冰蓄冷系统经济性分析（精选8篇）
冰蓄冷系统经济性分析 第1篇
随着我国社会经济的高速发展, 用电需求越来越大, 因此合理利用电量, 平衡用电高峰和低谷十分重要。滑落式冰蓄冷技术是指制冰装置和蓄冰装置分离, 制冰过程中冰冻结到一定厚度时, 通过高温高压的热气使冰与制冰装置分离, 冰块滑落到蓄冰装置中, 如此循环往复直至达到需求的蓄冰量[1~3]。滑落式冰蓄冷空调系统是一种通过在低电价或低负荷时制冰以储存冷量, 而在高电价或用冷高负荷时通过融冰释放冷量供冷, 以降低空调制冷机组的负荷, 提高设备利用率和维持电网用电平稳, 并可节约运行费用, 目前已成为国家积极推广应用的一项新型节能技术[4,5]。
2 滑落式冰蓄冷空调系统的组成和工作原理
滑落式冰蓄冷空调系统包括双蒸发器空调主机、空调水循环系统以及空调末端3大部分。
双蒸发器空调主机由制冷压缩机、制冰蒸发器、油分离器、冷凝器、空调蒸发器以及循环桶组成。空调制冷主机的冷冻水进出口分别通过管道与空调末端的进出口相连, 同时在空调制冷主机与空调末端之间的管道上设有空调冷冻水泵, 用于冷冻水循环。
空调水循环系统由供水装置、蓄冰装置和中间换热器组成。供水装置位于制冰蒸发器上方, 在供水装置的进口设有制冰进水温度传感器, 当进水温度低于1.5 ℃时系统进入制冰模式, 反之系统进入制冷水模式。蓄冰装置位于制冰蒸发器的正下方, 蓄冰装置的出口与循环水泵相连, 循环水泵的出口同时与供水装置和中间换热器相连, 在循环水泵与供水装置和中间换热器之间分别设有换热电动调节阀和旁通电动调节阀, 用于切换机组不同运行状态。
空调末端的出口同时通过管道与中间换热器中另一组换热管的一端相连, 在空调末端与中间换热器之间的管道上设有融冰冷冻水泵, 该换热管的另一端与空调末端的进口相连。在空调末端的进出口处分别设有系统供水温度传感器和系统回水温度传感器, 用于检测供回水温度, 实现根据末端负荷需求及峰谷电价调整融冰供冷和空调制冷主机直接向末端供冷的运行策略。
机组运行时, 将低温低压的制冷剂输送到制冰蒸发器内, 循环水泵不断将蓄冰槽内的水输送到制冰蒸发板上方, 自上而下均匀喷撒在外表面上, 冻结成冰片, 待冰片冻结到一定厚度时, 制冰蒸发器内通入热气, 使冰片与蒸发器表面接触的融化, 冰块在喷淋水和自身重力作用下, 滑落到蓄冰槽内, 完成蓄冰。图1为滑落式冰蓄冷空调系统的工作原理示意图。
3 滑落式冰蓄冷空调系统运行特性分析
3.1 制冰过程
关闭换热电动调节阀, 开启旁通电动调节阀, 蓄冰装置中低温冷水经板式换热器与空调回水换热后进入制冰蒸发器上方的供水装置均匀喷淋分配, 循环水沿蒸发板表面呈膜状均匀流下, 制冷剂在蒸发板内蒸发吸热, 部分水凝结成冰附着在蒸发板的表面, 并不断增厚, 另一部分水落到蓄冰槽内, 由循环水泵吸入, 进入制冰蒸发器上方的供水装置, 从而完成整个制冰循环。
3.2 脱冰过程
当某组蒸发板表面冰层厚度达到5~9mm后, 该蒸发模块的换热电动调节阀打开, 高温制冷剂气体进入蒸发板内, 蒸发板表面温度升高, 与蒸发板表面接触的冰受热微融失去附着力, 在喷淋水与重力的作用下, 冰片滑落到蓄冰槽内, 当蒸发板表面冰层完全脱落后, 关闭换热电动调节阀, 重新进入制冰状态并依次循环。
3.3 融冰供冷
蓄冰装置中低温冷水由循环水泵送至中间换热器对空调回水侧放冷, 通过空调回水出水温度传感器检定值调节电动调节阀、旁通电动调节阀开度控制进入中间换热器的循环水量, 经过中间换热器温度升高的水与经过旁通电动调节阀的冷水混合后经过制冰蒸发器落入蓄冰槽中继续融冰, 再由循环水泵输送至中间换热器, 完成融冰供冷循环。
3.4 制冷+融冰过程
蓄冰装置中低温冷水由循环水泵送至中间换热器与空调回水换热后, 一部分水进入制冰蒸发器上端的供水装置, 用来制冷;另外一部分水进入蓄冰槽内, 用来融冰。
4 结语
通过对滑落式冰蓄冷空调系统工作原理和运行特性分析, 可以总结出以下优点。
1) 系统制冰装置与蓄冰装置分开, 蓄冰直观, 制的板冰厚度小且传热热阻小, 制冰效率高。
2) 制冷剂直接蒸发, 无中间换热环节, 系统蒸发温度高, 节能性能好。
3) 系统运行模式多种多样, 更好的节能降耗。
4) 冷热共槽, 蓄冰槽既可作为夏季蓄冰槽, 也可作为冬季的蓄热槽。
参考文献
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[4]丁庆, 段绍辉, 王执中, 等.冰蓄冷空调在高峰谷负荷差地区应用的经济性[J].电力系统及其自动化学报, 2014 (1) :72~75.
