计算机节能

计算机节能（共9篇）

计算机节能 篇1

信息技术的迅猛发展使得数字信息呈爆炸式增长, 新产生的数字信息以每年以30%的速度递增, 磁记录方式以其特有的优势成为当今信息社会不可或缺的数字信息记录方式, 高可靠、大容量、高性能的磁盘存储系统成为当前学术界和工业界研究的热点。大规模磁盘存储系统将大量磁盘组合起来并使用各种方法来提高存储系统的可靠性、性能和容量, 但磁盘的高能耗已变成影响存储系统运行成本和数据可靠性的关键因素之一。如何有效降低磁盘存储系统的能耗, 成为摆在存储研究人员面前的一个重要问题。

1 磁盘工作原理及能耗

一个典型的磁盘由如下部件构成:磁盘片、磁头、磁头臂、永磁铁、音圈马达、主轴和空气过滤片等。磁盘响应一个I/O请求, 一般可分为以下4个阶段:

1.1 寻道阶段

磁头移动到对应的柱面上;

1.2 旋转阶段

等待盘片旋转到对应的位置上;

1.3 数据传输阶段

磁头从盘片上读取数据或写入数据到盘片上;

1.4 空闲阶段

当前I/O请求响应完毕后到开始响应下一个I/O请求之间的阶段。

如图1所示, 磁盘的工作状态大致可分为下列3个主要状态:活动状态、空闲状态和待机状态。当磁盘处于活动状态时, 盘片高速旋转, 磁头同时也在寻道、定位或存取数据, 此时磁盘的能耗最大;当磁盘处于空闲状态时, 盘片保持旋转状态, 磁头臂停止运转, 其他大多数电子器件处于关闭状态, 此时磁盘的能耗较其处于活动状态时稍低;而当磁盘处于待机状态时, 除电子器件关闭外, 盘片也停止旋转, 磁头归位, 此时磁盘的能耗最低。但磁盘从待机状态返回到数据存取状态所需的时间长达数秒 (实际时间的长度依磁盘的不同而有所差异) 。在磁盘的各个耗能部件中, 诸如盘片、磁头臂等机械部分耗能最多。

2 节能预取算法

2.1 磁盘能耗影响因素

现代磁盘支持多种能级服务模式, 一般有工作 (磁盘读/写) 、休眠、空闲等能量状态。工作状态是一种高能耗状态, 当应用程序请求服务时, 系统将磁盘调度到工作状态, 服务过程中磁头的不断移动, 盘片的高速旋转, 都需要大量的能量支撑。另外, 当磁头移动到盘片指定区域读写数据时, 磁头臂也需要进行移动, 虽然过程很短, 但也需要较大的电流。休眠状态没有磁头与盘片的物理运动, 是一种能量有效的状态, 但它的缺点就是给服务带来了延迟, 一定程度上影响了性能。空闲状态是一种基于活动与休眠状态之间的过渡状态, 它没有磁头的径向移动, 但盘片仍然处于高速运转当中。该状态设计的好处就是当下一个请求到来时, 磁盘能立刻反应, 缩短了I/O等待时间。

2.2 预取的关键问题

磁盘有多种状态的切换, 如果刚刚完成一次服务, 把磁盘调度到休眠状态, 现又有新的请求, 磁盘需重新启动, 直到服务完成。如果两次请求的时间比较短, 磁盘还来不及休眠, 又要回到服务状态, 这个代价是相当高的。因此在什么时候将磁盘调度到休眠状态至关重要。假设磁盘支持三种状态, 设Pi (i=1, 2, 3) 分别表示工作、空闲、休眠时期的磁盘运作功率, ti (i=1, 2, 3) 表示在一段时间T内各种状态维持的时间, tspin-up表示磁盘启动需要的时间, Espin-up表示启动需要的能量, tspin-down表示停转需要的时间, Espin-down表示停转需要的能量, nspin-up坤表示时间T内磁盘启动切换的次数, nspin-down表示时间T内磁盘停转切换的次数, 则总个时间T内, 磁盘消耗的总能量E (T) 可以表示式 (1) 为,

