區(qū)域供冷系統(tǒng)中冷凍水二級泵輸送管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)

區(qū)域供冷系統(tǒng)中冷凍水二級泵輸送管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要：本文建立了確定區(qū)域供冷冷凍水輸送系統(tǒng)最優(yōu)水流速度和保溫層最優(yōu)厚度的優(yōu)化模型，其目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)的年度費(fèi)用，包括冷凍水二級泵的年運(yùn)行費(fèi)用及其折舊和維修費(fèi)用、冷凍水輸送管線冷量損失費(fèi)用及其折舊和維修費(fèi)用?？紤]全年變負(fù)荷運(yùn)行的特點(diǎn)，在部分負(fù)荷時(shí)假設(shè)冷凍水的供回水溫差不變，采用變頻泵調(diào)節(jié)流量。通過實(shí)例計(jì)算，得出如下結(jié)論：對于區(qū)域供冷系統(tǒng)，存在最優(yōu)的設(shè)計(jì)工況的水流速度和保溫層厚度。冷水輸送距離對最優(yōu)水流速度和保溫層最優(yōu)厚度沒有影響。最優(yōu)水流速度隨電價(jià)升高而降低，隨設(shè)計(jì)冷負(fù)荷增大而升高。保溫層最優(yōu)厚度隨電價(jià)升高而增加，隨設(shè)計(jì)冷負(fù)荷的增大而稍有增加。關(guān)鍵字：區(qū)域供冷管線優(yōu)化設(shè)計(jì)變負(fù)荷區(qū)域供冷系統(tǒng)是利用集中設(shè)置的大型冷凍站向一定的范圍內(nèi)的需冷單位提供冷量的供冷方式，由于區(qū)域供冷系統(tǒng)在節(jié)能、環(huán)保和運(yùn)行管理等方面的優(yōu)勢，在許多國家和地區(qū)特別是在歐、美、日等國家已得到較廣泛的應(yīng)用[1]、[2]。近年來在我國呈現(xiàn)出明顯的發(fā)展趨勢[3]。區(qū)域供冷系統(tǒng)一般是將冷凍水送至用戶，隨著區(qū)域供冷系統(tǒng)供冷量的增大、供冷距離增長，冷凍水二次泵及冷凍水輸送管線的投資和能耗費(fèi)用增大，對區(qū)域供冷系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用有顯著影響，因此有必要對其進(jìn)行研究。本文擬建立考慮變負(fù)荷特性的，冷凍水二次泵及冷凍水輸送管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，并進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，分析電價(jià)和冷負(fù)荷對最佳水流速及管線保溫層最佳厚度的影響。1優(yōu)化模型的建立以冷凍水系統(tǒng)的年度費(fèi)用為優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，年度費(fèi)用由四部分組成：冷凍水泵的年運(yùn)行費(fèi)用、冷凍水輸送管線冷量損失費(fèi)用、管道的折舊和維修費(fèi)用、冷凍水泵的折舊費(fèi)用。本文所討論的區(qū)域供冷系統(tǒng)是在中央制冷站制取冷凍水，冷凍水沿管路由泵輸送到用戶，然后再返回制冷系統(tǒng)。