智能能源管理系統(tǒng)在區(qū)域供冷系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

智能能源管理系統(tǒng)在區(qū)域供冷系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

Summary：改革后，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平隨著社會(huì)發(fā)展不斷進(jìn)步。首先對(duì)城區(qū)域供冷系統(tǒng)及智能能源管理系統(tǒng)擴(kuò)展基礎(chǔ)進(jìn)行了介紹，隨后對(duì)智能能源管理系統(tǒng)的擴(kuò)展及結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)闡述，最后對(duì)智能能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用探索進(jìn)行總結(jié)和展望。Keys：智能能源管理系統(tǒng)；區(qū)域供冷；應(yīng)用探索引言區(qū)域供冷是滿(mǎn)足一定區(qū)域范圍內(nèi)多個(gè)建筑的用冷需求所設(shè)置的系統(tǒng)。目前系統(tǒng)多采用板式換熱器間接換熱，集中供冷管網(wǎng)供回水溫差小，管徑大。對(duì)于冬夏供熱供冷需求的地區(qū)，受制于供冷或供熱工況，使得在另一工況下偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)較大。為此本文提出熱泵換熱系統(tǒng)，匹配冬夏季負(fù)荷，降低管網(wǎng)初期投資，降低管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用。1概述對(duì)某一區(qū)域內(nèi)的多個(gè)建筑物供冷有兩種方案：1）區(qū)域供冷方案———利用一個(gè)區(qū)域供冷系統(tǒng)對(duì)所有的建筑物供冷；2）常規(guī)空調(diào)方案———在每棟建筑物內(nèi)設(shè)置常規(guī)的集中空調(diào)系統(tǒng)。與常規(guī)空調(diào)方案相比，區(qū)域供冷方案具有制冷機(jī)組裝機(jī)容量小、制冷設(shè)備的初投資少、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。但多出了以下4項(xiàng)費(fèi)用：1）從區(qū)域供冷站到各建筑物之間冷水二次管網(wǎng)的投資；2）冷水二次泵的投資；3）冷水二次泵的運(yùn)行電費(fèi)；4）冷水二次管網(wǎng)的冷量損失造成的費(fèi)用。區(qū)域供冷系統(tǒng)的規(guī)模越大，其供冷距離就越大，相對(duì)于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的初投資節(jié)省越多，但冷水二次管網(wǎng)與二次泵的投資、二次泵的運(yùn)行電費(fèi)也越多。因此，對(duì)于區(qū)域供冷系統(tǒng)必將存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的供冷距離。關(guān)于熱電聯(lián)產(chǎn)電廠(chǎng)熱量的最大經(jīng)濟(jì)輸送距離，通過(guò)與分體空調(diào)器的能耗進(jìn)行比較，提了區(qū)域供冷系統(tǒng)適宜的供冷半徑。對(duì)已有的熱電廠(chǎng)，依據(jù)系統(tǒng)總能耗最小的原則，確定了區(qū)域供冷系統(tǒng)的最佳供冷面積。通過(guò)計(jì)算變制冷劑流量（VRF）空調(diào)系統(tǒng)與區(qū)域供冷系統(tǒng)末端負(fù)荷的單位冷量能耗，得出了區(qū)域供冷系統(tǒng)較VRF空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的合理供冷半徑。2智能能源管理系統(tǒng)在區(qū)域供冷系統(tǒng)中的應(yīng)用2.1確立能源管理系統(tǒng)變量能源管理系統(tǒng)的變量須全面反映系統(tǒng)的能耗和能效。能耗在本系統(tǒng)中主要是系統(tǒng)設(shè)備的用電量。區(qū)域供冷能效是指系統(tǒng)產(chǎn)出與投入的比值，區(qū)域供冷系統(tǒng)的能效主要包括制冷主機(jī)能效、水泵能效、冷卻塔能效等。制冷主機(jī)能效已經(jīng)有統(tǒng)一的計(jì)算公式，即制冷量與輸入功率的比值。對(duì)于水泵能效，介紹了輸送系數(shù)來(lái)計(jì)算水泵能效的辦法，本系統(tǒng)直接采用該參數(shù)用來(lái)反映水泵能效。對(duì)于冷卻塔，盡管文獻(xiàn)對(duì)冷卻塔的能效和優(yōu)化控制方面進(jìn)行了研究，但沒(méi)有提出冷卻塔能效的計(jì)算公式。規(guī)定的冷卻塔能效計(jì)算公式在本系統(tǒng)，按便于指導(dǎo)冷卻塔的節(jié)能運(yùn)行和直觀(guān)明了原則，采用主機(jī)制冷量與風(fēng)機(jī)能耗的比值作為冷卻塔能效公式。因此，在目前系統(tǒng)已經(jīng)建立溫度、流量、冷量、功率、用電量、輸入功率等指標(biāo)的基礎(chǔ)上增加能源管理專(zhuān)用變量。2.2系統(tǒng)的其他節(jié)能方式集中制冷站的驅(qū)動(dòng)能源可采用多種形式：一是采用溴化鋰機(jī)組，可吸收工業(yè)余熱，電廠(chǎng)余熱等實(shí)現(xiàn)制冷，節(jié)約能源。二是采用天然氣作為驅(qū)動(dòng)能源，可以降低電網(wǎng)的供電負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)電力資源與天然氣資源的互相補(bǔ)充，降低了電網(wǎng)的調(diào)峰需求，同時(shí)也充分利用了天然氣資源。集中制冷站配套建設(shè)冰蓄冷設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)電力資源的削峰填谷作用。同時(shí)也可使用“棄電”，實(shí)現(xiàn)電力資源的集約運(yùn)行。集中制冷站配套光伏發(fā)電系統(tǒng)，若系統(tǒng)匹配合理，光伏發(fā)電的峰值與區(qū)域內(nèi)冷負(fù)荷的需求時(shí)間段相同，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自己自足。2.3換熱站壓降根據(jù)波傳輸原理，水波傳輸速度可達(dá)1500m/s，按照1.5km供水管網(wǎng)長(zhǎng)度，水泵運(yùn)行工況的改變，會(huì)迅速反映到所有換熱站的總管壓降上，從而實(shí)現(xiàn)及時(shí)響應(yīng)用戶(hù)冷負(fù)荷變化的需求。實(shí)際運(yùn)行表明，制冷站冷水輸送泵需要及時(shí)根據(jù)用戶(hù)一次側(cè)的需求變流量運(yùn)行。當(dāng)某用戶(hù)的一次側(cè)閥門(mén)開(kāi)度變化時(shí)，一次側(cè)冷水供回水壓差隨之變化，如果此時(shí)冷水輸送泵不能及時(shí)調(diào)整運(yùn)行頻率，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生“壓力多米諾骨牌效應(yīng)”，其他用戶(hù)即使在一次側(cè)閥門(mén)開(kāi)度不變的情況下，由于系統(tǒng)壓力升高，流量也會(huì)發(fā)生變化，即一個(gè)用戶(hù)的流量變化會(huì)影響所有用戶(hù)的流量穩(wěn)定性，使整個(gè)系統(tǒng)都處于不穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)然，這個(gè)現(xiàn)象也與目前采用蝶閥控制有關(guān)。2.4冬季集中能源站的運(yùn)行由于管網(wǎng)供回水溫度為85℃/55℃，較常規(guī)北方地區(qū)的一級(jí)供熱管網(wǎng)溫度130℃/70℃，降低了管網(wǎng)的供回水溫度，有利于廢熱的再次利用。若采用其他清潔能源，如：電加熱+蓄熱，可大大提高系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。若采用電廠(chǎng)余熱，可以極大程度上回收電廠(chǎng)的冷卻塔的溫度。若結(jié)合吸收式換熱機(jī)組，則可以大幅提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。3我國(guó)的區(qū)域供冷發(fā)展前景我國(guó)建筑用能的特點(diǎn)是城市化進(jìn)程迅速，全國(guó)每年增加一億建筑面積隨著人民生活水平提高，空調(diào)負(fù)荷迅速增加生活熱水需求快速上升城市建筑密集，人員辦公和居住建筑高度集中新建居住建筑與商業(yè)、辦公建筑交織。因此中國(guó)的某些城市中心區(qū)具備建設(shè)區(qū)域供熱供冷系統(tǒng)的前提條件和良好時(shí)機(jī)。當(dāng)然在我國(guó)區(qū)域供冷還是相對(duì)較新的概念，作為一種高度集中化的空調(diào)冷熱源形式，對(duì)我們既是機(jī)遇也有風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于區(qū)域供冷系統(tǒng)的能源效率，應(yīng)該認(rèn)真分析計(jì)算，扣除蓄冷造成的效率下降并盡量避免部分負(fù)荷時(shí)的不利影響。既不能因?yàn)槭〉捻?xiàng)目而否定區(qū)域供冷的積極意義，也不能盲目地快速?gòu)?fù)制推廣，必須進(jìn)一步深人研究其特點(diǎn)和適用范圍，研究我國(guó)建筑空調(diào)的負(fù)荷和能耗特點(diǎn)，構(gòu)建評(píng)價(jià)體系和規(guī)劃方法，積累投資、運(yùn)行、管理等各方面的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，逐步完善適合我國(guó)國(guó)情的區(qū)域供冷模式。對(duì)于決定采用區(qū)域供冷技術(shù)的項(xiàng)目，除應(yīng)該盡量提高設(shè)備能效和因地制宜地利用可再生能源外，還應(yīng)該注意系統(tǒng)設(shè)備的投人時(shí)間與負(fù)荷需求一致。因?yàn)閰^(qū)域供冷投資巨大，需要計(jì)算其投資的時(shí)間價(jià)值，過(guò)早投資將降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。早期的過(guò)度投資經(jīng)過(guò)運(yùn)行期內(nèi)的復(fù)利計(jì)算將抵消系統(tǒng)的累計(jì)收益，這也說(shuō)明了對(duì)區(qū)域供冷系統(tǒng)的負(fù)荷明，文獻(xiàn)叼描述了浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)區(qū)域供冷系統(tǒng)大型離心式制冷機(jī)組的測(cè)試性能作者按照測(cè)試得到的制冷機(jī)組的部分負(fù)荷效率，提出了種出力相同的部分負(fù)荷機(jī)組運(yùn)行策略，其中的機(jī)組制冷能耗差別竟然可以達(dá)到?？梢韵胂?，小型集中空調(diào)系統(tǒng)中的制冷機(jī)組不但效率較低，而且部分負(fù)荷時(shí)設(shè)備性能和管理水平都不具備實(shí)施機(jī)組優(yōu)化控制的可能，從而造成機(jī)組長(zhǎng)期低效持續(xù)運(yùn)行。而區(qū)域供冷系統(tǒng)則可以輕松實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)化的管理和運(yùn)行的優(yōu)化，如果再加上蓄能系統(tǒng)和自動(dòng)化控制設(shè)備，則可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能和可靠性。結(jié)語(yǔ)1）采用在現(xiàn)有的自控系統(tǒng)基礎(chǔ)上擴(kuò)展能源管理功能的辦法引入能源管理系統(tǒng)，大大地降低了建設(shè)成本。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)半年的運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為能耗分析和生產(chǎn)運(yùn)行提供了便利。2）智能能源管理系統(tǒng)發(fā)展的下一步應(yīng)該是一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)，能利用相關(guān)歷史數(shù)據(jù)指導(dǎo)運(yùn)行開(kāi)機(jī)策略，并對(duì)系統(tǒng)能效進(jìn)行評(píng)估。目前該系統(tǒng)還不具備該功能，這有待于下一步進(jìn)行完善3）實(shí)時(shí)過(guò)程損失率由于供冷與用冷的時(shí)間差，出現(xiàn)為負(fù)數(shù)的情況，產(chǎn)生原因?yàn)閰^(qū)域供冷管網(wǎng)較長(zhǎng)，供冷與用冷輸送時(shí)差所致，該問(wèn)題暫未找到好的解決辦法，這有待于同行在實(shí)踐中完善。Reference[1]卜增文,夏春海,周俊杰.復(fù)雜空調(diào)系統(tǒng)輸送能效比計(jì)算方法的探討[J].制冷與空調(diào),2011,11(5):21-24.[2]肖賀,王鑫,魏慶芃.冷水輸送系數(shù)的實(shí)際測(cè)算與現(xiàn)狀分析[A].見(jiàn):全國(guó)暖通空調(diào)制冷2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2008:116.[3]劉阿祺,王鑫,魏慶芃.冷卻水輸送系數(shù)(WTFcw)的獲取方法及其在節(jié)能診斷中的應(yīng)用[A].見(jiàn):全國(guó)暖通空