由此公式看, 磁盘能耗的大小与各种状态的持续时间, 以及状态切换的次数紧密相连。当磁盘完成一次服务时, 是继续保持在空闲状态还是调度到休眠状态, 这与下次请求的时间关系紧密。

3 磁盘系统节能途径

磁盘存储系统的节能途径有两个:a.降低单个磁盘所消耗的能量;b.减少消耗能量的磁盘个数。

3.1 降低单个磁盘所消耗的能量

根据磁盘的运行原理及其物理特征, 降低单个磁盘所消耗的能量主要从如下三方面着手:细分磁盘活动状态, 减少磁头定位开销和延长磁盘处于空闲状态的周期。

3.1.1 细分磁盘活动状态

针对服务器负载下空闲周期较短而使磁盘转入待机状态的问题, 提出动态转速磁盘 (DRPM) 的概念, 即将磁盘的盘片旋转速度分为多个速度等级, 在系统负载较轻时使磁盘运转在低速旋转状态;而当系统负载变重时, 将磁盘相应调整为高速旋转状态。实验表明, 动态转速磁盘模型可有效地降低磁盘所消耗的能量, 且系统轻负载时的节能效果优于系统重负载时的节能效果。

3.1.2 减少磁头定位开销

从磁盘的工作原理可知, 磁盘的性能和能耗均受制于磁头定位延迟, 让磁盘尽可能进行顺序访问是减少磁头定位开销的最有效的方法。Huang等人为数据创建多个副本并将其存储在文件系统的空闲块上, 通过I/O调度的方法使用户请求尽可能地顺序访问磁盘上的数据, 从而既提高了用户性能又有效地降低了能耗。实验表明, 该方法使得每个请求的平均能耗降低了40%~71%。

3.1.3 延长磁盘处于空闲状态的周期

延长磁盘处于空闲状态的周期是最常用、最可行的一种磁盘节能技术。在单磁盘上的延长磁盘空闲时间的节能方法也可应用到磁盘存储系统。该技术通常与其他节能技术混合使用, 比如利用Cache来缓存写操作从而产生I/O突发周期, 或将请求重定向到其他磁盘上以延长该磁盘的空闲周期。

3.2 减少消耗能量的磁盘个数

在由多磁盘组成的存储系统中, 减少消耗能量的磁盘个数是降低系统能耗最有效的方法之一, 如PARAID, MAID和PDC等技术。它们通过利用I/O访问的负载特性, 在负载比较轻的时候关闭一部分磁盘来节能, 并通过请求重定向技术或数据再分配技术响应用户请求。另外一种方法是利用用户访问的热度特性将热点数据聚集到小部分的磁盘上, 进而关闭其它磁盘来达到节能的目的, 这种方法的典型代表如PDC技术。

结束语

总之, 存储的研究在整个计算机系统结构中也显得越来越重要, 而数据密集型和I/O密集型应用问题更是当前高性能计算的主要应用。总体说来, 计算机的存储研究呈现出以下的趋势:大容量、网络化、容错性和高效性。因此, 可以预见, 未来对于分布式高性能计算和存储系统的能耗研究将成为主要方向。

计算机节能 篇2

公共机构综合能耗计算举例（供大家参考）

某公共机构单位基本情况：用能人数为 50 人，公车数量为 3 辆，单位建筑面积 1400平方米。消耗能源情况：2010 年全年的电力消耗 量 12500 千瓦时（度），费用 10000 元；水量 2500 立方米，费用 6000 元；煤耗量 2000 公斤（2 吨），煤费 9000 元；汽油量 12340 升，油 费 92550 元； 柴油量 4200 升，费用 31500 元； 天然气量 6000 立方米，天然气费用 10800 元，如何计算这个公共机构的综合能耗和单位建筑 面积能耗以及人均能耗。（以上数据随意取值，不代表某个单位）

一、综合能耗：

（一）电耗计算成吨标准煤方法为：12500 千瓦时×0.1229 千克 标准煤/千克（折标系数）÷1000 千克=1.53625 吨标准煤;