假設(shè)在冷凍水輸送系統(tǒng)采用變頻調(diào)速泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，在不同冷負(fù)荷時(shí)，通過調(diào)節(jié)冷凍水泵的流量，保證送水溫度和回水溫度不變。在設(shè)計(jì)工況時(shí)冷凍水流速提高，可以使用直徑小的輸送管路，冷凍水流速增大會導(dǎo)致流動阻力增大，水泵的功耗增大，但是管徑的減小可以減少設(shè)備的初投資，故存在最佳的輸水速度和輸水管徑。1.1流動阻力的計(jì)算某一負(fù)荷時(shí)沿程阻力的計(jì)算：pa（1）式中：－某一供冷負(fù)荷時(shí)冷凍水的流速m/s；－水的密度，kg/m3；－輸水管內(nèi)徑，m；－為沿程阻力系數(shù)；－冷凍水輸送管線的長度，m。當(dāng)管內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re>10000，流動處于阻力平方區(qū)，沿程阻力摩擦系數(shù)按下式計(jì)算：（2）式中：－鋼管當(dāng)量粗糙度，m。取局部阻力損失為沿程阻力損失的20%，某一負(fù)荷時(shí)管線總阻力損失為：Pa（3）閃式中：－冷凍扣水管線總阻力歐損失斃，隸P朗a丘。靜1.2此甲水泵的年耗電剩費(fèi)用計(jì)算熄某一負(fù)荷時(shí)冷肆凍水的體積流粗量為停：銅m兼3中/s綁采（注4復(fù)）此冷凍水泵的耗亭電功率為：W（5）聰式中：吉－為水泵效率申，為簡化計(jì)在駱本文中取一定朽值。頭則水泵的年耗吊電量為：踏萬縱元錯(cuò)/旅a惑（赴6嘉）城式中：－對應(yīng)陳某一供冷負(fù)荷膛流速為僑的時(shí)間嗎，津h/峽a丹；盲－電價(jià)。冷元古/kW樹h忘。屢1.3批旋輸送管線的投悅資籍冷凍水的輸送見管線有兩種方竭式：直埋式和楚溝管式，對于激直埋式管道，什其輸送管線的棚投資由管道造鴉價(jià)、保溫材料辛、保護(hù)材料和吊直埋土建四部年分構(gòu)成。徐每米長管材造方價(jià)的計(jì)算：元/m（7）兩式中：賓－鋼管密度菜，欲t/m理3粗；愧－鋼管價(jià)格，險(xiǎn)元絡(luò)/堂t歡。調(diào)－管壁厚度烏，健m應(yīng)，與管內(nèi)徑的基關(guān)系如下式：（8）旬每米長管道所擠用保溫材料費(fèi)慚用的計(jì)算：缸元友/m癢怎（譜9芳）妨式中：貌－冷凍水管保政溫層的厚溝度賀挑m余；架－保溫材料價(jià)忽格，停元悅/m朋3尖每米長的管道久的保護(hù)層的費(fèi)鬼用為嚷：略饅元誕/敘m蔥（拴1斃0套）播式中聽：推然－保護(hù)層材料饞價(jià)格，破元燈/m訪3學(xué)根據(jù)實(shí)際工程烤的造價(jià)可擬和輝出每米長管道享土建費(fèi)用與直觀徑的函數(shù)關(guān)系梳：元（11）濁由以上可得管艙路的總的投資扛費(fèi)用為：元（12）某式中：仆－為冷凍水輸奴送管線的總的宵長度濱，倦m局。扮則管道的年折劇舊費(fèi)為：拿萬藝元維/a崖樣（死1濾3遺）絕式中罵：松秀－管道的年折叢舊費(fèi)率。墊1.4削籃水泵的投資盼水泵的價(jià)格可猜簡化為設(shè)計(jì)功嶺率的線性函數(shù)唯，根據(jù)有關(guān)生喚產(chǎn)廠家提供的敘數(shù)據(jù)可擬和出蒙下式：申萬肝元跡籌（蝦1境4薪）毯式中：肯―籌水泵設(shè)計(jì)功率鐵（丟k尖W當(dāng)）；香、永－擬和系數(shù)；趨－水泵設(shè)計(jì)功餓率得冗余值。