简述冰蓄冷空调系统节能运行操作 第2篇
关键词：冰蓄冷空调 系统优化 运行控制策略
中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-01
1 冰蓄冷空调发展过程
冰蓄冷技术在空调领域人应用，大概经历了3个阶段。
（1）20世纪初期，以消减空调设备装机容量为主要目标，以小冷机带动大负荷冰蓄冷阶段，主要在一些周期性使用，供冷时间短的建筑。
（2）20世纪中期，以转移尖峰用电时段空调用电负荷为主要的冰蓄冷，主要在一些只在用电高峰时段使用空调的单位，对于单纯的冰蓄冷工艺，由于蓄冷过程需降低蒸发温度，因而降低了制冷效率及增加了制冷时的电耗，所以虽然表面上运行费降低了（由于实行峰谷电价差与其它优惠措施），但实际电能消耗却增加了，而且总投资也高，偿还期一般在4年以上。
（3）从80年代末至90年代中期开始，除了转移尖峰用电时段的空调负荷外，又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷能”，以提高空调制冷系统整体能效和降低整体投资及建筑造价、改善室内空气品质和热舒适为目标的冰蓄冷空调阶段。
2 冰蓄冷空调系统特点
冰蓄冷空调系统与传统空调系统相比，具有以下几个方面的特点：（1）具有较高经济性。由于冰蓄冷系统一般在晚上用低谷电进行工作，这一时间内电价比较便宜，因此，能够大量节省用电费用，降低了运行费用，效果明显。（2）有利于缓解电网运行负荷，因该空调系统多数是在夜间用低谷电时段运行，避开了用电高峰，这样不仅提高电网的利用率，同时也降低了建筑的能源消耗，在节能减排方面作用明显。（3）因该空调系统属于蓄能空调，故此当发生停电时，系统预先储备的冷量便可以发挥作用；（4）系统出水温度较之普通空调要低很多，为低温送风提供了较为有利工作条件。
3 冰蓄冷空调系统的运行优化控制策略
通过对安装冰蓄冷空调系统的建筑进行调查，结果显示有很大一部分系统由于运行控制策略制定不科学、不合理，导致实行制冷量储存的过少，从而难以达到系统运行的负荷要求，使得空调系统的使用效果不佳，针对这一问题，应对其运行流程进行优化，以此来达到最佳运行
效果。
（1）冰蓄冷空调系统运行策略。系统的蓄冷容量主要有全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷。部分蓄冷又可分为：负荷均衡蓄冷和需求限定蓄冷两种。
（2）基载负荷的提供方式采用双工况制冷机或基载制冷机提供。
（3）蓄冷系统的运行工况—制冷机和冰蓄冷装置在各时段的运行组合方式，主要有：制冷机储冰，制冷机单独供冷，蓄冰装置单独供冷、制冰机蓄冷并同时供冷、制冷机与蓄冰装置联合供冷以及待机6个运行工况。
（4）储蓄、释冷同期—系统在一个储蓄、释冷周期内所花费的时间，通常根据冷负荷的特点选择，一般采用24 h为一个储蓄、释冷周期。
（5）冰蓄冷空调控制策略。
①制冷机与蓄冰装置的运行—制冷机与蓄冰装置优先运行的次序，直接影响着蓄冷系统的初期投资和运行费用。为了有效地降低其费用，通常采用设计工况下的制冷机运行优先以及非设计工况下的蓄冰装置运行优先的策略。
②蓄冰时间的控制—为降低运行费用，系统蓄冷时间的确定一般以整个低谷电时段作为制冷机蓄冷的工作時间。
③系统流程：通常可按以下几个方面进行划分和选择。
a.制冷机与蓄冷装置的相互关系—依据选择的冰蓄冷方式和空调末端要求的进、出水温度及温差，确定系统的串联或并联形式。
b.制冷主机与蓄冰装置的位置关系—在串联形式中，依据选择的冰蓄冷方式的特性和系统运行的经济性确定制冷机的上游或下游设置方式。
c.制冷主机与蓄冰装置的位置关系在串联形式中，依据选择的冰蓄冷方式的特性和系统运行的经济性。
d.水泵的设置依据冷负荷容量大小和系统运行的经济性，确定各功能水泵的设置是单泵，双泵还是多泵等形式。
e.蓄冷系统与空调末端系统的连接方式—依据系统的容量大小和空调末端的使用和连接特性，选择直接或间接两种连接方式。
4 制冷机组运行优化控制
在整个空调系统当中，制冷机组与蓄冷设备同样重要，对其进行运行优化控制，能够使系统的运行达到更佳的效果。制冷机组在整个系统中起着直接供冷的作用，其供冷能力是有一定限度的，当系统的运行负荷超出这部分限度是，应采用蓄冷设备补充系统所需冷量的方式来加以解决。对于制冷机组的优先运行仅仅适合在电网运行比较稳定的地方使用，并且不存在电价差，全天电价一致。通过有效降低整个系统在用电高峰期的负荷值，能够达到降低系统运行费用
目的。
5 结语
总的来说，在我国能源日益紧张的今天，节能降耗已经成为必然趋势，对于建筑中能耗较大的空调系统而言，必须对其采取有效的运行优化控制策略，从根本上降低能耗。冰蓄冷空调系统本身的节能效果比常规空调系统明显很多，通过优化控制，能够达到最佳效果。因此，研究运行优化控制具有重要现实意义。
参考文献
[1] 崔彦锋，徐小容.网络与远程控制[M].北京希望电子出版社，2002.
冰蓄冷系统经济性分析 第3篇
关键词：蓄冷空调系统,冰蓄冷技术,移峰填谷,节能,前景分析
0 引言
随着社会经济的不断发展, 人们对生活水平和生活质量的要求也在不断提高。空调, 由于其具有可改变房间及封闭区域内空气温度、湿度、洁净度及空气流速等参数, 从而达到人体舒适和工艺过程要求的功能而越来越得到广泛的应用。早在2000年相关统计数据表明, 每百户城镇居民房间空调的拥有量为40台, 在经济发达的地区, 如北京、上海、广州等一线城市, 此比例更是高达78台/百户[1]。目前, 空调已经成为现代化建筑不可缺少的设施, 每户城镇居民家里的空调远不止1台, 空调数量的增长带来的耗电量的增加, 给电力供应带来了巨大的压力。
由于我国长期的能源格局造成了过去、现在及未来几十年内仍然依靠以煤炭为主的火力发电。虽然为应对能源和环境的双重压力, 我国不断调整能源结构, 改变发电格局, 但是据2011年数据统计, 我国的火力发电依然担负着全国发电总量71%的重担。而现在随着用电量的不断增加, 我国电力紧张的局面越发严重, 电力状况远远不能满足用电高峰时段的需求, 而在用电低谷时段由于用电负荷相对较小, 电力总量较大, 又造成了电网的“窝电”。众所周知, 电力是不能大量储存的能源, 这种昼夜用电峰谷的交替出现, 不仅对发电方的调峰能力是个严峻的考验, 更严重影响到了电网的安全经济运行。火力发电厂设备的频繁启停, 对发电设备的寿命会造成较为严重的损害, 所以大多数调峰都是通过部分发电厂降负荷运行, 减少发电量来实现的。但是发电机组的设计是按照额定负荷的参数性能进行的, 只有在额定负荷下, 其经济性才能达到最高, 设备也能安全的运行。降负荷运行时, 一方面整个发电机组的发电效率降低, 耗能增加, 污染物排放量也随之增加, 另一方面也会由此产生很多的问题, 影响发电设备的安全, 进而影响其使用寿命。调整用电格局, 利用现有的发电设备满足对电力的需求, 改善电力供应紧张局面和电力负荷情况已成为电力企业的重要工作之一。