（二）煤耗计算成吨标准煤方法为：2000 公斤×0.7143 千克标 准煤/千克（折标系数）÷1000 千克=1.429 吨标准煤.（三）汽油计算成吨标准煤方法为：12340 升×0.725 千克× 1.4714 千克标准煤/千克（折标系数）÷1000 千克=13.164 吨标准煤。

（四）柴油计算成吨标准煤方法为：4200 升×0.83 千克×1.4571 千克标准煤/千克（折标系数）÷1000 千克=5.079 吨标准煤。

（五）天然气计算成吨标准煤方法为：6000 立方米×1.2143 千克 标准煤/立方米（折标系数）÷1000 千克=7.286 吨标准煤。综合以上（综合以上

（一）+

（二）+……+

（五）=28.49tce（吨标准煤）……+ =28.49tce（吨标准煤）49tce

二、单位建筑面积能耗： 28.49tce(吨标准煤)÷1400平方米= 0.0204tce/㎡。

三、年人均综合能耗： 28.49tce(吨标准煤)÷50 人= 0.5699tce/人·年。注：水不计入综合能耗，仅作为单位能源消耗参考。折标系数按统

1、原煤：1千克原煤=0.7143千克标准煤（4500～5500千卡/千克）

2、天然气：1立方天然气=1.33千克标准煤

3、汽油：1千克汽油=1.4714千克标准煤

4、柴油：1千克柴油=1.4571千克标准煤

5、煤油：1千克煤油=1.4714千克标准煤

6、液化石油汽：1千克液化石油气=1.7143千克标准煤

7、电力：1千瓦时=0.1229千克标准煤

8、热力1：1百万焦耳=0.03412千克标准煤

9、热力2：1平方米供热=31.45千克标准煤（1平方米供热=0.9224百万千焦=0.9224 0.0341 1000=31.45千克）。汽油1升=0.725千克

;

柴油1升=0.83千克 折算后单位：千克标准煤 各项千克标准煤总和=总能耗

1、原煤：1千克原煤=0.7143千克标准煤（4500～5500千卡/千克）

2、天然气：1立方天然气=1.33千克标准煤

3、汽油：1千克汽油=1.4714千克标准煤

4、柴油：1千克柴油=1.4571千克标准煤

5、煤油：1千克煤油=1.4714千克标准煤

6、液化石油汽：1千克液化石油气=1.7143千克标准煤

7、电力：1千瓦时=0.1229千克标准煤

8、热力1：1百万焦耳=0.03412千克标准煤

计算机节能 篇3

【关键词】大工业电价；基本电费；负荷计算；利率电费；无功补偿；节能增效

用电工程投资、电费支出是大工业用户筹建初期及后期运行的一项较大开支，如何在政策允许、保证安全的前提下节约能源，减少用电开支，是各大工业用户关注的问题。

一、大工业电价的概念

大工业电价是指工业生产用户，设备容量在320KVA（含315KVA）及以上的用户，均实行大工业电价。

二、大工业用户的电费构成

大工业用户的电费由基本电费、电度电费，功率因数调整电费三部分构成。

三、如何运用电力负荷计算来实现节能增效

1.基本电费与用电负荷计算的关系

基本电费是由用户的设备容量决定的。在相同负荷的前提下，提高设备利用率，尽量减小设备容量，支出的基本电费就相应越少，平均电价就降低。相反，平均电价就越高。而想要提高设备利用率，准确的计算用电负荷是关键。

