多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的能耗仿真建模與多策略評(píng)估研究

杜鑫，王逸駿，晉欣橋，杜志敏

（上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海 200240）

0 引言

隨著我國(guó)人民生活水平的提高和城市化進(jìn)程的加快，建筑運(yùn)行能耗在全社會(huì)總能耗中所占的比重正逐年快速上升[1]。目前，建筑能耗已經(jīng)占到社會(huì)總能耗的33%[2]，與工業(yè)、交通一起構(gòu)成我國(guó)節(jié)能減排的三大重點(diǎn)領(lǐng)域。用于供暖、制冷和通風(fēng)用途的暖通空調(diào)（Heating, Ventilation and Air Conditioning，HVAC）系統(tǒng)用能占建筑總能耗的比例超過三分之二；而在夏季時(shí)，用于生產(chǎn)冷凍水的多冷水機(jī)組水系統(tǒng)（包括冷卻塔、冷卻泵、冷水機(jī)組及其配套冷凍泵）的能耗占整個(gè)暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗的比例最高，約為50%～70%[3]。

因此，提高多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的運(yùn)行水平是暖通空調(diào)系統(tǒng)乃至整個(gè)建筑的節(jié)能減排的一個(gè)重要策略[4]。為了進(jìn)一步提升建筑能效，需要重點(diǎn)開展建筑用能的評(píng)估。國(guó)家在“十三五規(guī)劃”中，明確提出開展建筑能耗評(píng)審和績(jī)效評(píng)估。由于多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的運(yùn)行能耗在建筑能耗中所占的比例較高，對(duì)其開展評(píng)估工作顯得尤為重要。

目前多冷水機(jī)組水系統(tǒng)運(yùn)行控制評(píng)估，往往建立在能耗分析之上。該方法的基本原理是熱力學(xué)第一定律，通過分析能量在系統(tǒng)中的傳遞規(guī)律和利用效率，進(jìn)而開展運(yùn)行控制評(píng)價(jià)。

國(guó)內(nèi)基于能耗分析對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估的研究報(bào)道，近年來也正在增多。同濟(jì)大學(xué)張旭等[5-6]提出了基于生命周期的能耗評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。徐莉[7]提出了節(jié)能潛力評(píng)估指標(biāo)和模糊評(píng)價(jià)模型。閔曉丹等[8]提出了評(píng)估多冷水機(jī)組水系統(tǒng)重點(diǎn)用能設(shè)備（包括機(jī)組和水泵等）能耗水平的方法。天津大學(xué)馬一太等[9]提出基于熱力學(xué)完善度分析的能效評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。付強(qiáng)等[10]對(duì)溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的能耗進(jìn)行了仿真，并將仿真能耗和實(shí)際運(yùn)行能耗進(jìn)行比對(duì)，評(píng)估了溫濕度獨(dú)立控制對(duì)冷水機(jī)組的節(jié)能效果。

國(guó)外方面，WANG[11]基于能耗數(shù)據(jù)對(duì)多冷水機(jī)組的在線控制效果進(jìn)行了評(píng)估。CECCHINATO等[12]通過數(shù)值方法預(yù)測(cè)多冷水機(jī)組在不同季節(jié)的能耗，提出考慮季節(jié)因素的多冷水機(jī)組評(píng)估方法。LU[13]通過仿真評(píng)估Intra-Hour負(fù)荷控制策略的有效性，結(jié)果顯示該策略能給冷水機(jī)組帶來明顯的節(jié)能效益。JIN等[14]評(píng)估了變水量空調(diào)系統(tǒng)的3種不同的控制策略，比較其節(jié)能效果，指出冷凍水出水溫度和二次泵壓力設(shè)定值同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化可顯著減少多冷水機(jī)組系統(tǒng)能耗。SAKULPIPATSIN等[15]通過TRNSYS仿真平臺(tái)對(duì)建筑及其空調(diào)系統(tǒng)開展了能耗分析，并研究了能耗分析和分析結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)性。CHEN等[16]提出用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立冷水機(jī)組功耗模型，并采用粒子群優(yōu)化算法以最小功耗獲得最優(yōu)負(fù)荷分配。

本文以一套典型的某商業(yè)建筑多冷水機(jī)組水系統(tǒng)作為具體的研究對(duì)象，對(duì)所引入的多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的主要設(shè)備（冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔和風(fēng)機(jī)）分別建立能耗仿真模型，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建整體系統(tǒng)能耗仿真模型。通過所建立的模型，對(duì)典型日該多冷水機(jī)組水系統(tǒng)在4種不同運(yùn)行控制策略下的運(yùn)行情況進(jìn)行仿真研究。