通过对电力需求侧的管理, 寻找移峰填谷的用电方式是实现对现有的电力资源充分有效利用的方式之一。在这种形势下, 蓄冷空调技术应运而生[2]。本文主要介绍蓄冷空调系统中常见的几种蓄冷方式, 重点探讨冰蓄冷技术及其在空调系统中的应用, 进而分析冰蓄冷空调的应用前景。
1 蓄冷空调系统
蓄冷技术就是采用电动制冷机将夜间用电低谷期的电量转变成用物质的显热或潜热储存的冷量, 在白天用电高峰期时再将储存的冷量释放出来, 用于建筑内空调或者生产工艺中用冷[3]。制冷系统大部分耗电来自夜间低谷期用电, 而在用电高峰期只有辐射设备消耗极少的电量, 从而实现用电负荷的移峰填谷。蓄冷空调系统与常规空调的区别在于蓄冷空调除了有常规空调系统的制冷装置外, 还增设了蓄冷装置。冷源部分不同是两者的本质区别。
蓄冷空调常用的蓄冷介质有水、冰、共晶盐和气体水合物等。这几种介质的蓄冷原理和优缺点如表1表示。
2 冰蓄冷技术
冰蓄冷空调系统与常规的空调系统相比, 两者的制冷系统及空调风系统基本相同, 只是前者比后者多了1套蓄冰设备。冰蓄冷工作系统原理图如图1所示。
图1 (a) 为充冷循环过程, 图1 (b) 为放冷循环过程。工作原理为在空调用电低谷期通过图1 (a) 所示的制冰循环过程将机载冷剂的冷量传给蓄冷槽中的水, 将水凝结成冰。在空调用电高峰期时, 冰蓄冷系统通过图1 (b) 所示的放冷循环过程, 载冷剂通过从蓄冷槽吸收冷量, 给空调系统供冷。系统通过调节进出水量控制冰的融化速度, 进而控制冷冻水的出水温度。
冰蓄冷系统制冰方式主要有静态制冰和动态制冰2种方法。静态治冰是制冰机和蓄冰槽为一体结构, 冰的制备和融化在同一位置进行。动态制冰的蓄冰设备和制冰设备相对独立, 冰的制备和储存不在同一位置。
3 冰蓄冷空调特点和适用场所
冰蓄冷空调作为蓄冷空调的一种, 具备蓄冷空调拥有的转移电力用电负荷;用电低谷时电价低, 运行费用低;用电低谷期可以保证制冷设备在满负荷条件下运行, 设备运行状态稳定, 设备利用率高等优点。此外, 由于冰蓄冷空调独特的优越性, 单位容积蓄冷量大, 贮存相同冷量, 冰蓄冷所需要的容积仅是水蓄冷的1/4~1/3;冷水泵耗电量、维修费用较低, 适宜工程应用等优点, 使其成为目前应用最广泛的蓄冷空调。
空调系统适用冰蓄冷系统的使用场所包括: (1) 空调负荷在使用期内和非使用期内, 差异大的场所, 如大型购物商场、超市、宾馆、饭店、办公楼等白天人员集中的地方; (2) 周期性使用, 空调投入时间短、负荷大的场所, 如体育馆、展览馆、影院剧院等; (3) 一些使用空调负荷大的工业企业, 如纺织厂等[4]。
4 冰蓄冷空调的研究及应用现状
早在1994年在郑州召开的电力部会议上, 冰蓄冷空调技术就被列入十大节能措施之一[5];1997年国家经贸委办公厅发布文件将冰蓄冷空调作为以后发展的重点项目;1998年我国政府又制定了鼓励使用冰蓄冷空调的优惠政策, 加快冰蓄冷空调等快速推广;2004年国家发展和改革委员会、国家电网公司召开的全国电力需求侧管理工作会议, 又提出要推广适用冰蓄冷空调技术[6]。目前我国已有20个省市成功建设冰蓄冷空调项目300余项。随着国家对冰蓄冷空调技术重视程度的提高, 国内众多科研院校和设计院都加大了对冰蓄冷空调技术的研究开发工作。冰蓄冷技术在户式中央空调、办公楼建筑空调、民用空调、纺织厂的研究都有所开展, 冰蓄冷空调技术不断得到完善。尤其是低温送风系统配合冰蓄冷空调系统, 大大降低了冰蓄冷空调的能耗, 降低了其运行成本。
5 结语
随着人们对空调的依赖日益加强, 人民生活水平的不断提高, 农村使用空调的数量也突飞猛进。空调用电必将快速增加, 而由此造成峰谷的增大是我们不得不面临和需要解决的问题。冰蓄冷系统以利用低谷电力、移峰填谷、缩小用电峰谷差、提高电网安全运行的突出优点, 以及其自身独特的系统优势必将得到更加广泛的应用, 可以预计, 冰蓄冷空调应用前景将十分广阔。
参考文献
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冰蓄冷空调系统设计及运行优化控制 第4篇
冰蓄冷空调属于蓄冷空调的一种, 由制冷机、蓄冷装置以及供冷系统组成。冰蓄冷空调系统主要是利用制冷机组在用电低谷 (夜间) 时的廉价电力进行制冰作业, 以蓄冷介质 (水或一些有机盐溶液) 的相变潜热将冷量存储起来, 到白天电力达到高峰负荷时, 将所蓄存的冷量释放出来, 作为空调冷源, 进而在一定程度上满足建筑物空调的需要, 达到制冷的目的。冰蓄冷空调系统在峰值电价时段融冰释冷的过程中, 使制冷机组减少或者停止运行, 从而降低了空调系统的运行费用。
2 冰蓄冷空调系统的应用特点分析
与常规空调系统相比较, 冰蓄冷空调系统多了一套蓄冰装置, 并要求制冷主机双工况运行。冰蓄冷空调系统的应用转移了制冷机组在电力高峰时段的运行时间, 有利于城市供电的平稳性。从总体上进行分析, 冰蓄冷空调系统的应用具有以下几个方面的特点。
(1) 与同属于蓄冷空调的水蓄冷空调系统相比较, 冰蓄冷空调系统的蓄冷能力较大, 蓄冷所占的蓄冷槽容积较水蓄冷方式小, 减少了机房有效占地面积, 蓄冷槽热能损耗小, 仅为水蓄冷方式的20%左右, 空调水系统的冷水温度低, 温差大, 为低温送风系统提供了较为有利的工作条件。
(2) 冰蓄冷空调系统避开了城市用电高峰时段, 利用电网低谷负荷电力, 移峰填谷, 起到了平衡电网负荷的作用。
(3) 由于电力峰谷分时计价的用电政策, 冰蓄冷空调系统能够很好的利用峰谷电力差价, 从而大幅度地降低了电费, 分时电价差值越大, 经济效果越明显。因此, 有效地降低了制冷系统的运行费用。
(4) 在建筑所处地区白天出现临时停电时, 可作为应急冷源, 利用建筑物自备的电源, 启动水泵进行融冰, 夜间储备的冷量便可发挥作用, 维持了空调系统的供冷, 增加了系统的供冷稳定可靠性。
(5) 采用部分蓄冷时可减小装机容量, 即减少了制冷主机、冷却塔、水泵等设备的装机容量和功率, 减少了相应配电装置的初投资和运行费用, 制冷设备满负荷运行比例增大, 提高设备利用率, 对于降低建筑的电能消耗也具有一定的意义。
3 冰蓄冷空调系统的设计
3.1 空调冷负荷的确定
由于冰蓄冷空调系统的设计需要对全日逐时负荷进行分析, 所以应根据设计日逐时气象参数、建筑围护结构、人员、照明、内部设备及新风等采用动态计算法逐时计算, 绘制全日冷负荷曲线图, 求出设计空调总冷量。另外, 计算逐时冷负荷也便于系统运行策略的优化和控制。
3.2 冰蓄冷空调系统运行策略及系统流程的设计选择
3.2.1 冰蓄冷空调系统运行策略
冰蓄冷空调系统运行策略按蓄冰量占冷负荷的比例可分为全负荷蓄冷和部分负荷蓄冷。
(1) 全负荷蓄冷:蓄冰装置承担设计周期内全部空调冷负荷, 在电力低谷时段储存建筑物所需的全部冷负荷, 从而避免制冷机在电力高峰时段运行。这种策略最大限度地转移了电力需求量, 使得运行成本最低, 但蓄冷设备的容量较大, 初投资较高, 一般适用于白天供冷时间较短的场合, 因而应用较少。