拖水泵的年折舊王費(fèi)為財(cái)萬壩元練/a拳蓋（烏1沒5賴）本式中攜：箭粥－水泵的年折洲舊費(fèi)率。村1.5娘全輸水管道冷量妹損失費(fèi)用昌由傳熱學(xué)公式膽得輸水管道冷蛾量損失為：W（16）影式中：招―尋保溫材料的導(dǎo)奴熱系數(shù)，廣；騾―薯輸水管道內(nèi)冷廣凍水供水平均驚溫度座，寺℃白；來―蓋輸水管道內(nèi)冷獻(xiàn)凍水回水平均推溫度鉛，泊℃賣；諷―譯輸水管道外土鈴壤平均溫度善，為℃生；屠―作供冷系統(tǒng)運(yùn)行幫期間的總小時(shí)競數(shù)鍛，答h密。寇輸水管道冷量驅(qū)損失折算為耗襪電量損失費(fèi)用伸為萬元/a蓮―縱為系統(tǒng)姥的棚CO欲P叢值。刃1.6跳差優(yōu)化模型的目俊標(biāo)函數(shù)須目標(biāo)函數(shù)為系燈統(tǒng)的年度費(fèi)用張，由四部分組該成：冷凍水泵疼的年運(yùn)行費(fèi)用秋、管道的折舊筒和維修費(fèi)用、炭冷凍水泵的折奧舊費(fèi)用、輸水請管道冷量損失狠的費(fèi)用，即：（17）戲1.7存慈約束條件孫為系統(tǒng)的冷負(fù)況荷為定值（18）包式中：驗(yàn)―掀設(shè)計(jì)工況冷凍址水供水溫度窯，青℃顫；葛―接設(shè)計(jì)工況冷凍瞎水回水溫度奪，翅℃勤；攔－冷水冷量備畏用系數(shù)檔考慮到長距離破冷量輸送調(diào)節(jié)階的滯后性，輸足送的冷水冷量執(zhí)有一定的備用幟即在用戶側(cè)負(fù)竄荷增加時(shí)可通幼過調(diào)節(jié)三次泵趨的流量滿足用射戶側(cè)負(fù)荷增加休的要求，取為穴。系統(tǒng)中的優(yōu)剛化變量為冷凍盯水流速名和冷凍水管保屆溫層厚度央。2實(shí)例計(jì)算兼以廣州地區(qū)某豪一區(qū)域供冷系婚統(tǒng)為例，進(jìn)行悼計(jì)算分析，參哲考文增獻(xiàn)恰[4娃]寺的方法得出該鏟區(qū)域供冷系統(tǒng)寫的負(fù)荷率和供斜冷時(shí)間見熄表糕1竊，優(yōu)化模型中全的系數(shù)及相應(yīng)百經(jīng)濟(jì)性參數(shù)見律表些2樣。針對供冷距疤離分別適為珠25棕0段、滲50無0嶼、躬75逢0悉、蠻100位0濃、陽1500似m蒼；電價(jià)分別慧為位0.光4栗、油0.寒6維、環(huán)0.列8腿、請1.泳0使元襖/kW狗h乘進(jìn)行了不同設(shè)膨計(jì)供冷武量謙500句0蹈、營1000惰0儀、芒2000稼0黎、啞3000詳0蒙、就4000旁0震、恨50000k繼W數(shù)的計(jì)算，所得篇結(jié)果見統(tǒng)圖灣1杯、賓圖搜2興和桃表皮3系。伶表懼1蔽.課負(fù)荷率和供冷棚時(shí)笨間葡銜負(fù)荷率（％）錯(cuò)100竭90房80怎70敲60壞50鄰40仆30狼合計(jì)秩供冷時(shí)間縮（徐h仇）杏269率302坑302今336帆336贏538圓672兼605樸3360莖占總供冷時(shí)間宋的比例（％）穴8翻9醬9捆10彎10董16套20認(rèn)18廳100土表像2頃.陽優(yōu)化模型中的爛系數(shù)及相應(yīng)經(jīng)剖濟(jì)性參光數(shù)唐蟲序號賠項(xiàng)目名稱及單醉位呢?cái)?shù)值評序號國項(xiàng)目名稱及單鑼位瓶數(shù)值貨1通Km惕0.0002健4綁11黎CkJ/k雖g路℃橫4.18踩2滅ρ換,kg/單m旨3寇1000旅12膚，史℃漏3抽3盞c帶pipe,擺迷元救/t遭6500背13歉，辛℃蒙13寄4誼c故therp龜稼元留/m鄰3株680誘14性，矛℃秩25素5本c繭pro潤元話/m釋2好25件15畝4.2墻6水c熊const聰96.4緣16舒0.65創(chuàng)7剖A闖1沿12.54防17扎0.15仗8福B級1插0.395筆18鋪0.1君9俘A蹄2慨1.38釋19只，嫁h箱6000互10殘，摘t/m比3廢7.8甲20欺，檔0.06睡表清3粥.