1 研究對(duì)象

在多冷水機(jī)組水系統(tǒng)中，機(jī)組制冷循環(huán)所產(chǎn)生的冷凍水輸送給末端設(shè)備，而機(jī)組制冷循環(huán)所產(chǎn)生的熱量通過冷卻水輸送給冷卻塔排放到室外空氣中。本文以一套典型的某商業(yè)建筑中的多冷水機(jī)組水系統(tǒng)作為研究對(duì)象，并根據(jù)構(gòu)成多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的設(shè)備類型，可將其劃分為3個(gè)子系統(tǒng)，相應(yīng)的系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1中CT為冷卻塔，CDP為冷卻泵，CH為冷水機(jī)組，CHP為一次泵。該多冷水機(jī)組水系統(tǒng)包括5臺(tái)并聯(lián)配置的相同型號(hào)的離心冷水機(jī)組；每臺(tái)冷水機(jī)組配備一臺(tái)型號(hào)相同的定頻一次泵；5臺(tái)冷水機(jī)組的冷卻水側(cè)并聯(lián)配置5臺(tái)相同型號(hào)的變頻離心泵作為冷卻泵；冷卻水通過5臺(tái)相同型號(hào)的濕式冷卻塔進(jìn)行散熱。

圖1 多冷水機(jī)組水系統(tǒng)原理

冷水機(jī)組額定冷量2 461 kW，額定功率419 kW；一次泵額定流量450 m3/h，揚(yáng)程20 m，額定功率45 kW；變頻冷卻泵額定流量600 m3/h，揚(yáng)程40 m，額定功率82 kW；冷卻塔額定水流量600 m3/h，子系統(tǒng)風(fēng)機(jī)CT1額定功率23 kW。

圖1中，多冷水機(jī)組水系統(tǒng)被劃分為機(jī)組子系統(tǒng)、冷卻泵子系統(tǒng)以及冷卻塔子系統(tǒng)，分別記作子系統(tǒng)I、子系統(tǒng)II和子系統(tǒng)III。其中，機(jī)組子系統(tǒng)包括全部的冷水機(jī)組和配套的一次泵；冷卻泵子系統(tǒng)包括全部并聯(lián)配置的冷卻泵；冷卻塔子系統(tǒng)包括全部并聯(lián)配置的冷卻塔。

2 多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的能耗模型

多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的主要由冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔和風(fēng)機(jī)組成。對(duì)各個(gè)設(shè)備分別建立能耗模型，最后構(gòu)建系統(tǒng)的能耗模型，進(jìn)行仿真。

2.1 冷水機(jī)組能耗模型

冷水機(jī)組是多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的核心設(shè)備。大型商用離心式冷水機(jī)組采用蒸氣壓縮制冷循環(huán)，制冷劑在冷凝器中冷凝換熱，將熱量傳遞到冷卻水中，接著對(duì)冷凝后的液相制冷劑進(jìn)行節(jié)流，并在蒸發(fā)器中蒸發(fā)產(chǎn)生冷量，對(duì)冷凍水進(jìn)行降溫。

本文所用的離心冷水機(jī)組能耗仿真模型[17]為：

式中，ξ為系統(tǒng)性能系數(shù)；L為機(jī)組的部分負(fù)荷率，即機(jī)組所承擔(dān)的冷負(fù)荷與機(jī)組的額定負(fù)荷之比；Tcond為機(jī)組冷凝器定性溫度，K；Tevap為機(jī)組蒸發(fā)器定性溫度，K。

函數(shù)fd(Tcond, Tevap)為根據(jù)Tcond和Tevap計(jì)算其不可逆損失，如式(2)所示。其中a1和a2為擬合系數(shù)，根據(jù)廠家數(shù)據(jù)擬合得到。

而在式(1)和式(2)中的Tcond和Tevap，通過機(jī)組的冷卻水進(jìn)水溫度和冷凍水出水溫度，以及相應(yīng)的水流量，按照式(3)和式(4)獲?。?/p>

式中，Wch,des為冷水機(jī)組額定功率，kW；Lch,des為冷水機(jī)組額定冷負(fù)荷，kW；R(Fcdw, 3)為關(guān)于Fcdw的3次多項(xiàng)式；R(Fchw, 2)為關(guān)于Fchw的2次多項(xiàng)式；R(Fcdw, 3)和R(Fchw, 2)中的多項(xiàng)式系數(shù)通過廠家數(shù)據(jù)擬合得到。