(2) 部分负荷蓄冷:制冷机在夜间电力低谷时段储存一部分冷量, 在白天电力高峰时段, 由制冷机和蓄冰装置联合供应冷负荷的需要。这种策略与全负荷蓄冷相比, 减少了蓄冰装置以及制冷机的容量, 可以实现最少的初投资和最短的投资回收期, 因而被广泛应用。
3.2.2 冰蓄冷系统流程
冰蓄冷系统按照双工况制冷机组和蓄冰装置之间的连接关系进行分类, 可分为并联系统和串联系统, 串联系统中按照制冷机组与蓄冰装置相对位置前后不同, 又分为主机上游串联系统和主机下游串联系统, 如图1~3所示。
图1中, 蓄冰装置与制冷机并联连接, 二者均处在高温 (进口温度8~11℃) 端, 入口溶液温度相同, 能均衡发挥制冷机组和蓄冰装置的效率。在并联方式下, 制冷机组与蓄冰装置分别处于相对独立的环路中, 操作控制简单灵活, 但不适用于温差大于6℃的系统。
图2中, 双工况主机位于蓄冰装置的上游, 在溶液循环回路中, 回液先经双工况主机冷却后, 再经蓄冰装置释冷冷却至空调负荷要求的供冷温度。制冷机处于高温端, 其运行效率较高, 能耗较低, 而蓄冰装置处于低温端, 融冰效率低。
图3中, 双工况主机位于蓄冰装置的下游, 即回液先经过蓄冰装置释冷冷却后, 再经制冷机组冷却至空调负荷要求的供冷温度。制冷机处于低温端, 制冷效率低, 但蓄冰装置处于高温端, 融冰效率高。
并联系统与串联系统相比较, 串联系统有以下优点。
(1) 串联系统流程简单, 布置紧凑。
(2) 串联系统输出温度较为稳定, 易实现系统的稳定运行。
(3) 串联系统可提供较大温差 (≥7℃) 供冷, 蓄冰系统出水温度低, 更适合用于低温送风系统。
(4) 自控系统比较容易实现, 维护管理简单。
综合以上比较, 我们通常采用的冰蓄冷模式为部分负荷蓄冰、制冷机位于上游的串联系统, 但在实际工程中, 需要根据具体条件具体分析, 结合建筑物的特性、电费结构、系统的初投资、运行费用及运行的安全性等进行综合考虑, 合理设计选择。
3.3 制冷机和蓄冰装置容量的计算选择
3.3.1 制冷机的选择
制冷机的选择由制冷机类型和容量所确定。由于冰蓄冷空调系统的制冷机在蓄冰时的工作温度一般为-9~-3℃, 根据蓄冰时的最低温度、制冷机双工况时的性能系数 (COP) 和制冷机的容量范围确定制冷机类型。根据冰蓄冷空调系统的运行控制策略和系统冷负荷量确定制冷机容量。在选择制冷机容量时, 宜在计算所得出的制冷机标定制冷量的基础上附加5%~10%的富裕量。
3.3.2 蓄冰装置容量的计算
根据下面计算式计算蓄冰装置的容量。
蓄冰装置有效容量QS (k Wh) 为:
蓄冰装置名义容量QSO (k Wh) 为:
式中:qi冰蓄冷空调系统的逐时冷负荷, k W;
n1夜间制冷机在制冰下运行的小时数, h;
cf制冷机制冰时制冷能力的变化率, 实际制冷量与标定制冷量的比值;
qc制冷机标定制冷量, k W;
ε蓄冰装置的实际放大系数 (无因次) 。
4 冰蓄冷空调系统的运行优化控制
4.1 冷机优先运行
制冷机组与蓄冰装置优先运行的次序, 直接影响着蓄冷系统的初投资和运行费用。冷机优先运行是指白天的空调冷负荷首先由制冷机组提供, 但制冷机组的供冷能力是有限的, 当空调系统的运行负荷超出制冷机的供冷能力时, 负荷不足的部分由蓄冰设备进行融冰供冷。冷机优先运行控制策略控制简单, 主要适用于城市电网负荷比较稳定的地区, 并且在白天和黑夜之间不存在电价差异的情况, 通过进一步降低冰蓄冷空调系统的尖峰负荷值, 以达到节省系统投资费用的目的。
4.2 蓄冰优先运行
蓄冰优先运行是指白天的空调冷负荷尽量由蓄冰设备进行融冰提供, 当融冰供冷不能满足空调系统的运行负荷时, 才启动制冷机组进行供冷。与冷机优先的运行控制相比, 控制较为复杂, 一方面, 很难时刻把制冷机组的供冷量和蓄冰槽所缺的冷量调整到正好相匹配的程度;另一方面, 如果不能解决好释冷量在时间上的分配问题, 可能会造成在某些时间段总的供冷能力不足。所以, 这就要求设备管理人员应根据空调的常规负荷分布图, 准确预测出当日冷水机组的最小供冷量分布时段, 以合理控制蓄冷设备的储存和释放冷量。总体上讲, 蓄冰优先运行的控制策略最大限度的减少了制冷机组的运行时间, 充分利用了蓄冷设备的性能和夜间低谷时段的电力, 节省了运行费用。
4.3 冰蓄冷系统与低温送风或大温差送水相结合
大多数建筑中冰蓄冷空调系统的常规送风温度为12℃, 可以根据实际需要将这一温度调整为5~10℃, 由于建筑内房间冷负荷确定了房间送风温差与送风量的乘积, 送风温度的降低, 有效地减少了相同负荷下的送风量, 进而降低了空调系统的运行费用和能量消耗。根据流体力学进行分析, 空调系统中送风温度的降低, 送风管道尺寸会随着相应减小, 有利于降低空调系统的投资。大温差送水, 节约了空调系统循环水量, 同时可以减小水管管径, 相应减少了水泵扬程及耗电量, 从而降低了空调水系统的初投资和运行费用。所以, 将冰蓄冷系统与低温送风和大温差送水相结合, 更能体现冰蓄冷空调系统的优越性, 达到节能和经济的目的。
5 结语
冰蓄冷空调系统初期投资通常比常规空调系统高, 但其具有运行费用低的特点。这就要求我们设计人员根据建筑物的特性, 正确掌握建筑物空调逐时负荷的变化情况, 确定合理的蓄冷设备及其系统配置, 制定好系统的运行优化控制策略, 进一步降低能耗, 使业主在短期内通过节省电费的形式将多出的投资收回, 最大限度的发挥出冰蓄冷空调系统的优越性。在当今能源紧缺和用电需求量不断增加的情况下, 冰蓄冷空调系统能够充分利用电力资源, 具有明显的节能经济效益, 是一种很有发展前景的空调系统。
参考文献
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冰蓄冷空调设计要点分析 第5篇
改革开放以来, 我国的电力工业得到了快速发展。但是, 我国电力供应紧张的矛盾仍很突出, 特别是用电高峰与用电低谷之间的差距很大。冰蓄冷技术所具有的“削峰填谷”的优点可以解决这一日益突出的矛盾。其技术原理[1,2]是在夜间用电低谷期采用电制冷机制冷, 将冷量以冰的形式储存起来, 而在电力负荷较高的白天将冰融化以释放冷量, 用以部分或全部满足建筑物空调负荷的需要。该技术已在众多的建筑中得到了使用[3,4]。然而冰蓄冷空调工程与常规的空调工程相比, 其设计选型较为复杂, 投资较大, 施工、调试、验收及运行管理复杂, 所以, 也使得其应用受到了很大的限制。本文从冰蓄冷空调技术的主要适用场合、系统负荷和冰蓄冷方式的确定、设备的选择、施工图要求等方面, 论述了冰蓄冷空调工程的设计要点。
1 冰蓄冷空调工程的主要适用场合
冰蓄冷空调技术的主要适用范围是在执行峰谷电价且峰谷电价差较大的地区, 在技术经济比较合理时才具有使用优势, 具体适用场合如下:
(1) 建筑物的冷负荷具有显著的不均衡性, 低谷电期间有条件利用闲置设备进行制冷时。
(2) 逐时负荷的峰谷差悬殊, 使用常规空调系统会导致装机容量过大, 且经常处于部分负荷下运行时。
(3) 空调负荷高峰与电网高峰时段重合, 且在电网低谷时段空调的负荷较小。
(4) 有避峰限电要求或必须设置应急冷源的场所。
(5) 采用大温差低温供水或低温送风的空调工程。