计算负荷的方法有很多，这里简单介绍一下需要系数法和单位面积功率法。

（1）用电设备额定容量的确定

进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。

①连续工作制电动机的设备功率等于其铭牌上的额定功率。

②短时或周期工作制电动机的设备功率应统一换算到负载持续率JCN 为25%下的有功功率。

换算公式为Pe=PNJCN0.25=2PNJNC

③电焊机的设备功率是指额定容量换算到负载持续率JNC为100%时的有功功率。

换算公式为Pe=SNJCN cosφ

SN——电焊机的额定容量，KVA；

JCN——铭牌上标注的负载持续率；

④整流器的设备功率是指额定直流功率。

⑤成组用电设备的设备功率是指不包括备用设备在内的所有单个用电设备的设备功率之和。

⑥白炽灯的设备功率为灯泡额定功率。气体放电灯的设备功率为灯管额定功率加上镇流器的功率损耗（荧光灯加20%，荧光高压汞灯、高压钠灯加8%）。

2. 生产企业电力负荷计算方法

（1） 需要系数法确定计算负荷

需要系数Kd考虑了以下的主要因素，为Kd=KΣKLηwlηe

kΣ——同时使用系数，即设备组在最大负荷运行的设备容量与接于线路中全部用电设备总额定容量之比；

kL——负荷系数，用电设备不一定满负荷运行，此系数表示工作着的用电设备实际所需功率与其额定容量之比；

ηwl——配电线路的平均效率；

ηe——用电设备组在实际运行功率时的平均效率。

实际上Kd是一个恒小于1的系数，必须根据当地的经济水平和用电情况具体分析。选择过大，增加设备投资造成不必要的浪费；选择过小，变压器过载，不安全。居民负荷，Kd随着户数的增大而减小，且减小的速率先急后缓。

①单台用电设备的计算负荷。用于选择分支导线及其配套使用的开关设备。

有功计算负荷P1=Peη

Pe——换算到统一负载下的电动机的额定容量；

η——用电设备在额定负载下的效率。

无功计算负荷Q1=P1tanφ

φ——用电设备的功率因数角

②用电设备组的计算负荷。用于选择各组配电干线及其配套使用的开关设备。

有功计算负荷P2=Kd∑Pe

Kd——用电设备组的需要系数；

∑Pe——用电设备组的设备额定容量之和。无功计算负荷Q2=P2 tanφ视在计算负荷S2=P22+Q22

③确定车间配电干线或车间变电所低压母线上的计算负荷。用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器容量的选择。

总有功计算负荷P3=KΣ∑P3总无功计算负荷Q3=KΣ∑Q2总视在计算负荷S3=P23+Q23

当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Qa，则当计算时Q3时，要减去无功补偿容量，即Q3=KΣ∑Q2–Qa

（2）单位面积功率法计算负荷

估算的有功功率Pjs为

Pjs=PA1000

P——平均每平方米计算有功功率（负荷密度），W/m2，可参照民用建筑负荷密度指标；

A——建筑面积，m2。

生产企业全厂的计算负荷是根据生产企业的供配电系统图，从用电设备开始，朝电流方向逐级计算负荷，最后求总和。

四、如何利用无功补偿设备优化配置来实现节能增效1.功率因数调整电费与无功补偿的关系功率因数是有功功率与视在功率的比值。COSφ=P/S

变压器容量不变的情况下，功率因数越高，有功出力越大，变压器的利用率越高。提高功率因数不但可以提高设备利用率，为企业节约电费支出，改善电压质量也有重要影响。大工业用户功率因数考核标准为0.90。用户的功率因数高于或低于规定的标准时，应按照规定的电价计算出用户的当月的电费后，再按功率因数换算所规定的百分数增、减电费。

2.提高功率因数的措施

提高功率因数的措施有：一是提高自然功率因数，提高变压器负载。一般变压器负荷小于0.4时，功率因数就显著下降，通常在0.5——0.85比较合适。二是人为改善功率因数。工厂的设备大多是电感性负载，安装静电电容器进行无功补偿。

例如：某企业没增装无功补偿前，功率因数在0.75左右，年利率电费25余万，通过无功补偿装置优化配置，功率因数提高到0.90左右，年利率电费下降到4万余元。仅一年就节约电费支出20多万元。收回投资时间仅为190天。在有功电量波动不大的情况下，月无功电量明显减少，功率因数显著提高，利率电费明显下降，达到节能增效的目的。

五、总结语

随着社会的进步和发展，大工业用户数量逐年上升，如何科学运用电力负荷计算及无功补偿设备优化配置，在工厂建设初期以及后期生产运行中发挥作用，减少企业电费支出、实现供配电系统安全经济运行、对于电力企业和电力用户而言都是十分关注的课题。笔者认为大工业用户合理的使用能源和电力資源，提高投资效益和运行的经济性，功在电网，利在自身。