2.2 離心水泵能耗模型

離心水泵是系統(tǒng)的輸運(yùn)設(shè)備之一。離心泵的揚(yáng)程-流量特性關(guān)系和功率-流量特性關(guān)系可按下面的二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合[18]：

式中，H為離心泵的揚(yáng)程，m；F為離心泵的流量，kg/s；W為離心泵單位時(shí)間的能耗，kW；p0～p2和q0～q2分別為擬合系數(shù)。

通過改變離心泵的供電頻率來控制離心泵的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水流量的調(diào)節(jié)。離心泵供電頻率f和泵轉(zhuǎn)速n呈正比關(guān)系，即：

式中，下標(biāo)0表示離心泵在工頻下工作，下標(biāo)1表示離心泵在實(shí)際供電頻率下工作。

當(dāng)泵轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，水流量F、揚(yáng)程H、功率P滿足下列關(guān)系：

2.3 冷卻塔散熱量模型

冷卻塔的作用是將冷卻水的熱量散發(fā)到空氣中。本文多冷水機(jī)組水系統(tǒng)中的冷卻塔為濕式逆流冷卻塔。在逆流式冷卻塔中，風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)室外空氣從塔底自下而上流過冷卻塔內(nèi)的填料，而冷卻水則由冷卻泵送到塔頂，自上而下地流過填料。在該過程中冷卻水和空氣直接接觸，發(fā)生傳熱傳質(zhì)過程，使冷卻水的熱量散發(fā)到空氣中。

冷卻塔的實(shí)際散熱量，可根據(jù)經(jīng)典傳熱效率系數(shù)法[19]按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，ε為冷卻塔的傳熱效率系數(shù)；mda為冷卻塔的質(zhì)量流量（以干空氣計(jì)），kg/s；Qct,air,lim為極限條件下冷卻塔的散熱量，kW；qct,air,lim為極限條件下流過冷卻塔單位質(zhì)量干空氣的散熱量，kJ/kg。

在極限條件下，冷卻塔出風(fēng)處的傳熱推動(dòng)力為零，即其出風(fēng)狀態(tài)達(dá)到飽和并且飽和溫度和冷卻塔進(jìn)水溫度相等，即：

式中，tDBo為冷卻塔出風(fēng)處的干球溫度，℃；tWBo為冷卻塔出風(fēng)處的濕球溫度，℃；Tctw,i為冷卻塔進(jìn)水溫度，K。

因此，極限條件下冷卻塔單位質(zhì)量干空氣的散熱量，可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，hsat,w,i為處于飽和狀態(tài)，飽和溫度和冷卻塔進(jìn)水溫度相等時(shí)的濕空氣比焓，kJ/kg；hair,i為冷卻塔進(jìn)風(fēng)濕空氣比焓，kJ/kg。

而冷卻塔的傳熱效率系數(shù)可以通過經(jīng)典的傳熱單元數(shù)（ε-NTU）[20]方法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于逆流式冷卻塔，ε的計(jì)算公式：

2.4 風(fēng)機(jī)能耗模型

風(fēng)機(jī)在額定頻率下功率和風(fēng)量的關(guān)系，可根據(jù)廠商提供的風(fēng)量和風(fēng)機(jī)能耗數(shù)據(jù)，按照下面的二次多項(xiàng)式擬合得到[18]：

式中，Pfan為風(fēng)機(jī)單位時(shí)間的能耗，kW；mda為質(zhì)量風(fēng)量（按干風(fēng)量計(jì)），kg/s；f0～f2為擬合系數(shù)。

改變風(fēng)機(jī)的供電頻率來控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。和離心泵類似，風(fēng)機(jī)風(fēng)量mda、能耗Pfan、以及頻率f和轉(zhuǎn)速n的關(guān)系：

2.5 系統(tǒng)的能耗模型

總體而言，多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的主要功能是將冷凍水的熱量轉(zhuǎn)移到室外空氣中，從而對(duì)冷凍水實(shí)現(xiàn)制冷。