(6) 采用区域集中供冷的空调工程。
(7) 在新建或改建项目中, 需具有放置蓄冰装置的空间。
(8) 经技术经济比较, 采用冰蓄冷空调系统能获得很好的经济效益时。
2 系统负荷和冰蓄冷方式的确定
2.1 分析工程概况
将建筑规模、负荷等条件了解清楚, 包括建筑性质、规模 (层数、面积、层高) 、机房位置、变配电房位置、冷却塔位置、设备层承载、末端管材、末端定压方式、尖峰负荷、使用时间、分时电价情况、供回水温度等。
2.2 负荷的确定
冰蓄冷空调系统的负荷, 应根据设计逐时气象数据、建筑围护结构传热系数、人员数量、照明情况、内部设备以及使用时间, 采用不稳定计算法逐时进行计算 (可采用软件计算) 。在逐时冷负荷的计算中, 除建筑物冷负荷外, 还应包括附加冷负荷部分。在方案设计阶段或初步设计阶段, 可采用逐时冷负荷系数法或平均负荷系数法, 按照峰值负荷估计设计日逐时冷负荷。
2.3 确定冰蓄冷方式
冰蓄冷方式主要包括:动态型冰蓄冷、盘管外结冰式 (内融冰系统和外融冰系统) 和冰球系统。冰蓄冷系统的形式有主机在上游的串联系统、主机在下游的串联系统和并联系统。具体采用何种流程, 应根据建筑物冰蓄冷周期、逐时负荷曲线、工程概况、冰蓄冷设备的特性和现场条件等因素, 经技术经济比较后确定。
2.4 确定最佳蓄冷比例
冰蓄冷运行模式有全量蓄冰模式和部分蓄冰模式。对于部分蓄冰模式, 冰蓄冷空调系统的负荷要按照一定的比例分配给制冷主机和蓄冰装置。在分配负荷时, 应根据逐时冷负荷曲线、电力分时电价情况、设备初投资和投资回收情况进行优化设计。最佳的蓄冷比例一般取30%～70%。
3 设备的选择
3.1 设备容量的确定
(1) 蓄冰装置的容量应满足制冷机容量的要求及联供时所承担的空调负荷。
全蓄冰系统按照设计日总冷负荷计算, 计算公式为:
式中:Qs蓄冰装置容量, k Wh;
ε蓄冰装置的实际放大系数, 取1.03～1.05;
Q设计的日总冷负荷, kWh。
部分冰蓄冷系统按照部分冰蓄冷系统的制冷机容量进行计算, 计算公式为:
式中:n2白天制冷机在空调工况下的运行时间, h;
Cf制冷及制冰工况系数, 由生产厂家提供;
qc空调工况下制冷机的制冷量, k Wh。
(2) 制冷机的容量应能适应制冷和制冰两种工况, 其制冷量应根据设备生产厂家提供的资料, 对两种工况分别计算。
全蓄冰模式时, 制冷机制冷量计算公式为:
部分蓄冰时, 制冷机制冷量计算公式为:
式中:n1制冷机制冰工况下的运行时间, 一般为低电价小时数, h。
如果计算得出的制冷机制冷量qc大于该时段制冷机承担的逐时冷负荷时, 则需要对n2进行修正。
(3) 夜间蓄能期间需要供冷时, 应设置基载制冷机 (若所需冷量较小可不设) , 其容量按夜间末端最大负荷确定。白天末端负荷较大, 受冰蓄冷空调能力所限, 大部分的负荷由常规基载提供的系统承担, 其基载容量按尖峰负荷减去蓄能空调所能提供的最大容量。
(4) 板式换热器的换热量为尖峰负荷减去基载制冷机的制冷量, 系统未配置基载制冷机时即为尖峰负荷。
(5) 乙二醇定压装置应按系统容积下25%乙二醇溶液在温度16℃与-10℃时的密度来计算膨胀量, 确定气压罐或开式系统中的水箱容积。
(6) 冰球系统蓄冰槽容积、纯乙二醇量按蓄冰量或厂家提供的数据进行估算。
(7) 制冰温度:盘管系统为-5.5℃, 冰球系统为-6.7℃。
(8) 板式换热器乙二醇侧的进出口温度:盘管分别为3.5℃和10.5～11℃, 冰球系统分别为5℃和10℃。
3.2 水泵扬程的估算
(1) 乙二醇回路:主机蒸发器、盘管、板式换热器 (乙二醇侧) 压降按样本或厂家提供的计算书, 管道估算为8 m, 富余2 m, 总扬程在32～45 m之间;一级泵系统的乙二醇泵负担蒸发器、盘管、板式换热器 (乙二醇侧) 的阻力以及所有乙二醇管路的压降;二级泵系统的初级泵负担蒸发器、盘管以及部分乙二醇管路的阻力;次级泵系统负担板式换热器以及部分乙二醇管路的阻力。
(2) 冷冻水回路:板式换热器 (水侧) 压降、基载制冷机蒸发器压降按样本或厂家提供的计算书, 管道 (机房、末端管网) 估算为22 m, 总扬程在32～38 m之间。
(3) 冷却水回路:主机冷凝器压降、冷却塔扬程按样本或厂家提供的计算书, 管道估算为6 m, 富余2 m, 总扬程在22～28 m之间。
以上乙二醇管路和冷冻水管路为闭式系统, 管路系统水泵扬程的计算与管道垂直距离无关;而冷却水管道大多数为开式系统, 需考虑低位 (冷却塔集水盘) 的水提升到管路系统最高点的高差, 供货厂家一般在产品样本中会提供冷却塔的扬程。
4 施工图要求
4.1 现场勘查
了解冷冻机房和锅炉所在位置;标注出机房的层高 (应为扣除梁高的净高) , 大楼总高度;标注设备吊物孔或运输通道的位置以及尺寸;标注冷水、热水管道的管径及坡度;冷却塔的放置位置;配电室的位置, 低配动力电缆至机房的走向;排水集水井的位置以及尺寸。
4.2 设备布置要求
(1) 控制室靠近大楼的配电间, 控制室内主要设备为电气专业的动力柜、系统柜和上位机控制台, 房间面积约18 m2。
(2) 冷水机组、电锅炉应与控制室相近, 以减少动力电缆的长度。
(3) 冷水机组的其中一侧需考虑检修抽管空间 (纵向) , 卧式电锅炉两端留>900 mm的电热管更换空间, 立式电锅炉的电热管更换空间留在锅炉的上方。
(4) 冷热系统同处一个机房的应划分好区块, 将冷热分块布置, 以便于管路设计和操作管理。
(5) 蓄冰装置和蓄热装置应尽量远离控制室, 靠墙角布置。
(6) 系统设有燃油、燃气锅炉的应单设锅炉房, 与冷冻机房用隔墙隔开。
4.3 管道布置要求
(1) 多台设备 (如水泵、冷水机组、电热水锅炉、蓄冰盘管等) 并联接管时应尽可能按同程连接, 但在遇到开式多台 (常压) 设备 (如冷却塔、蓄热蓄冷水箱、常压锅炉等) 并联接管时不必刻意同程连接, 否则会适得其反。
(2) 不同高度而同一方向的管道应尽可能布置成同一水平管位, 这样可以减少管道支、吊架的布置数量。
(3) 管道布置时尽可能沿建筑物的墙、柱、梁布置, 以便于设置支吊架。
(4) 蓄冰槽槽体内布管 (分配管) 可以采用并排沿槽体纵向两端进行布管, 也可以采用上下布管。
5 结语
随着能源问题的加剧, 冰蓄冷技术得到了很大的发展, 但由于其初投资大, 设计选型复杂, 施工、调试、验收及运行管理复杂等缺点, 限制了其在实际空调工程中的应用。本文从冰蓄冷空调工程的适用范围、系统负荷和流程的确定、设备的选择以及施工图要求等方面, 论述了冰蓄冷空调技术的设计要点。从长远来看, 还应继续优化设计, 以使其经济性得到提高。同时应规范冰蓄冷设备的性能参数, 建立标准设计选型软件以简化设计, 使冰蓄冷空调工程应用与发展缓慢的现状得到改善。
参考文献
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[3]王蓓, 夏伟勤.上海铁路南站南广场冰蓄冷空调系统设计[J].制冷空调与电力机械, 2010, 31 (3) :39-44.
