一种区域供冷冰蓄冷系统的设备容量优化配置方法

技术领域

本发明属于暖通空调技术领域，特别涉及一种区域供冷冰蓄冷系统的设备容量优化配置方法。

背景技术

区域供冷系统是为了满足某一特定区域内建筑群落的集中供冷、供热需求，由专门的区域能源中心站集中制备冷水，通过区域管网进行供给的一个或多个中央空调冷源系统。冰蓄冷技术是利用夜间电网低谷时间，利用低价电制冰蓄冷，将冷量储存起来，而在白天空调高峰负荷时，将所蓄冰冷量释放满足空调高峰负荷需要的成套技术。区域供冷系统常与冰蓄冷技术相结合，利用峰谷电价差，移峰填谷，提高电网用电负荷率。减少制冷主机装机容量，也减少用能成本。

然而由于区域供冷系统规模庞大，冰蓄冷系统又较为复杂，设备类型较多，且用户建筑接入时间不一致，系统需分期建设，导致系统建设难度大、周期长，其设备配置容量与系统初投资和系统运行费用的关系非常大，是系统建设前期考虑的主要问题之一。

发明内容

发明目的：目前，一般供冷系统的设备容量配置仅考虑满足最大冷负荷要求即可，而忽视对设备投资和运行费用的综合考虑，造成设备配置不合理，对于规模较大且复杂的区域供冷冰蓄冷系统，设备投资和运行费用更是较难确定。本发明所要解决的技术问题是解决区域供冷冰蓄冷系统建设前期设备配置容量的确定方法，提升区域供冷冰蓄冷系统投资和运行经济性。

本发明具体提供了一种区域供冷冰蓄冷系统的设备容量优化配置方法，包括以下步骤：

步骤1，项目信息及负荷分析：根据输入项目信息进行区域供冷冰蓄冷系统的动态负荷模拟、负荷特征分析；

步骤2，对系统设备规划进行求解；

步骤3，蓄冰装置优化：根据预判设备容量进行蓄冰、融冰平衡计算，确定蓄冰设备容量；

步骤4，输出各设备容量。

步骤1中，所述区域供冷冰蓄冷系统包括如下设备：基载冷水机组、双工况冷水机组、蓄冰装置、供冷板换、融冰板换；

所述基载冷水机组用于承担基础冷负荷，夜间双工况主机进行蓄冰时，双工况主机和蓄冰装置无法供冷，此时由基载冷水机组进行供冷，夜间的空调冷负荷由基载冷水机组承担；

所述双工况冷水机组通过阀门切换，夜间谷电价时与蓄冰装置连接，进行蓄冰；昼间与供冷板换连接，进行供冷；

当夜间双工况冷水机组与蓄冰装置进行蓄冰时，由所述基载冷水机组供冷，承担夜间冷负荷；

所述蓄冰装置与融冰板换连接，蓄冰装置于昼间融冰，并通过融冰板换换热后，进行供冷；

所述双工况冷水机组与供冷板换、基载冷水机组、蓄冰装置与融冰板换可于昼间联合供冷或各自供冷。

步骤1中，所述区域供冷冰蓄冷系统能够实现的运行工况包括：

双工况冷水机组与蓄冰装置夜间蓄冰工况，同时基载主机夜间供冷工况；

双工况冷水机组与供冷板换昼间供冷工况；

基载冷水机组昼间供冷工况；

蓄冰装置与融冰板换昼间供冷工况；

双工况冷水机组与供冷板换、基载冷水机组、蓄冰装置与融冰板换昼间联合供冷工况。

步骤1中，所述负荷特征分析的结果包括区域供冷冰蓄冷系统的冷负荷随时间逐时变化数据及曲线图、最大冷负荷。

步骤2包括如下步骤：

步骤2-1，根据不同工况的运行时间、项目最大冷负荷对各设备容量赋值；

步骤2-2，根据各设备容量进行设备初投资计算，根据冷负荷随时间逐时变化数据进行运行费用计算，得到本寿命周期内费用；

步骤2-3，根据多目标规划求解理论判断本寿命周期内费用是否大于本寿命周期内费用的最小值，如果是，则根据步骤2-1中各设备容量的赋值预判出设备容量，否则返回步骤2-1，重新对各设备容量赋值，进行寿命周期费用循环判断。

步骤2-1中，所述对各设备容量赋值的逻辑关系为：

A

L

其中，L

步骤2-2中，所述根据冷负荷随时间逐时变化数据进行运行费用计算，具体包括如下步骤：

步骤2-2-1，夜间蓄冰运行费用：逐时运行费用

步骤2-2-2，夜间供冷运行费用：逐时运行费用

步骤2-2-3，当昼间逐时冷负荷Ln≤A

步骤2-2-4，当A

步骤2-2-5，当A

步骤2-2-5，区域供冷冰蓄冷系统总运行费用O

其中，L

所述根据各设备容量进行设备初投资计算是将用于区域供冷冰蓄冷系统的设备价格和设备容量进行了拟合，各设备价格随容量变化的函数具体包括：

基载冷水机组价格为抛物线函数：

其中，y

双工况冷水机组价格为抛物线函数：

其中，y

供冷板换价格为线性函数：

y

其中，y

融冰板换价格为线性函数：

y

其中，y4为融冰板换价格，单位为元；x

蓄冰装置价格为线性函数：

y

其中，y

步骤2-3中，本寿命周期内费用的最小值Min判定依据如下：

其中，y

步骤3包括：采用如下公式进行进行蓄冰、融冰平衡计算：

其中，A′

蓄冰设备容量的计算公式如下：

A

其中，A

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本方法结合系统负荷特性，考虑全寿命周期内系统的初投资及运行费用，对区域供冷冰蓄冷系统中各设备的容量、配置进行优化，提高系统的投资和运行经济性，同时提高各设备的使用率，具有极高的应用和推广价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明所涉及系统设备原理图。