多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的能耗模型的原理圖如圖2所示。該模型的輸入為系統(tǒng)的運(yùn)行條件，包括系統(tǒng)的總冷負(fù)荷Q以及室外干濕球溫度tDBo、tWBo。系統(tǒng)能耗模型包括3個(gè)子系統(tǒng)模型，即機(jī)組子系統(tǒng)模型，冷卻泵子系統(tǒng)模型和冷卻塔子系統(tǒng)模型。這些子系統(tǒng)能耗模型均由前述的設(shè)備模型構(gòu)成。3個(gè)子系統(tǒng)模型之間的相互關(guān)聯(lián)如下：機(jī)組子系統(tǒng)模型通過冷卻水供回水溫度和冷卻塔子系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián)，而冷卻泵子系統(tǒng)則通過冷卻水流量分別和機(jī)組子系統(tǒng)和冷卻塔子系統(tǒng)建立關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)能耗模型的輸出包括各個(gè)設(shè)備的出口參數(shù)及其能耗。

圖2 多冷水機(jī)組水系統(tǒng)能耗模型原理

求解系統(tǒng)能耗模型的關(guān)鍵在于確定各子系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)變量，使得系統(tǒng)的被控變量（冷卻水供水溫度設(shè)定值，冷卻水供回水溫差設(shè)定值）能夠收斂到控制設(shè)定值上。

求解系統(tǒng)能耗模型的流程如圖3所示。首先根據(jù)系統(tǒng)的冷負(fù)荷，冷卻水供水溫度設(shè)定值，冷凍水供水溫度設(shè)定值以及各臺(tái)機(jī)組的啟停狀態(tài)（由控制策略確定），通過機(jī)組子系統(tǒng)能耗模型計(jì)算其能耗和冷凝熱；然后根據(jù)冷凝熱、冷卻水供回水溫差設(shè)定值和各臺(tái)水泵的啟停狀態(tài)，通過冷卻泵子系統(tǒng)能耗模型計(jì)算冷卻水的流量，運(yùn)行冷卻泵的頻率和能耗；接著根據(jù)冷卻水的流量、冷卻水回水溫度、室外干濕球溫度以及冷卻塔總風(fēng)量的初值，通過冷卻塔子系統(tǒng)能耗模型，計(jì)算出冷卻塔的出水溫度。若計(jì)算得到的冷卻塔出水溫度收斂到設(shè)定值，則根據(jù)當(dāng)前各個(gè)子系統(tǒng)的能耗計(jì)算總的系統(tǒng)能耗，并將其與各個(gè)設(shè)備的出口參數(shù)一起輸出，系統(tǒng)模型求解結(jié)束；否則進(jìn)入迭代，調(diào)整風(fēng)量后重新求解冷卻塔子系統(tǒng)能耗模型，直到冷卻塔出水溫度求解結(jié)果收斂到設(shè)定值。

圖3 多冷水機(jī)組水系統(tǒng)能耗模型求解流程

3 不同控制策略下多冷水機(jī)組水系統(tǒng)能耗仿真及對(duì)比分析

多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的控制原理如圖4所示，包括3個(gè)控制回路：

圖4 多冷水機(jī)組水系統(tǒng)控制原理

1）冷卻水供水溫度控制回路：在該控制回路中，控制器#1通過調(diào)整冷卻塔運(yùn)行風(fēng)機(jī)的數(shù)量及其轉(zhuǎn)速，改變冷卻塔的總風(fēng)量，使得冷卻水的供水溫度控制在設(shè)定值上；

2）冷卻水供回水溫差控制回路：在該控制回路中，控制器#2通過調(diào)整冷卻泵的運(yùn)行數(shù)量及其轉(zhuǎn)速，改變冷卻水回路的流量，使得冷卻水的供回水溫差控制在設(shè)定值上；

3）冷水機(jī)組控制回路：在該控制回路中，控制器#3將根據(jù)一次側(cè)的供水溫度、回水溫度以及總流量，計(jì)算出當(dāng)前一次側(cè)的總冷負(fù)荷，以確定各臺(tái)機(jī)組的啟停狀態(tài)及其冷凍水出水溫度設(shè)定值，使得一次側(cè)的出水溫度控制在設(shè)定值上。

根據(jù)第2節(jié)所建立的多冷水機(jī)組水系統(tǒng)能耗模型，本節(jié)對(duì)所研究的多冷水機(jī)組水系統(tǒng)在4種不同運(yùn)行控制策略下典型日的運(yùn)行情況進(jìn)行了仿真。根據(jù)所獲得的仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)，本節(jié)采用能耗對(duì)比分析方法，對(duì)各運(yùn)行控制策略開展了評(píng)估。

3.1 典型日多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的運(yùn)行條件

選取夏季某一天作為典型日。典型日多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間為06:00—22:00，共16 h。圖5給出了典型日的室外干濕球溫度變化情況，在 07:00室外干濕球溫度最低，為 26.1 ℃/25.2 ℃；而在15:00室外干濕球溫度最高，為35.0 ℃/27.2 ℃。

