用能成本。并且，過于冗余的能源供應(yīng)體系，增加了包括可再生能源在內(nèi)的清潔能源接入和利用成本。光伏發(fā)電、風力發(fā)電、燃料電池等可再生能源與清潔能源技術(shù)的效率逐漸提高、成本不斷下降，未來的建筑將逐漸由以往單一的能源消費者(consumer)逐漸變?yōu)槟茉吹漠a(chǎn)消者(prosumer)。

從建筑終端能源利用角度看，供應(yīng)端的能源需要通過轉(zhuǎn)換、輸配、使用等多個環(huán)節(jié)才能真正滿足建筑用戶的實際需求。以夏季空調(diào)為例，市政供電需要經(jīng)過變壓器調(diào)壓供應(yīng)到制冷機，制冷機通過逆卡諾循環(huán)將高品位電力轉(zhuǎn)化為低品位冷量，再由水泵將冷凍水送到用戶位置，再經(jīng)過末端的盤管將水中的冷量轉(zhuǎn)化為低溫空氣，通過風機將冷風送到用戶周圍。在整個建筑能源利用過程中，能源的品質(zhì)不斷降低，在能源的轉(zhuǎn)化和輸送環(huán)節(jié)產(chǎn)生大量的能量損失和浪費，特別是對于大型公共建筑，能量轉(zhuǎn)化和輸送環(huán)節(jié)消耗和損耗的能源約占到能源總供應(yīng)量的20％。并且，由于末端需求的波動性和多樣性，建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)通常需要通過增大設(shè)備容量的方式應(yīng)對變化的需求。當終端需求發(fā)生變化時，建筑供應(yīng)端無法靈活的調(diào)整和適應(yīng)需求的變化，導(dǎo)致建筑服務(wù)品質(zhì)的降低、能源的浪費和設(shè)備初投資的增加。

從建筑建造方式看，建筑工業(yè)化被公認為建筑行業(yè)未來最重要的發(fā)展趨勢之一，有利于建造環(huán)節(jié)的資源能源消耗、提高生產(chǎn)效率和工程質(zhì)量。建筑工業(yè)化是以構(gòu)件預(yù)制化生產(chǎn)、裝配式施工為生產(chǎn)方式，以設(shè)計標準化、構(gòu)件部品化、施工機械化為特征。建筑能源系統(tǒng)，特別是各類輸配系統(tǒng)、管線應(yīng)該根據(jù)建筑工業(yè)化發(fā)展的要求，發(fā)展出各類預(yù)制化生產(chǎn)的標準部件。

針對目前建筑能源系統(tǒng)供需匹配難、轉(zhuǎn)化輸配環(huán)節(jié)損失大，難以靈活調(diào)節(jié)的問題，本發(fā)明提出一種基于用戶需求的建筑能源系統(tǒng)形式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種建筑能源輸配及管理系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于用戶需求的建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括建筑供能單元、集中式能源輸配管束、分散式用能末端、蓄能單元和通信調(diào)度單元，所述的建筑供能單元包括不同來源和種類的能源，所述的建筑供能單元通過集中式能源輸配管束連接至分散式用能末端，所述的蓄能單元連接建筑供能單元，所述的通信調(diào)度單元連接分布式功能單元和分散式用能末端；

用戶在分散式用能末端選擇所需種類或品質(zhì)的能源，通信調(diào)度單元根據(jù)分散式用能末端的用戶能源需求以及建筑供能單元的能源供應(yīng)情況進行調(diào)度控制，進而分時、分質(zhì)地對用戶提供能源。

所述的建筑供能單元包括市政能源供應(yīng)端和分布式能源供應(yīng)端，所述的市政能源供應(yīng)端包括市政電力和市政燃氣，所述的分布式能源供應(yīng)端包括多種發(fā)電模塊，所述的蓄能單元連接市政電力以及分布式能源供應(yīng)端的發(fā)電模塊，所述的蓄能單元用于電力調(diào)峰。

所述的發(fā)電模塊包括光伏發(fā)電模塊和燃料電池發(fā)電模塊。

集中式能源輸配管束包括多條能源輸配管線，每條能源輸配管線對應(yīng)輸送某一來源的一類能源。

所述的集中式能源輸配管束和蓄能單元設(shè)置在建筑墻體中。

所述的分散式用能末端包括與能源輸配管線一一匹配對應(yīng)的能源接口，所述的能源接口用于連接室內(nèi)用能設(shè)備。

所述的蓄能單元包括蓄電池。

所述的通信調(diào)度單元包括中央控制器和用戶控制器，所述的用戶控制器分布在各個分散式用能末端，并與分散式用能末端一一對應(yīng)連接，所述的中央控制器連接所述的用戶控制器和建筑供能單元。