参考文献：

[1]《供电企业高危和重要客户安全隐患辨识和防控措施》

中央空调计算机智能变频节能控制 篇4

我司F2厂中央空调供冷主要是生产工艺供冷和舒适性环境供冷, 总供冷面积为75530m2。目前制冷站配置美国特灵牌 (TRANE) 三级全封闭离心式冷水机组800USRT×3台, 1000USRT×3台, 冷冻水系统为二次泵系统, 24小时供冷。一次侧冷冻水泵37KW×3台, 45KW×3台;二次侧冷冻水泵90KW×3台, 132KW×2台, 90KW×2台, 22KW×3台, 30KW×3台, 18.5KW×3台, 分别供应1～3楼厂房、4～5楼厂房、5楼南侧厂房、中央餐厅、办公大楼;冷却水泵90KW×3台, 110KW×5台;冷却水塔风机11KW×18台。

中央空调系统的运行控制为传统的控制方式, 虽然冷水机组能够根据负荷的变化自动调节负载, 但冷冻水泵、冷却水泵和冷却水塔却风机不能根据冷水机组负荷的变化及时做出相应的自动无级调节 (只能人为根据负荷做出有限的手动调节、台数控制) , 故在冷冻水泵、冷却水泵和冷却水塔风机运行方面存在着较大的节电空间。另外, 冷水机组也因冷冻水泵、冷却水泵和冷却水塔风机无法及时无级调节, 造成冷水机组的能效比COP值 (制冷量与冷水机组马达功耗的比值) 无法始终保持在一个较高或最佳水平, 故冷水机组运行方面也存在着较大的节电空间。

为了响应国家节能减排号召, 降低公司空调运行成本, 非常有必要引进一套计算机智能变频控制节能系统对现有系统进行节能技术改造。

1 中央空调计算机智能变频控制节能系统

1.1 系统目标

实现空调系统负荷的跟随性, 突破传统中央空调系统的运行方式, 通过对中央空调能源运行系统的动态监测和闭环控制, 将空调冷水机组的冷冻水和冷却水定流量运行改为变流量运行, 实现空调冷水机组冷冻水和冷却水流量跟随末端负荷需求而同步变化, 在空调系统的任何负荷条件下, 都能既确保中央空调系统的舒适性, 又实现最大的节能。

保障空调冷水机组始终保持高的热转换效率, 按照中央空调冷水机组所要求的最佳运行参数去控制中央空调系统的运行, 根据系统的运行工况及制冷工质参数的变化, 通过计算机网络控制器动态调整空调系统运行参数, 确保空调冷水机组始终处于优化的最佳工作点上, 使机组始终保持具有高的热转换效率, 有效地解决了传统中央空调系统在低负荷状态下热转换效率下降的难题, 提高了系统的能源利用率。

实现中央空调全系统综合性能优化和协调运行。中央空调系统是一个较复杂的系统工程, 仅从局部去解决问题 (如采用通用变频器PID控制) 难以实现中央空调系统的最佳运行和节能, 必须针对空调系统的各个环节 (包括冷水机组、冷冻水系统、冷却水系统、冷却风系统、末端变风量空气调节箱等) 统一考虑, 全面控制, 使整个系统协调运行, 才能实现最佳综合节能。

有效克服控制系统过程的震荡, 采用多参量智能网络控制, 在系统出现外来扰动 (如负荷变化) 时, 能自适应地调整空调系统运行参数及过渡过程参数, 使系统能很快趋于新的优化的运行状态, 不会引起震荡, 系统运行稳定可靠。

1.2系统构成

本次系统改造是针对原有中央空调系统具体配置, 在原有控制设备基础上, 增设一套中央空调能效管理系统及其配套控制器, 实现该中央空调系统的计算机管理和节能控制。空调节能控制系统主要由计算机网络控制柜、冷冻水泵智能变频控制柜、冷却水泵智能变频控制柜、冷却水塔风机智能变频控制柜、现场计算机网络控制箱、各种传感器件以及系统软件组成。系统改造原理图, 如下图1。