圖5 典型日室外干濕球溫度隨時(shí)間的變化

圖6所示為典型日多冷水機(jī)組水系統(tǒng)承擔(dān)的逐時(shí)總冷負(fù)荷，在 06:00總冷負(fù)荷最低，為3 789 kW；而在13:00總負(fù)荷最高，為9 901 kW。

圖6 典型日多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的逐時(shí)總負(fù)荷

3.2 多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的可選運(yùn)行控制策略

為了比較不同運(yùn)行控制策略下多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的能耗情況，除了常規(guī)控制策略（策略1）外，另外引入3種可選運(yùn)行控制策略（策略2～策略4）。

策略1：機(jī)組根據(jù)多冷水機(jī)組水系統(tǒng)承擔(dān)的總冷負(fù)荷按表1順序啟停，一次泵隨配套的機(jī)組啟停，冷卻泵開啟數(shù)目和機(jī)組開啟數(shù)目相同，冷卻塔開啟數(shù)目和機(jī)組開啟數(shù)目相同。

表1 冷水機(jī)組的啟停順序

各運(yùn)行機(jī)組的冷凍水出水溫度設(shè)定為7 ℃；冷卻水供水溫度設(shè)定值為30 ℃；冷卻水供回水溫差設(shè)定值為5 ℃。

策略2：機(jī)組根據(jù)當(dāng)前多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的總冷負(fù)荷按表順序啟停；一次泵隨配套的機(jī)組啟停；冷卻泵開啟數(shù)目和機(jī)組開啟數(shù)目相同；冷卻塔開啟數(shù)目和機(jī)組開啟數(shù)目相同。

冷卻水供水溫度設(shè)定值32 ℃；冷卻水供回水溫差設(shè)定值5 ℃；各運(yùn)行機(jī)組的冷凍水出水溫度設(shè)定為7 ℃。

策略3：機(jī)組根據(jù)當(dāng)前多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的總冷負(fù)荷按表順序啟停；一次泵隨配套的機(jī)組啟停；冷卻泵開啟數(shù)目和機(jī)組開啟數(shù)目相同；冷卻塔開啟數(shù)目和機(jī)組開啟數(shù)目相同。

冷卻水供水溫度設(shè)定值30 ℃；冷卻水供回水溫差設(shè)定值7 ℃；各運(yùn)行機(jī)組的冷凍水出水溫度設(shè)定為7 ℃。

上述3套運(yùn)行控制策略在實(shí)際應(yīng)用中均較為常見。前兩套策略是在常規(guī)策略1的基礎(chǔ)上變更多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的設(shè)定值得到：其中策略2提高了冷卻水供水溫度，用于改善機(jī)組的冷卻條件；而策略3提高了冷卻水的供回水溫差，以減少冷卻水的總流量。

策略4：機(jī)組的啟停由優(yōu)化控制策略確定；冷卻泵開啟數(shù)目和機(jī)組開啟數(shù)目相同；冷卻塔開啟數(shù)目和機(jī)組開啟數(shù)目相同。

一次側(cè)供水溫度設(shè)定值7 ℃；各運(yùn)行機(jī)組的冷凍水出水溫度設(shè)定值由優(yōu)化控制策略確定；冷卻水供水溫度設(shè)定值30 ℃；冷卻水供回水溫差設(shè)定值5 ℃。

策略4根據(jù)總冷負(fù)荷確定機(jī)組啟停及運(yùn)行機(jī)組的出水溫度設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)降低冷水機(jī)組能耗的目的。機(jī)組優(yōu)化控制問題的數(shù)學(xué)表達(dá)式如(21)所示，目標(biāo)函數(shù)是冷水機(jī)組能耗，優(yōu)化控制變量包括各臺(tái)冷水機(jī)組的啟停狀態(tài)及其所承擔(dān)的負(fù)荷。

式中，Pch為并聯(lián)冷水機(jī)組的總能耗，kW；Qi為第i臺(tái)機(jī)組所承擔(dān)的負(fù)荷，kW，其允許的范圍為[Qi,min,Qi,max]；Pch_i(Qi)為第i臺(tái)機(jī)組的冷水機(jī)組能耗模型計(jì)算出的負(fù)荷為Qi時(shí)的能耗，kW；λi為第i臺(tái)機(jī)組的啟停狀態(tài)，0表示機(jī)組關(guān)閉，1表示機(jī)組運(yùn)行；L為多冷水機(jī)組水系統(tǒng)承擔(dān)的總冷負(fù)荷，kW。

上述優(yōu)化問題可采用粒子群優(yōu)化算法求解，相關(guān)參數(shù)配置如表2所示。

表2 冷水機(jī)組優(yōu)化負(fù)荷分配控制粒子群優(yōu)化算法參數(shù)配置

通過求解優(yōu)化問題(21)，可得到優(yōu)化的機(jī)組啟停狀態(tài)λi以及所需承擔(dān)的冷負(fù)荷Qi。根據(jù)Qi即可計(jì)算出各臺(tái)機(jī)組的冷凍水出水溫度設(shè)定值。

3.3 系統(tǒng)能耗仿真結(jié)果及對(duì)比

圖7所示為典型日系統(tǒng)在各個(gè)策略下的運(yùn)行能耗情況。圖7(a)顯示，策略4的逐時(shí)運(yùn)行能耗均低于另外3種策略。而圖7(b)表明，典型日不同策略下系統(tǒng)的能耗高低排序?yàn)椴呗?、策略1、策略3和策略4。

圖7 典型日系統(tǒng)在各個(gè)策略下的運(yùn)行能耗情況

運(yùn)行控制策略2～策略4相對(duì)于常規(guī)策略1在系統(tǒng)上的節(jié)能量和節(jié)能百分比如表3所示。該表顯示策略3和策略4存在節(jié)能效果，節(jié)能百分比分別約為1%和6%。

表3 典型日系統(tǒng)在不同策略下的節(jié)能量和節(jié)能百分比

進(jìn)一步分析典型日多冷水機(jī)組水系統(tǒng)在不同控制策略下，各子系統(tǒng)能耗所占比例的情況。圖8表明，4種控制策略下，機(jī)組子系統(tǒng)的能耗所占比例均為最大（約為85%），冷卻泵子系統(tǒng)次之（約為12%），而冷卻塔子系統(tǒng)最少（約為3%）。

圖8所示為典型日不同控制策略下各子系統(tǒng)的能耗占比。由圖8可知，相對(duì)于常規(guī)控制策略，策略2在冷卻塔子系統(tǒng)產(chǎn)生節(jié)能效果，策略3在冷卻泵子系統(tǒng)產(chǎn)生節(jié)能效果，而策略4在機(jī)組子系統(tǒng)產(chǎn)生節(jié)能效果。

圖8 典型日不同控制策略下各子系統(tǒng)的能耗占比

表3顯示，對(duì)于系統(tǒng)能耗而言，僅策略4產(chǎn)生

明顯的節(jié)能效果，策略3有節(jié)能效果但是不明顯，策略2的能耗更是高于常規(guī)策略1。一方面是由于各子系統(tǒng)的能耗占總能耗的比例不同，另一方面是由于各子系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)，針對(duì)某個(gè)子系統(tǒng)的節(jié)能措施，有可能引起另一個(gè)子系統(tǒng)能耗增加，部分甚至全部抵消了節(jié)能效果。以策略2為例，該策略能給冷卻塔子系統(tǒng)帶來較為顯著的節(jié)能效果（約為27%），但是同時(shí)引起了機(jī)組子系統(tǒng)能耗的增加（3.44%），系統(tǒng)總能耗反而有所增加（1.97%）。

4 結(jié)論

本文引入了一套典型的多冷水機(jī)組水系統(tǒng)作為研究對(duì)象，建立該多冷水機(jī)組水系統(tǒng)的能耗模型，在典型日運(yùn)行情況下，選用4種不同運(yùn)行控制策略進(jìn)行仿真和能耗對(duì)比分析，得出如下結(jié)論：

1）在策略4下，機(jī)組子系統(tǒng)的運(yùn)行能耗最低，為20 631 kW·h，約占水系統(tǒng)能耗的84.1%；

2）在策略3下，冷卻泵子系統(tǒng)的運(yùn)行能耗最低，為2 429 kW·h，約占水系統(tǒng)能耗的9.3%；

3）在策略2下，冷卻塔子系統(tǒng)的運(yùn)行能耗最低，為703 kW·h，約占水系統(tǒng)能耗的2.6%；

4）在策略4下，整個(gè)水系統(tǒng)的運(yùn)行能耗最低，為24 534 kW·h；在策略2下，整個(gè)水系統(tǒng)的運(yùn)行能耗最高，為26 850 kW·h。