冰蓄冷系统经济性分析 第6篇
关键词：可编程序控制器,冗余,冰蓄冷
1 引言
随着PLC在工业自动控制中日益广泛的应用,人们对PLC控制系统的可靠性也提出了越来越高的要求[1]。为了避免PLC硬件故障造成控制系统的瘫痪,在可靠性要求较高的场合需要进行后备冗余设计,以实现连续、不间断的控制目标。
在大型冰蓄冷空调系统中,要求每天2 4小时连续生产运行而不能停顿,在这种条件下即使可靠性再高的PLC也不能保证故障率为零。因此,冗余控制成了一种满足连续生产要求、提高系统可用性的有效手段。
西门子S7-400系列PLC同时支持软件冗余和硬件冗余以及I/O冗余。CPU之间同步的途径是软/硬的根本区别。其中硬冗余就是通过嵌入到CPU模块里的同步模块和同步光纤等硬件来实现。硬件冗余的两个CPU同时工作,一主一备,不需要软件包支持,切换时间很短到M S级。软冗余两个C P U通过M P I口或者PROFIBUS-DP模块或者以太网模块进行数据的同步,一个CPU跟踪另一个CPU,在程序中需要加软冗余包程序支持,在程序中设定冗余参数。软冗余主从切换时间一般为秒级[2]。硬件冗余是采用硬件方式进行切换不用编程,但是成本也比较高。
本文选用西门子S7-400系列PLC软冗余来实现控制要求。利用软件代替部分硬件功能,很好地解决了可靠性和价格的矛盾。软冗余方式只需要成对的处理器,用软件编程的方式进行处理器的切换,组成比较经济,构成十分灵活,但程序处理需要一定的时间,可应用于对于时钟同步及主备系统切换时间要求不是十分严格的场合,选用软冗余方式还是非常经济有效的[3]。下面着重介绍软冗余系统的组成、工作原理和程序编制方式。
2 硬件配置
软冗余系统由A和B两套PLC控制系统组成。如图1所示。
开始时,A系统为主,B系统为备用,当主系统A中的任何一个组件出错,控制任务会自动切换到备用系统B当中执行,这时,B系统为主,A系统为备用,这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IM153接口模块的整体切换。系统运行过程中,即使没有任何组件出错,操作人员也可以通过设定控制字,实现手动的主备系统切换,这种手动切换过程,对于控制系统的软硬件调整、更换、扩容非常有用,即Altering Configuration and Application Program in RUN Mode。系统PLC主控制器部分选用S7-412-2DP,由于412系列不支持硬冗余,因此采用软冗余的方式实现主从的零切换,具体操作方法详细说明如下:(1)建立一个两个S7-400站的项目(StationA and StationB)打开StationA;(2)硬件配置中选择模块背板;(3)在背板中依次插入PS,CPU和CP模件;(4)打开Station B重复步骤2和3;(5)将IM153-2拖到DP MASTER SYSTEM上;(6)插入ET200M IO模块;(7)如有多个分散IO站,重复步骤5和6;(8)复制已配置完的DP分支到第二个站的D P MASTER SYSTEM上。
这里要注意的是硬件配置组态原则:首先,两个站的本地硬件配置必须完全一致;其次,必须从第一个站复制到第二个站;第三,如果一个满足则执行EDIT-Insert Redandant COPY这样可以保证外围设备的地址的一致性。
3 网络组态
在通讯网络的配置上,包括主系统与从站通讯链路、备用系统与从站通讯链路、主系统与备用系统的数据同步通讯链路等三个通讯网络。主系统与备用系统用于主从通讯的CPU地址应相同,同一个ET200M上的IM153-2的地址也应该相同。
除此之外要保证同一网络上不同通讯设备的地址的唯一性。本系统的网络结构如图2所示。
具体步骤如下:(1)连接A站CP到Profibus网,选择一个节点地址(如:Profibus address 3);(2)连接B站CP到Profibus网,选择一个节点地址(如:Profibus address 4);(3)IO设备的Profibus网,本地ET200M模块有两个DP口,一个接A站,另一个接B站;(4)建立两个Profibus-DP网络,选A站DP口连接到第一个DP网络,选B站CPU连接到第二个DP网,从硬件目录中选择IM153-2;(5)组态一个连结:从SIMATIC MANANGER切换到Network view;选择View-DP Slaves;选中A站的C P U点击右键,插入一个新的链接,选择F D L Connection,点击应用,弹出链接属性窗口,记录链接的ID,存盘编译网络组态。
4 建立应用程序
第一步:添加一些响应故障中断的组织块。包括OB80(循环超时中断),OB8(DP-Slave ET200站上的IM153-2模块出错报警,调用该功能块),OB83(D从站的接口模块与主站链接断开或链接重新建立时调用该块)、OB85(程序运行出错或DP从站连接失败调用该块)、OB86(主从站通讯出错调用该块)、OB8(通讯失败调用该块)、OB122(外围设备访问出错调用该块),并在OB86组织块中调用软冗余诊断功能块FC102。这些组织块的作用是防止PLC在发生故障后停机。但PLC发生故障时,如果没有加入相应的中断响应组织块,PLC将立即停机,PLC就不能及时进行故障检测和冗余切换功能。加入中断响应组织块后,PLC将执行组织块程序而不停机,可以在组织块中执行故障检测和冗余切换功能。
第二步:加入OB100初始化组织块,用于在PLC开机时对软冗余系统进行初始化。在OB100中调用初始化功能块FC100。FC100主要创建数据块、设置系统的一些配置信息和需要同步的数据的信息。根据硬件组态和控制软件的资源占用情况,主系统中主站的FC100的参数设置如下:
启动OB100需要调用FC100,FC100应该告知系统哪些地址用于通信。哪些数据用于两个站之间的数据交换、数据区可以是进程映像,位存储器地址区域、数据块和IEC定时器和计数器。
第三步:在OB1开始时应该调用FC101应用参数CALL-Position=true,当备用单元被激活后,CPU中的状态信息和程序跳转至热备应用程序部分。最后一段CALL POSITION=FALSE告诉系统冗余程序已经执行完毕:
在OB1开始时应该调用FC101应用参数CALL-Position=true,当备用单元被激活后,CPU中的状态信息和程序跳转至热备应用程序部分。最后一段C A L L POSITION=FALSE告诉系统冗余程序已经执行完毕:
OB86块需要调用FC102块应用一些相关的启动信息,这部分调用是必须的因为当DP-Slave发生错误时系统能够自动做出响应。
5 结束语
介绍了西门子软冗余的实现原理,分析了实现软冗余的硬件要求及软冗余程序的工作过程,给出了相关软件功能块的参数说明和工作流程图,并对各个功能块进行了详细的说明。该冗余系统在多个大型冰蓄冷中央空调中运行良好,各项指标达到了预期的要求。
参考文献
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[2]吴孜越,刘陆群,吕战争.基于CNC系统的嵌入式PLC组件的设计与实现[J].河南科技大学学报:自然科学版,2005,26(3):18-21.
[3]刘东,张春元,李瑞.基于任务同步的双机容错系统[J].计算机工程,2007,4,33(8):224-226.