1.3 系统配置

在值班室配置一套远程监控计算机和数据库等设备, 空调机房计算机智能控制器采用现场计算机网络控制柜和现场智能控制箱。现场计算机网络控制柜作为中央空调能效管理控制系统的核心设备, 内配置一体化工业控制计算机、通讯协议转换单元、数据交换机以及系统软件;现场智能控制箱内配置相应的传感器接口单元, PT100铂电阻输入单元等。

现场计算机网络控制柜于现场用通讯线缆与冷冻水泵智能变频控制柜、冷却水泵智能变频控制柜、冷却水塔风机智能变频控制柜、现场智能控制箱以及原有的空调控制柜连接。

现场智能控制箱于现场用通讯线缆与冷冻水供回水总管上安装的水温传感器、流量计、压差传感器、冷却水供回水总管上安装的水温传感器、室外温湿度传感器连接。

监控中心计算机系统通过协议解析, 可与以上各控制柜 (箱) 进行通信, 通过对空调系统全面的参数采集, 实现对空调系统运行的集中监测、节能控制和管理。

1.4 冷冻水泵智能变频控制系统改造

冷冻水智能控制系统设置冷冻水泵智能变频控制柜, 每个控制柜内均配置具有谐波抑制功能的丹佛斯VLT6000系列变频器、智能控制单元、智能传输单元、智能信号切换单元、多功能电能表和开关元器件等设备, 用于控制一次侧冷冻水泵6台和二次侧冷冻水泵13台。每台水泵智能变频控制柜以及各控制单元经传输导线与现场计算机网络控制柜连接。

冷冻水系统供回水总管间安装水流压差传感器ΔP;冷冻水泵供回水总管上分别安装有水温传感器1T、2T;冷水机组冷冻水进出管上安装有水温传感器T11、T21;冷冻水回水总管上安装流量计Q1。每只流量计、水温传感器及水流压差传感器经传输导线与现场计算机网络控制箱连接。

原工频电机控制柜内的主电路不变, 断开原控制柜进线断路器与降压起动 (或 Y/Δ起动) 主电路的导线连接, 加导线改接至对应水泵智能变频控制柜的进线端, 水泵智能变频控制柜的出线再返回原电机控制柜, 与降压起动 (或 Y/Δ起动) 主电路连接, 原控制电路的进线仍接至进线断路器的出线端, 当需作能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时, 可方便快捷地切换为原工频状态运行。

依所采集的实时数据及系统的历史运行数据, 计算出负荷需用制冷量及最佳温度、温差、压差和流量值, 并与检测到的实际参数作比较, 根据其偏差值控制冷冻水泵的转速, 改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量趋于智能控制器给定的最优值。

当原电机控制柜起动后, 智能控制器向对应变频器发出控制指令, 软起动冷冻水泵 (从0Hz升至设定低限频率值35Hz约10秒, 冷冻水泵的低限频率由现场调试确定为35Hz/高限频率为48Hz) , 水泵起动频率升至设定低限频率后, 按智能控制器输出的控制参数自动运行, 使系统在保证末端空调用户的舒适度需求的同时, 实现最大限度的节能。

机组运行时, 如果冷冻水出口温度、流量或供回水压差出现异常时, 系统会送出报警信号并采取相应的保护措施, 保证空调主机的安全正常运行。

1.5 冷却水泵智能变频控制系统改造

冷却水智能控制系统设置冷却水泵智能变频控制柜, 每个控制柜内均配置具有谐波抑制功能的丹佛斯VLT6000系列变频器、智能控制单元、智能传输单元、智能信号切换单元、多功能电能表和开关元器件等设备, 用于控制110kW冷却水泵共5台, 90kW冷却水泵共3台。每台冷却水泵智能变频控制柜以及各控制单元经传输导线与现场计算机网络控制柜连接。

依所采集的实时数据及系统的历史运行数据, 计算出负荷需用冷却水量及最佳温度、温差、压差和流量值, 并与检测到的实际参数作比较, 根据其偏差值控制冷却水泵的转速, 改变其流量使冷却水系统的供回水温度、温差、压差和流量趋于智能控制器给定的最优值。在冷水机组冷却水进出管上安装有T12、T22水温传感器, 每只水温传感器经传输导线与现场计算机网络控制箱连接。

原电机工频控制柜内的主电路不变, 断开原控制柜进线断路器与降压起动 (或 Y/Δ起动) 主电路的导线连接, 加导线改接至对应水泵智能变频控制柜的进线端, 水泵智能变频控制柜的出线再返回原电机工频控制柜, 与降压起动 (或 Y/Δ起动) 主电路连接, 原控制电路的进线仍接至进线断路器的出线端, 当需作能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时, 可方便快捷地切换为原工频状态运行。

当原电机控制柜起动后, 起动完毕信号送至智能控制器, 由智能控制器向对应的变频器发出指令, 软起动冷却水泵 (从0 Hz升至设定低限频率值35Hz约10秒) 。冷却水泵起动后, 按智能控制器输出的控制参数值, 调节各冷却水泵变频器的输出频率, 控制冷却水泵的转速, 动态调节冷却水的流量, 使冷却水的进、出口温度逼近智能控制器给定的最优值, 从而保证空调主机随时处于最佳热转换效率状态下运行, 实现系统在最佳工况下节能运行。

智能控制器设定了冷却水泵的最低运行频率35Hz (设定低限频率值为略大于中央空调冷水机组冷却水容许最低流量时对应的水泵运行频率) 和最高运行频率45Hz, 确保了中央空调冷水机组安全节能运行。

冷水机组运行时如果冷却水出口温度超过高限温度, 系统送出报警信号并采取相应的保护措施, 保证空调冷水机组的安全正常运行。

1.6 冷却水塔风机智能变频控制系统改造

冷却水塔风机智能变频控制系统设置冷却水塔风机智能变频控制柜, 每个控制柜内均配置具有谐波抑制功能的丹佛斯VLT6000系列变频器、智能控制单元、智能传输单元、智能信号切换单元、多功能电能表和开关元器件等设备, 用于控制冷却水塔风机18台。冷却水塔风机智能变频控制柜以及各控制单元经传输导线与现场计算机网络控制柜连接。在冷却水进回水总管上安装有水温传感器和现场环境温湿度传感器, 每只水温传感器经传输导线与现场计算机网络控制箱连接。

冷却水塔风机智能变频控制柜主电路的进线从原冷却塔风机控制柜的总进线端引来, 经多组导线与原冷却塔风机控制柜连接, 当需作能耗比较测试或变频器因严重故障短时间内不能恢复或置换时, 可方便快捷地切换为原工频状态运行。

接到启动指令后, 智能控制器向对应变频器发出控制指令, 软起动冷却水塔风机。风机起动后按设定低限频率25Hz运行约5分钟, 按智能控制器输出的控制参数值, 调节变频器的输出频率, 控制冷却水塔风机的转速, 动态调节冷却风量, 使冷却水的进口温度逼近智能控制器给定的最优值, 使冷却水入口温度保证空调冷水机组处于最佳运行工况。

倘若空调冷水机组冷却水进口水温低于智能控制器确定的优化值 (每个冷却水塔配置3台11KW风机, 水温低于24℃停1#风机、低于22℃停2#风机、低于20℃停3#风机;水温高于25℃启动3#风机、高于27℃启动2#风机、高于29℃启动1#风机) , 风机在低限频率25Hz运行10分钟后, 风机则自动停机, 直到水温升至智能控制器确定的动态优化值后再自动启动, 风机高限频率设定45Hz, 做到最佳节能运行。

1.7 中央空调计算机智能变频控制节能系统改造的安全要求:

变频器采用具有谐波抑制功能的丹佛斯VLT6000系列产品, 所有水泵和风机实施智能变频控制后, 均可切换到原来传统的工频控制模式运行, 如Y-△启动。

上位主机采用优质工控一体机, 稳定可靠的网络智能控制软件, 各风机、水泵由智能控制单元与上位机通讯, 上位机若发生故障, 各风机、水泵能维持现状运行, 不影响空调系统运行安全。

计算机智能变频控制节能系统除实现中央空调的高效节能以外, 同时还可实现系统大功率泵组和风机的平滑启动, 减少启动冲击和机械磨损, 减少设备故障和延长设备使用寿命。