所述的用戶控制器包括能源輸出計量模塊、控制模塊和人機交互模塊，所述的能源輸出計量模塊設(shè)置在各個能源接口處并對一段時間內(nèi)用戶對不同的能源輸配管線中提供的能源使用量的統(tǒng)計，所述的控制模塊獲取不同能源輸配管線中提供的能源的轉(zhuǎn)化效率和碳排放強度，并通過人機交互模塊進行顯示供用戶做出低碳決定，所述的人機交互模塊還用于獲取用戶的能源需求并發(fā)送至中央控制器。

所述的中央控制器包括用能數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊、用能負荷預(yù)測模塊、運行策略優(yōu)化模塊和能源供應(yīng)調(diào)度模塊；

所述的能源數(shù)據(jù)采集檢測模塊對所有用戶不同來源和種類的能源的使用量進行匯總檢測；

所述的用能負荷預(yù)測模塊根據(jù)能源數(shù)據(jù)采集檢測模塊匯總檢測的歷史能耗數(shù)據(jù)預(yù)測未來一天內(nèi)能源消耗量，進而根據(jù)預(yù)測結(jié)果控制蓄能單元的蓄能量；

所述的運行策略優(yōu)化模塊根據(jù)用能負荷預(yù)測模塊的預(yù)測結(jié)果和用能數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊的監(jiān)測信息進行最優(yōu)化計算，輸出建筑供能單元中不同能源的啟停順序、運行時間以及最優(yōu)運行控制參數(shù)；

所述的能源供應(yīng)調(diào)度模塊根據(jù)用戶的能源需求和檢測到的不同來源和種類的能源的使用量進行綜合計算，輸出用戶所需能源或替代能源。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明對不同來源和種類的能源進行優(yōu)化集成，形成“能源樹”的建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑照用戶需求分質(zhì)、分時的靈活供能模式，滿足用戶多樣的能源需求，實現(xiàn)能源供給與使用的低碳化；

(2)建筑供能單元形式簡單，轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)少，有利于分布式能源和可再生能源接入，從而配置不同的能源，便于供用戶選擇；

(3)建筑內(nèi)部輸配環(huán)節(jié)能耗小，各種分散式末端適用性強，在能源輸配環(huán)節(jié)，采用集中式能源輸配管束直接輸配到終端用戶的使用位置，采用分散式末端，就地轉(zhuǎn)化利用，這種供能方式在能源輸配環(huán)節(jié)不消耗額外的能量，電力和燃氣能源密度高、輸配損失小，避免了現(xiàn)有集中式制冷空調(diào)系統(tǒng)在冷凍水、冷卻水和采暖熱水在建筑內(nèi)部輸配的能源消耗和損耗；

(4)采用分散式用能末端，靈活可調(diào)，能夠適應(yīng)不同的空間功能需求，采用分散式用能末端能夠根據(jù)建設(shè)進度需求、入住用戶需求分期、分等級的進行安裝配置，避免了整體一次性投入和項目建成后的二次改造，方便后期運營單位的管理和維護，同時，分散式用能末端采用本地控制，用戶可根據(jù)個性化需求進行靈活的開啟和調(diào)控，避免了集中系統(tǒng)一開全開或無法滿足部分負荷條件下的運行需求；

(5)采用智能化的通信調(diào)度單元，通過對末端不同能源需求的監(jiān)測，可以兼顧用戶能源需求和建筑供能單元中的不同能源的供應(yīng)情況進行調(diào)度控制，進而分時、分質(zhì)地對用戶提供能源，滿足用戶需求的同時保證供應(yīng)可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明建筑能源輸配及管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為能源墻布置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，A1為建筑供能單元，A2為集中式能源輸配管束，A3為分散式用能末端，A4為蓄能單元，A5為通信調(diào)度單元，1為市政電力，2為光伏發(fā)電模塊，3為風力發(fā)電機，4為微燃機CCHP系統(tǒng)，5為燃料電池發(fā)電模塊，6為燃氣鍋爐，7為地源熱泵系統(tǒng)，8為空氣源熱泵系統(tǒng)，9為光導(dǎo)管，10為能源輸配管束，11為中央控制器，12為能源墻，13為能源接口，14為用戶控制器，15為地板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例