[4]朱朝晖,张崇峰,陈卫东.空间双机容错计算机系统研究[J].上海航天,2004,(6):18-23.
冰蓄冷系统经济性分析 第7篇
现阶段基于BP模型的冰蓄冷空调负荷预测存在容易陷入局部极小点、收敛速度慢及网络初始值选取较繁琐等缺陷,笔者基于遗传算法(GA)的思想,对BP神经网络权重进行优化,构成一种GA-BP算法,并应用于冰蓄冷中央空调预测仿真系统中,结果表明该模型提高了收敛速度和预测精度。
1 冰蓄冷空调系统负荷BP预测模型结构
1.1BP神经网络基本结构
神经网络系统是由大量的处理单元(神经元)广泛连接而成的复杂网络系统。它反映了人脑功能的许多基本特性:学习、归纳及分类等。现常用的BP模型实现了多层神经网络设想,其基本网络是三层前向网络,含有输入层、输出层和隐含层,各层之间实行全连接,具有实现黑箱建模的优点,非常适用于复杂非线性对象的建模。
1.2 神经网络输入变量的选取
输入层输入变量的选取至关重要,只有对负荷影响比较大的因素包括于输入量之内,才能作出比较精确的负荷预测。而对负荷影响比较大的有大气温度、湿度及太阳辐射强度等。一般来说,如果网络的输入变量不完整,即输入层中没有完全包含影响网络输出的变量因素,网络训练就不会收敛,而如果输入中包含个别与网络收敛误差无关的变量,由于BP网络具有很强的鲁棒性(容错性),因而对网络不会产生太大影响。受实际情况限制,拟设计如下数据作为冰蓄冷空调系统负荷预测神经网络的输入量:时刻t(0～23h);大气干球温度Td;大气相对湿度RH;太阳辐射强度Ins;t-1时刻的系统冷负荷Load(t-1);t-24时刻的系统冷负荷Load(t-24);日期类型[1]。
上述几组变量中太阳辐射、大气的温度和相对湿度是影响冰蓄冷空调系统的主要因素,同时选择同一天提前一时刻的负荷Load(t-1)以及前一天同一时刻的负荷Load(t-24)作为其他输入变量[2]。由于使用冰蓄冷空调系统的建筑主要是商贸楼宇,员工的工作日类型也对冰蓄冷空调系统的使用和负荷有着重要影响。笔者将星期一～五作为工作日,星期六和星期天作为休息日,对它们进行量化处理,取值列于表1。
1.3 神经网络输出变量的选取
冰蓄冷空调系统负荷预测采用时间移动法进行,即得到t时刻的预测负荷值Load(t)后,再预测t+1时刻的负荷值Load(t+1)。依此类推,就能得到整个完整的冰蓄冷空调系统负荷预测输出。所以,对于冰蓄冷空调系统负荷预测的BP神经网络,输出量是某一时刻冰蓄冷空调系统的短期预测负荷值[3]。
1.4 BP网络连接方式
用于负荷预测的BP神经网络结构如图1所示。
BP神经网络采用全互连连接网络,即每个处理单元的输出都与下一层的每个处理单元相联系,而同一层之间的处理单元没有相连[4]。
2 冰蓄冷空调系统负荷BP预测模型的改进
遗传算法(GA)具有自适应性及全局优化性等特征,而常规的BP算法存在收敛速度慢、易陷入局部极小及网络初始值选取较繁琐等缺陷[5]。笔者基于GA算法提出一种改进的BP神经网络,利用GA具有的全局搜索等特性,克服BP网络学习易陷入局部极小点等缺陷,使用GA优化神经网络权重,将优化后的权值和阈值解码后送入BP网络运算,充分发挥两者优势,达到收敛速度快、预测结果精确的目的。
根据上述基本思想和方案,笔者设计了具体算法,此处作两点说明:
a. 采用一种较为常用且比较简单的性能评价函数均方根误差(MSE)的倒数作为适应度函数来评估神经网络;
b. 当遗传进化的某一代中出现至少一个个体的适应度达到要求时或遗传进化达到预定的最大代数后,迭代结束。
GA-BP算法程序如图2所示。
3 基于GA-BP神经网络的冰蓄冷空调负荷仿真研究
笔者对南京某商贸楼冰蓄冷工程2010年8月的冷负荷进行了预测,选取8月23日的预测结果和实际值作比较。借助建筑冰蓄冷自动控制系统的历史数据,得到了2010年6、7月冰蓄冷的温度、冷量、冷负荷和相关数据。
针对以上数据,建立7×15×1的三层结构遗传人工神经网络模型,在Matlab中进行仿真,具体遗传人工神经网络模型如图3所示。
输入神经元选择跟第1节中BP模型一样的输入量,隐含层节点的激励函数采用tansig形式,即undefined。输出层节点为purelin函数,即y=f(x)=kx。隐含层神经元数目的确定采用实际测试的方法,通过不断调试网络,综合预测精度的大小及训练误差的收敛快慢程度等因素,最终确定为15个[6]。
将6、7月份的实测冷负荷数据和影响因素集数据作为训练集,把8月23日的数据作为测试集。训练算法为批量自动规则化训练,先利用训练集的数据对神经网络进行训练,训练结束后再用测试集的数据进行预测,并将其与实际值作比较。
笔者将BP算法和GA-BP算法对8月23日逐时负荷的预测结果进行比较,曲线如图4、5所示。
从图4中看出BP算法的预测值基本随实际负荷的变化而变化,但误差较大;从图5可以看出根据GA-BP算法得出的预测值与实际值的曲线比较吻合,误差明显变小。
从表2统计看出,最大误差是57.9kW,整体的平均误差也比较大,达到了32.9kW,平均相对误差为4.5%;从表3统计看出最大绝对误差为40.6kW,平均绝对误差为19.7kW,平均相对误差为2.5%。可以看出GA-BP算法在预测精度上比BP算法有了一定的提高。
4 结束语
笔者提出将GA-BP算法运用于多扰量性、非线性和时变性的冰蓄冷空调负荷预测模型,克服了常规BP算法具有的收敛速度慢及易陷入局部最小点等缺陷,达到了快速寻优、精确预测的目的。并结合一商贸楼冰蓄冷空调系统进行负荷预测。
仿真结果表明:该方法具有良好的收敛速度和预测精度,具有较好的实用性和可靠性,可以应用于冰蓄冷空调负荷预测中。
参考文献
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冰蓄冷系统经济性分析 第8篇
1 科技馆冰蓄冷空调系统介绍
1.1 系统组成。
冰蓄冷空调系统由制冷机组、蓄冷设备、辅助设备及设备之间的连接、调节控制部件等组成。
1.2 运行模式和形式。
冰蓄冷空调系统的制冷机组与蓄冷设备所组成的管道系统可以是多种多样的, 但是制冷机组与蓄冷设备的连接方式基本可分为串联系统和并联系统两种。本项目根据工程冷负荷、应用时段及制冷机房现有面积的实际情况, 考虑到初期投资的经济性, 采用按负荷均衡的部分蓄冷, 采用并联系统。本工程冰蓄冷系统运行模式主要分为四种:制冷机蓄冰、制冷机单独供冷、制冷机联合蓄冰桶供冷以及蓄冰桶单独供冷。在不同时段下系统可自动切换, 保证系统运行费用最低, 具体概括如下:制冷主机在夜间电力低谷时段满负荷运行, 通过低温的乙二醇溶液将蓄冰桶内的水制冰, 当蓄冰量达到要求时, 制冷主机自动停止蓄冰工况运行转为常规工况运行。在白天电力高峰和部分平谷时段, 由制冷机联合蓄冰桶供冷, 制冷主机出口的乙二醇和蓄冰桶融冰后的乙二醇溶液混合进入板式换热器, 为空调系统提供冷冻水。在过渡季节或部分负荷时, 可由蓄冰桶单独供冷, 此时蓄冰桶融冰后的乙二醇溶液直接进入板式换热器为空调系统提供冷冻水, 冰蓄冷系统的常见形式为冰蓄冷与低温送风系统相结合。