戀不同的輸送距支離對應(yīng)的最優(yōu)婆的設(shè)計(jì)流速、負(fù)保溫層厚度及東總的年度費(fèi)用乘（電價(jià)古為獄0.丸6售元覺/kW暈h折，冷負(fù)荷躬為允20000k稀W頸）賞裙冷凍水輸送錄距廣離致(坡m)餓最優(yōu)的冷凍水唱流障速鬧(侮m/s)簡最優(yōu)的保溫層彎厚度倚（趴m配走）慌總的年度費(fèi)用董（萬江元慎/返年）可250寺2.29過0.0869酬19.99愈500殖2.29邪0.0869龜38.73色750久2.29幼0.0869聽57.47膽1000巖2.29壺0.0869各76.21哭1500采2.29襪0.0869星113.69傍從實(shí)例計(jì)算的妄結(jié)果追圖副1班、宗圖拉2抬、毯圖固3顆、平圖爐4率和順表塵3柿可以看出：某鵝一個(gè)具體的區(qū)蛾域供冷系統(tǒng)，事在電價(jià)和設(shè)計(jì)旁冷負(fù)荷確定時(shí)破，存在一最優(yōu)蠅的設(shè)計(jì)工況的卻水流速度和保西溫層厚度，設(shè)曲計(jì)的水流速度追偏離最優(yōu)流速耗，都會使系統(tǒng)盾的年度費(fèi)用增數(shù)加。冷水輸送薯距離對設(shè)計(jì)工泰況的最優(yōu)水流濤速度和保溫層描最優(yōu)厚度沒有單影響。電價(jià)和潤設(shè)計(jì)冷負(fù)荷對未設(shè)計(jì)工況的最名優(yōu)水流速度有冰顯著影響，電艱價(jià)升高，設(shè)計(jì)紗工況的最優(yōu)水戚流速度降低；演設(shè)計(jì)冷負(fù)荷增傲大，設(shè)計(jì)工況竹的最優(yōu)水流速洲度增加。電價(jià)袖對保溫層的最攪優(yōu)厚度有顯著將影響，電價(jià)升挨高，保溫層的叮最優(yōu)厚度增加敞；設(shè)計(jì)冷負(fù)荷畫對保溫層的最冶優(yōu)厚度影響較衫小，設(shè)計(jì)冷負(fù)投荷增大，保溫慌層的最優(yōu)厚度匪稍有增加。3結(jié)論挽對某一個(gè)具體言的區(qū)域供冷系讀統(tǒng)，在電價(jià)和伍設(shè)計(jì)冷負(fù)荷確蠅定時(shí)，存在一笛最優(yōu)的設(shè)計(jì)工物況的水流速度險(xiǎn)和保溫層厚度懂。冷水輸送距憶離對最優(yōu)水流頃速度和保溫層痰最優(yōu)厚度沒有疑影響。最優(yōu)水淺流速度隨電價(jià)疤升高而降低，龜隨設(shè)計(jì)冷負(fù)荷醋增大而升高。龍保溫層最優(yōu)厚污度隨電價(jià)升高禽而增加，隨設(shè)散計(jì)冷負(fù)荷的增逢大而稍有增加望。參考文獻(xiàn)壽1薄慢羅斯關(guān)里甜·滔穆罕默德，薩包利撫姆厭·戶賽研蘭先(專著獲)懶，韓陽華樓(明譯條).研殘馬來西亞區(qū)域覆供冷、冰蓄冷剝和熱電聯(lián)產(chǎn)在籌高層建筑中的鴉應(yīng)用經(jīng)神驗(yàn)去.角穗暖通空調(diào)立，唱200殿1握，剪3斜1經(jīng)（晉3嘆）殲：多2叨5租～畜27襲2趟間弗萊濕明兆·旬漢葬默劈(浩著拴)候，邢夢袋祥劣(茫