图2是本发明的优化配置方法流程图。

具体实施方式

如图2所示，本发明将区域供冷冰蓄冷系统的设备容量优化配置方法分为以下四个模块：项目信息及负荷分析模块、设备规划求解模块、蓄冰装置优化模块、输出结果模块。

项目信息及负荷分析模块，用于输入项目信息、动态负荷模拟、负荷特征分析。本模块的模拟和分析是暖通行业的一种常规手段，即动态负荷模拟、负荷特征分析可以采用常规的比较成熟的商业化动态负荷分析软件进行，在此不再赘述。

设备规划求解模块，用于输入不同工况运行时间、各设备容量赋值，以及进行设备初投资计算、运行费用计算、寿命周期费用循环判断、预判设备容量。

蓄冰装置优化模块，用于预判设备容量、蓄冰、融冰平衡计算、确定蓄冰装置容量。

输出结果模块，用于输出设备容量。

本发明所涉及区域供冷冰蓄冷系统包括基载冷水机组、双工况冷水机组、蓄冰装置、供冷板换、融冰板换，其系统原理图见图1，双工况冷水机组通过阀门切换，夜间谷电价时与蓄冰装置连接，进行蓄冰；昼间与供冷板换连接，进行供冷。当夜间双工况冷水机组与蓄冰装置进行蓄冰时，由基载冷水机组供冷，承担夜间冷负荷。蓄冰装置与融冰板换连接，蓄冰装置于昼间融冰，并通过融冰板换换热后，进行供冷。双工况冷水机组与供冷板换、基载冷水机组、蓄冰装置与融冰板换可于昼间联合供冷或各自供冷。。图1中各部件编号及名称如下：

1是基载冷水机组，2是双工况冷水机组，3是供冷板换，4是融冰板换，5是蓄冰装置，6、7是冷却塔，V1～V4是电动切换阀门，P1、P3～P8均为循环水泵，P2为乙二醇泵。

本发明所提出的区域供冷冰蓄冷系统设备容量优化配置方法，通过输入项目信息，利用动态负荷分析软件，得到冷负荷随时间逐时变化数据及曲线图、最大冷负荷。

本发明所提出的区域供冷冰蓄冷系统设备容量优化配置方法，双工况冷水机组通过供冷板换换热后进行供冷，双工况冷水机组与供冷板换换热量相等；同时，基载冷水机组制冷量、供冷板换换热量、融冰板换换热量应满足最大冷负荷需求，其逻辑关系及限定条件如下：

A

其中，L

本发明所提出的区域供冷冰蓄冷系统设备容量优化配置方法，其运行费用计算时逻辑关系如下：

(1)夜间谷电时蓄冰，运行费用为双工况冷水机组的蓄冰费用，即

(2)在蓄冰的同时，基载冷水机组进行夜间供冷，承担夜间冷负荷，其运行费用为

(3)当昼间逐时冷负荷Ln≤A

(4)当A

(5)当A

(6)区域供冷冰蓄冷系统总运行费用O

其中，L

本发明将用于系统的设备价格和设备容量进行了拟合，各设备价格随容量变化的函数如下：

(1)基载冷水机组价格为抛物线函数，

(2)双工况冷水机组价格为抛物线函数，

(3)供冷板换价格为线性函数，y

(4)融冰板换价格为线性函数，y

(5)蓄冰装置价格为线性函数，y

本发明中寿命周期内费用最小值判定依据如下：

其中，y

本发明按照逐时动态负荷求解运行费用，按照上述步骤不断调整设备容量配置，直至达到初投资和系统使用年限内运行费用最小为止。

本发明需进一步考虑蓄冰、融冰平衡，其计算依据如下：

其中，A

蓄冷设备容量的计算依据如下：

A

其中，A

具体实现中，本申请提供计算机存储介质以及对应的数据处理单元，其中，该计算机存储介质能够存储计算机程序，所述计算机程序通过数据处理单元执行时可运行本发明提供的一种区域供冷冰蓄冷系统的设备容量优化配置方法的发明内容以及各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，ROM)或随机存储记忆体(random access memory，RAM)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术方案可借助计算机程序以及其对应的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机程序即软件产品的形式体现出来，该计算机程序软件产品可以存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台包含数据处理单元的设备(可以是个人计算机，服务器，单片机。MUU或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本发明提供了一种区域供冷冰蓄冷系统的设备容量优化配置方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。