2 节能与控制设计
2.1本工程在施工图设计阶段, 进行了热负荷和逐项的冷负荷计算。
2.2按照各建筑空调房间的使用规律, 负荷特点划分空调系统服务范围和规模, 以便于空调系统管理和经济运行。
2.3主楼展馆采用冰蓄冷系统, 可以平衡电网峰谷差, 减少新建调峰电厂投资, 提高现有发电设备和输变电设备的使用率, 相应减少新建电厂引起的环境污染, 充分利用有限的不可再生资源, 有利于生态平衡。
2.4冰蓄冷系统冷源选用高效节能冷水机组, 能效比值 (COP) 4.83。
2.5冷水机组单机均具有微电脑操作功能, 机组具有100-15%的能量调节范围, 同时微电脑检测的数据接入BA系统, 冷冻机房实现系统控制。
2.6中央空调水系统采用变流量方式, 总供、回水管上设有压差旁通, 空调循环水泵变频运行。
2.7末端空调器或支管回水管路上设有动态压差自平衡型电动调节阀, 风机盘管设风量三速调节器及二通电动阀 (ON/OFF) 。
2.8过渡季节利用加大新风或全新风方式对展厅进行降温。
2.9采用大温差的低速全空气送风方式, 冷冻水亦采取大温差的循环方式, 有效降低了空调末端设备和冷冻水泵的能效。
2.10各类空调的主要状态点均通过区域DDC联络至大楼BA系统, 组合式空调器新风入口均设置数字式定风量阀, 可现场及远程显示和控制新风量;回风入口以及送风入口均设置有电动调节阀, 新风、回风及送风比例得到有效控制。
3 冰蓄冷与低温送风系统相结合应用
3.1 系统介绍。
冰蓄冷的融冰温度可在2度左右或更低, 即使通过板式热交换器进行换热, 仍然可以获得3度左右的空调冷冻水。低温送风系统的送风温差可达13~20度, 冷冻水温差可达10~16度。使系统的设备、机房面积、电力需求、维修更换费用等均减少, 降低了系统的初期投资。另外, 低温送风使室内空气的去湿能力加强, 提高了热舒适性, 并有利于抑止细菌的繁殖, 改善了空气的品质。科技馆空调冰蓄冷系统设计乙二醇侧供水温度为3.5度, 回水温度为10.5度。
3.2 低温送风系统分类, 按送风温度可分为三类:
(1) 超低温送风。送风温度为4~6℃。由于需要特制的风口, 较少推广应用。 (2) 8度低温送风。送风温度为6~8℃。通常与冰蓄冷技术紧密结合, 能获得较好的空调效果和经济效益, 得到了推广应用。本项目采用此低温送风。 (3) 10℃低温送风。送风温度9~12℃。可与冰蓄冷或常规空调结合, 较灵活, 但获得经济效益小, 较少推广应用。
3.3 负荷计算。
空调负荷计算对于冰蓄冷系统的设计是至关重要的, 对于具有同样的峰值负荷而有不同逐时负荷的建筑, 冰蓄冷系统会出现完全不同的设备配置和运行方案。所以, 应力求准确反映出设计日全天逐时负荷。低温送风系统的空调负荷与常规系统在负荷组成上有以下差距: (1) 低温送风系统可以消除更多的是湿负荷, 新风的潜热负荷比常规系统大; (2) 低温送风系统的风量与水量的减少, 使系统的风机与水泵温升负荷降低, 设备容量减少; (3) 低温送风系统的空气和水在被输送过程中的管道温升负荷也减少。科技馆项目展厅、餐厅、商铺部分的面积为18165m2, 计算冷负荷为3439kw.设置两台双工况螺杆式冷水机组 (双回路) , 装机容量为单台1076kw, 15个蓄冰桶, 标准设计日提供全蓄冷量为9847kwh。
3.4 设备要求。
(1) 低温送风设备。由于低温送风系统的送风温度越低越减少系统风量, 但也会增加低温送风设备的费用、能耗以及保温费用。所以低温送风设备的冷却盘管应通过技术经济比较来确定。 (2) 过滤装置。由于空调送风量减少, 意味着室内被处理的空气量的减少, 应该提高空气过滤等级, 而且对于保护较密翅片的盘管也有必要。 (3) 风机。风机选型方法与常规选用相同, 按抽出式配置的风机必须计算温升, 风机温升一般为1.3~1.8度, 而按压入式配置的风机则不计算空气温升。 (4) 低温送风风口。低温送风风口不能只局限在具有比常温风口更广泛的温度适用范围, 还要具有更广泛的风量适用范围、很好的空气分布特性和空气混合特性, 以满足变风量系统的要求, 而且还应具有可接受的阻力和噪声性能。高诱导型低温风口能将低温的一次风与周围空气进行诱导混合。 (5) 风管用保温。低温送风风管的摩擦阻力应较小且便于安装, 不漏风, 空气动力噪声小。矩形风管的宽高比尽可能小。管道保温的最小保温层厚度按照防止凝露来确定, 而最佳保温层厚度则按经济分析确定。科技馆风管采用的是螺旋风管, 最大限度减少摩擦阻力。保温材料采用带铝箔防潮层的离心玻璃棉板 (容重48kg/m3) , 新风管保温厚度为30mm, 其余风管保温厚度为50mm。
3.5 系统自控。
空调自控系统是实现空调系统安全可靠运行、满足功能需要、降低能耗及减少运行费用的根本保障。目前多数采用DDC (直接数字控制) 带中央程序控制的微电脑控制系统, 它能满足低温送风的特殊控制要求, 并能发挥低温送风的全部效益。
3.6 节能降耗。
(1) 实现用户侧的“移峰填谷”, 运行成本大大降低。使业主最终获利。 (2) 终端节能优势不仅在于其投资的节省, 还为国家节约大量的电力投资。 (3) 从环境角度, 降低发电能耗, 提高能源利用率, 减少对大气的污染, 保护了环境。 (4) 降低相对湿度, 改善环境的舒适度, 同时也减少了噪声对环境的影响。
4 存在问题和解决方法
4.1 易产生凝结水。
管道保温应严格按照要求进行, 并注意保护保温管道的隔汽层。另外, 系统应采用“软启动”, 使冷冻水供水温度和送风温度逐渐降低。设备间可采用除湿或加热的方法防止结露。
4.2 送风量较小, 流速也低, 影响空气品质。
可以采用变风量方式, 确定一个最小新风量, 随着室内负荷减小, 新风比增大。
4.3 低温空气下沉, 有吹风感。
采用高诱导比的末端装置, 可以迅速与周围空气混合而升温, 同时风量也加大。
5 冰蓄冷低温送风空调系统发展前景
5.1 努力实现高效率化, 降低耗电率, 提高性能系数:
冰蓄冷低温送风空调系统作为新生事物, 对整个系统的评价显得及其重要。这方面有待于进一步的研究, 并在重庆进行推广。
5.2 建立区域性蓄冷站:
区域性蓄冷站对宏观节能较有利, 不仅节约大量初期投资和运行费用, 且减少了电力消耗用环境污染。
5.3 开发新产品, 降低成本:
不断开发蓄冷介质、设备、诱导末端等产品, 降低成一, 提高整体性能。
5.4 辅助设备节能:
