基于Fortran的計(jì)算程序開發(fā)在節(jié)能評(píng)估中的應(yīng)用

孫奇　王廣飛　丁亮

【摘 要】依據(jù)國家發(fā)改委要求，新建核電站應(yīng)進(jìn)行節(jié)能評(píng)估計(jì)算并單獨(dú)編制節(jié)能評(píng)估報(bào)告書。在對(duì)核電站中的清水離心泵進(jìn)行節(jié)能評(píng)估計(jì)算時(shí)，發(fā)現(xiàn)計(jì)算工作量大、容易出錯(cuò)。針對(duì)這一問題，利用Fortran編寫程序，實(shí)現(xiàn)清水離心泵目標(biāo)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值的自動(dòng)計(jì)算，以滿足節(jié)能評(píng)估報(bào)告書的編寫需求。經(jīng)設(shè)計(jì)人員在工程項(xiàng)目中使用，發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)改進(jìn)能大大縮減計(jì)算時(shí)間，并保證計(jì)算準(zhǔn)確率。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能評(píng)估；Fortran；清水離心泵

0 引言

依據(jù)國家發(fā)改委2010年第6號(hào)令要求[1]，年綜合能源消費(fèi)量3000噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上，或者電力年消費(fèi)量500萬千瓦時(shí)以上，或年石油消費(fèi)量1000噸以上，或年天然氣消費(fèi)量100萬立方米以上的固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目，應(yīng)單獨(dú)編制節(jié)能評(píng)估報(bào)告書[1]。該文件及其審查意見，將作為項(xiàng)目審批、核準(zhǔn)及開工建設(shè)的前置性條件以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和竣工驗(yàn)收的依據(jù)。因此，公司對(duì)于節(jié)能報(bào)告書編寫給予極高重視。工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在參與該項(xiàng)工作時(shí)，需核算各主要用電設(shè)備參數(shù)，依據(jù)設(shè)備參數(shù)及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出目標(biāo)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值，并做出能效評(píng)價(jià)。由于該項(xiàng)工作一般要求在項(xiàng)目申請(qǐng)階段完成，設(shè)備尚未訂貨，其參數(shù)往往出現(xiàn)變化。手動(dòng)計(jì)算不僅效率低下，而且在計(jì)算中稍有疏忽，會(huì)大大影響計(jì)算結(jié)果，經(jīng)常需要2，3位工程師進(jìn)行互相驗(yàn)證，以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。針對(duì)這一問題，本文以Fortran為開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)相應(yīng)工具程序，實(shí)現(xiàn)了核島工藝系統(tǒng)主要耗電設(shè)備的數(shù)據(jù)自動(dòng)處理，降低設(shè)計(jì)員工的工作強(qiáng)度，保證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 開發(fā)工具簡(jiǎn)介

本程序是利用Compaq Visual Fortran v6.6開發(fā)的，該程序也簡(jiǎn)稱為CVF， 編程標(biāo)準(zhǔn)為Fortran 90。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及，越來越多的工程技術(shù)人員選擇編寫計(jì)算程序來解決一些工程問題。Fortran程序起源于20世紀(jì)50年代，具有流程簡(jiǎn)潔、易懂，矩陣計(jì)算能力強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。此外，它還擁有大量豐富、開源的源程序，工程技術(shù)人員可以便利地移植到自己的程序中，避免了不必要的重復(fù)勞動(dòng)[2]。

目前常見的Fortran編輯器有兩個(gè)，分別是Compaq Visual Fortran（CVF） 以及Intel Visual Fortran （IVF）。CVF 與IVF均源于微軟的Fortran PowerStation 4.0，與IVF相比，CVF具有應(yīng)用范圍廣、下載方便、免費(fèi)、體積小及配置要求低等優(yōu)點(diǎn)，完全可以滿足正常工程計(jì)算編程應(yīng)用。

2 開發(fā)過程

2.1 程序流程圖

程序開發(fā)及計(jì)算流程圖如圖1所示。

2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

本計(jì)算的依據(jù)為GB 17962-2007——清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值。該標(biāo)準(zhǔn)于2007年11月發(fā)布，2008年7月開始實(shí)施，部分章節(jié)為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中給出了關(guān)于清水離心泵的能效限定值和節(jié)能評(píng)價(jià)值的定義及計(jì)算方法，適用于多數(shù)單級(jí)及多級(jí)清水離心泵。標(biāo)準(zhǔn)中還指出，在該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行3年之后（即2011年以后），以目標(biāo)能效限定值取代能效限定值來對(duì)清水離心泵的節(jié)能水平進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。

2.2.1 獲取泵的基本參數(shù)

獲取泵參數(shù)，需要輸入的泵參數(shù)有：泵為單吸還是雙吸，泵的級(jí)數(shù)、流量、揚(yáng)程及轉(zhuǎn)速等，并給出適當(dāng)?shù)妮斎胩崾?，參見圖2。使用的參數(shù)為基本的Fortran讀寫參數(shù)，并提前規(guī)定了參數(shù)的數(shù)據(jù)類型，如果不按照要求進(jìn)行輸入，程序則自動(dòng)終止。

2.2.2 判斷比轉(zhuǎn)速及流量是否符合條件

《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》中指出，對(duì)于流量大于10000m3/h的清水離心泵，其目標(biāo)能效限定值及節(jié)能評(píng)估值可以直接給出，無需計(jì)算。此外，該標(biāo)準(zhǔn)中只給出了比轉(zhuǎn)速為20到300之間的泵的計(jì)算方法，超出該范圍的泵也不適用于該標(biāo)準(zhǔn)。

因此，在編程中，利用while if的循環(huán)語句，對(duì)于上述兩種情況進(jìn)行單獨(dú)處理，對(duì)于滿足該標(biāo)準(zhǔn)條件的清水離心泵，利用該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。部分代碼如圖3所示。

2.2.3 對(duì)于參數(shù)符合條件的清水離心泵的計(jì)算

依據(jù)國標(biāo)《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》對(duì)參數(shù)符合條件的泵進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過程為：首先將標(biāo)準(zhǔn)中參照的圖表轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)源并存儲(chǔ)在程序中，其次依據(jù)定義公式計(jì)算出泵的比轉(zhuǎn)速，之后結(jié)合泵的級(jí)數(shù)及比轉(zhuǎn)速選取對(duì)應(yīng)的程序內(nèi)置數(shù)據(jù)源進(jìn)行插值，最后得出該清水離心泵的目標(biāo)能效限定值和節(jié)能評(píng)價(jià)值。

2.2.4 結(jié)果輸出

在經(jīng)過上述的計(jì)算步驟后，可以選用write函數(shù)或者print函數(shù)進(jìn)行結(jié)果輸出。這兩個(gè)函數(shù)的區(qū)別就在于，write函數(shù)具有賦值輸出位置的能力，print命令只能針對(duì)屏幕使用，因此，更建議采用write函數(shù)進(jìn)行輸出。此外，如果需要將結(jié)果轉(zhuǎn)換到文件匯總，使用WRITE命令的程序改寫起來會(huì)比較容易，只需將UNIT值指到另一個(gè)輸出位置就可以了。

2.3 程序運(yùn)行結(jié)果

將程序計(jì)算的結(jié)果與之前手算的結(jié)果相對(duì)比，完全一致，詳見圖4。整個(gè)計(jì)算過程，從輸入數(shù)據(jù)到得到結(jié)果的計(jì)算時(shí)間約為1、2分鐘，大大節(jié)約了計(jì)算時(shí)間。經(jīng)過多個(gè)泵數(shù)據(jù)的驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果與之前手算的結(jié)果完全吻合。

3 結(jié)論

程序開發(fā)完成后，經(jīng)過多個(gè)工程項(xiàng)目的節(jié)能評(píng)估計(jì)算測(cè)試，手動(dòng)計(jì)算10個(gè)泵的目標(biāo)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值，最少需要半天的時(shí)間，而使用該工具進(jìn)行計(jì)算，20分鐘即可完成，且能避免由于手動(dòng)計(jì)算帶來的錯(cuò)誤，大大提高了勞動(dòng)效率。

利用編程完成一些在設(shè)計(jì)工作中重復(fù)出現(xiàn)的迭代、查表等計(jì)算問題，可以減少設(shè)計(jì)人員的手工計(jì)算工作，使設(shè)計(jì)人員更專注于設(shè)計(jì)工作。該程序的循環(huán)及插值模塊，可以在類似的計(jì)算編程中得到重復(fù)利用。本程序由于囿于時(shí)間所限，單純采用Fortran編程，界面比較簡(jiǎn)單，之后的工作中，可以考慮利用混合編程提高輸入輸出界面的美觀程度。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)2010年第6號(hào)令.

[2]彭國倫.Fortran 95程序設(shè)計(jì)[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3]清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值[S].GB19762-2007：中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2007.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]