如圖1所示，一種基于用戶需求的建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括建筑供能單元A1、集中式能源輸配管束A2、分散式用能末端A3、蓄能單元A4和通信調(diào)度單元A5，建筑供能單元A1包括不同來源和種類的能源，建筑供能單元A1通過集中式能源輸配管束A2連接至分散式用能末端A3，蓄能單元A4連接建筑供能單元A1，通信調(diào)度單元A5連接分布式功能單元和分散式用能末端A3，集中式能源輸配管束A2和蓄能單元A4設(shè)置在建筑墻體中，蓄能單元A4包括蓄電池；用戶在分散式用能末端A3選擇所需種類或品質(zhì)的能源，通信調(diào)度單元A5根據(jù)分散式用能末端A3的用戶能源需求以及建筑供能單元A1的能源供應(yīng)情況進行調(diào)度控制，進而分時、分質(zhì)地對用戶提供能源。

建筑供能單元A1包括市政能源供應(yīng)端和分布式能源供應(yīng)端，市政能源供應(yīng)端包括市政電力和市政燃氣，分布式能源供應(yīng)端包括多種發(fā)電模塊，蓄能單元A4連接市政電力以及分布式能源供應(yīng)端的發(fā)電模塊，蓄能單元A4用于電力調(diào)峰。市政能源供應(yīng)端為市政電力和燃氣，包括變壓器和燃氣調(diào)壓站。分布式能源供應(yīng)端包括光伏屋頂、光伏幕墻等光伏發(fā)電模塊和燃料電池系統(tǒng)。發(fā)電模塊包括光伏發(fā)電模塊和燃料電池發(fā)電模塊。

集中式能源輸配管束A2包括多條能源輸配管線，每條能源輸配管線對應(yīng)輸送某一來源的一類能源，由于不同來源的種類的能源自身性質(zhì)可以決定每種能源的品質(zhì)和碳排放強度，因此每條能源輸配管線輸配的能源品質(zhì)和碳排放強度均不一致，從而用戶可以根據(jù)需要進行自由選擇。。按照能源供應(yīng)來源和碳排放強度可分為傳統(tǒng)市政供能、低碳分布式能源供能以及低價的蓄能系統(tǒng)供能。按照能源供應(yīng)品質(zhì)可分為能源品質(zhì)高的電力管線(包括直流電和交流電)和燃氣管線，能源品質(zhì)較低的冷熱水管線、冷卻水管線等。所述建筑能源輸配設(shè)備為建筑內(nèi)高低壓配電柜、配電線路和配電箱、冷熱水泵、集/分水器以及燃氣管道。

分散式用能末端A3包括與能源輸配管線一一匹配對應(yīng)的能源接口，能源接口用于連接室內(nèi)用能設(shè)備，能源輸配管線和蓄電池可同建筑預(yù)制墻體構(gòu)件相結(jié)合，將能源管束或蓄電池預(yù)制在墻體中，墻體表面預(yù)留能源接口，用戶可在機電設(shè)備安裝階段將室內(nèi)用能設(shè)備連接到接口上，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑機電設(shè)施同建筑工業(yè)化預(yù)制構(gòu)件的結(jié)合，降低建造成本，提高建造效率。

通信調(diào)度單元A5包括中央控制器和用戶控制器，用戶控制器分布在各個分散式用能末端A3，并與分散式用能末端A3一一對應(yīng)連接，中央控制器連接用戶控制器和建筑供能單元A1。

用戶控制器包括能源輸出計量模塊、控制模塊和人機交互模塊，能源輸出計量模塊設(shè)置在各個能源接口處并對一段時間內(nèi)用戶對不同的能源輸配管線中提供的能源使用量的統(tǒng)計，控制模塊獲取不同能源輸配管線中提供的能源的轉(zhuǎn)化效率和碳排放強度，并通過人機交互模塊進行顯示供用戶做出低碳決定，人機交互模塊還用于獲取用戶的能源需求并發(fā)送至中央控制器。

中央控制器包括用能數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊、用能負荷預(yù)測模塊、運行策略優(yōu)化模塊和能源供應(yīng)調(diào)度模塊；能源數(shù)據(jù)采集檢測模塊對所有用戶不同來源和種類的能源的使用量進行匯總檢測；用能負荷預(yù)測模塊根據(jù)能源數(shù)據(jù)采集檢測模塊匯總檢測的歷史能耗數(shù)據(jù)預(yù)測未來一天內(nèi)能源消耗量，進而根據(jù)預(yù)測結(jié)果控制蓄能單元的蓄能量；運行策略優(yōu)化模塊根據(jù)用能負荷預(yù)測模塊的預(yù)測結(jié)果和用能數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊的監(jiān)測信息進行最優(yōu)化計算，輸出建筑供能單元中不同能源的啟停順序、運行時間以及最優(yōu)運行控制參數(shù)；能源供應(yīng)調(diào)度模塊根據(jù)用戶的能源需求和檢測到的不同來源和種類的能源的使用量進行綜合計算，輸出用戶所需能源或替代能源。

能源供應(yīng)調(diào)度模塊根據(jù)用戶的能源需求和檢測到的不同來源和種類的能源的使用量進行綜合計算，輸出用戶所需能源或替代能源。

如圖2所示為一個具體的建筑能源供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括能源輸配管束10、能源墻12和能源管理控制模塊，能源輸配管束10中包括多種能源管線，能源管束嵌入建筑物墻體或地板15中，能源輸配管束10還連接至能源墻12，能源墻12上設(shè)有能源接口13，能源接口13設(shè)有多個并分別與能源輸配管束10中的能源管線一一對應(yīng)連接，能源管理控制模塊與能源接口13連接。

能源管線包括下列備選中的一種或幾種之組合：直流電管線、交流電管線、熱水管線、空調(diào)冷氣管線和熱源水管線。直流電管線和交流電管線均包括不同電壓等級的分管線。熱水管線、空調(diào)冷氣管線和熱源水管線均包括不同溫度等級的分管線。該實施例中能源管線中的能量流包括由市政電力1供應(yīng)的高壓交流電(220V)；光伏發(fā)電模塊2供應(yīng)的高壓直流電(110V)；風力發(fā)電機3供應(yīng)的低壓交流電(24V)；微燃機CCHP系統(tǒng)4供應(yīng)的高壓交流電(220V)與余熱制備的熱水(60℃)、冷水(12℃)；燃料電池發(fā)電模塊5供應(yīng)的高壓和低壓直流電(110V，36V)；燃氣鍋爐6供應(yīng)的高溫熱水(60℃)；地源熱泵系統(tǒng)7供應(yīng)的冷水(12℃)、熱水(45℃)；空氣源熱泵系統(tǒng)8供應(yīng)的冷水(20℃)、熱水(45℃)；光導(dǎo)管9供應(yīng)的可見光。能源輸配管束10與預(yù)制化墻體結(jié)合形成能源墻12，能源墻12的表面裝有連接各類用能設(shè)備或空調(diào)末端的標準化接口，供用戶選擇。能源墻12為移動式箱體。

能源管理控制模塊包括能源輸出計量器、控制器和用戶控制器14，能源輸出計量器設(shè)置在能源接口13處，能源輸出計量器均連接至控制器，能源實時顯示終端設(shè)置在能源墻12上，能源實時顯示終端連接控制器?？刂破鲀?nèi)包括：能源量使用統(tǒng)計單元：該單元用于對一段時間內(nèi)用戶對不同的能源管線中提供的能源使用量的統(tǒng)計；能源轉(zhuǎn)化效率與碳排放強度指示單元：該單元用于對不同的能源管線中提供的能源的轉(zhuǎn)化效率和碳排放強度進行顯示供用戶做出低碳決定。

在管理方式上，為每位接入用戶設(shè)立碳賬戶，記錄每個人的能源使用情況，并按照來源計量碳排放情況。制定能源需求響應(yīng)(DR)導(dǎo)則，指導(dǎo)用戶合理使用能源，并在顯示終端實時發(fā)出提醒。在某些可再生能源功能富余的情況，提醒用戶調(diào)整用能時間，盡快消耗可再生能源，而避免存儲、轉(zhuǎn)換造成的損失。如鼓勵手機充電等用電行為在白天盡量使用光伏發(fā)電，而不使用公網(wǎng)用電和CHP燃氣發(fā)電。晚上風力發(fā)電的功率增大而用能行為減少，則鼓勵用戶盡量使用風力發(fā)電。

制定個人碳排放的排放定額措施，對于超出定額的人員進行提醒；對于低碳排放的個人，由物業(yè)管理部門進行表彰，每年頒發(fā)最佳環(huán)境貢獻獎，并建議所在單位在評優(yōu)時優(yōu)先考慮。