2 中央空调能效管理系统

中央空调能效管理系统是由系统软件和通讯网络组成, 是中央空调计算机智能变频控制节能系统的大脑神经中枢, 其网络架构原理图, 如下图2。

2.1 中央空调能效管理系统的控制对象

⑴自动跟踪空调负荷的变化, 调节系统水泵、风机转速并对运行参数进行修正, 达到节能效果。

⑵对冷冻水系统、冷却水塔风系统实现参数集中监测, 设备自动化控制。

⑶自动控制冷冻水、冷却水流量, 确保中央空调冷水机组的安全经济运行。

2.2 中央空调能效管理系统功能

中央空调能效管理系统是新一代中央空调节能控制产品, 具有强大的管理功能。传统的中央空调系统管理是依靠人工管理, 离不开操作人员到现场去进行监视和操作。中央空调能效管理系统提供了一个先进的智能化中央空调运行管理的技术平台, 可把用户丰富的运行管理经验和运行要求输入计算机, 它就会忠实地自动执行管理者的旨意, 使用和管理中央空调系统更加高效节能和省心省力。

运行管理功能:机组启、停运行选择策略;年控制策略;周控制策略;分时段服务质量控制策略;季节修正策略;系统维护预测策略等。

数据管理功能:权限管理;能耗分析;故障记录;操作记录。

系统运行参数值设置功能:冷冻水系统运行参数值设置;冷却水系统运行参数值设置;冷却风系统运行参数值设置。

系统控制功能:手动控制、自动控制两种控制方式。可实现空调冷水机组启动、停止及运行控制;冷冻水系统设备启动、停止及运行控制;冷却水系统设备启动、停止及运行控制;冷却风系统设备启动、停止及运行控制。

空调冷水机组状态监测功能:机组运行状态 (运行, 停止, 故障, 维修) ;机组运行参数 (负荷率、输入功率及热转换效率 (COP) 等状态参数) ;机组冷冻水供水稳定;机组冷却水出水稳定。

冷冻水泵系统状态监测功能:运行状态 (运行, 停止, 故障, 维修) ;运行参数 (供水温度、回水温度、供/回水压差、总流量、旁通阀开度、水泵电机运行频率、空调服务质量级别等) 。

冷却水泵系统状态监测功能:运行状态 (运行, 停止, 故障, 维修) ;运行参数 (进/出水温度和流量、水泵电机运行频率等) 。

冷却风系统状态监测功能:运行状态 (运行, 停止, 故障, 维修) ;运行参数 (冷却风机运行频率等) 。

系统保护功能:系统设置了以下保护功能, 有效地保障冷冻水、冷却水和冷却风变流量工况下空调冷水机组安全节能、稳定运行。

电气保护 (过电压保护、过电流保护、过载保护等) ;冷冻水低流量保护;冷冻水供水低温保护;冷冻水供/回水低压差保护;冷冻水供/回水高压差保护;冷却水回/出水高温保护。

故障报警功能:系统运行参数越限报警;系统设备故障报警。故障报警方式分为声光提示报警 (在控制柜内设置电铃和在控制面板上设置故障指示灯) 和显示器画面报警。

2.3 系统控制模型:就地、远程;手动、自动控制模式。

冷冻水控制模型:空调冷冻水系统采用最佳输出能量控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时, 冷冻水供/回水温度、温差、压差和流量亦随之变化, 流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至现场网络智能控制器, 现场网络智能控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据, 实时计算出末端空调负荷所需的制冷量及冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值, 并与检测到的参数值进行比较, 根据其偏差值, 利用变频高速技术, 调节冷冻水泵的转速, 改变其流量使冷冻水系统的温差、供/回水温度、压差和流量运行在现场网络智能控制器给定的最佳值。

由于冷冻水系统采用了输出能量的动态控制, 实现空调冷水机组冷冻水跟随末端负荷的需求供应, 使空调系统在各种负荷情况下, 既保证末端用户的舒适性, 又最大限度地节省了冷冻水的输送能耗。

冷却水及冷却风控制模型:中央空调系统的运行热转换效率 (COP) 会受各种因数的影响而变化, 通过有效控制系统工质参数 (即运行环境) , 可以优化系统的运行效率, 然而, 这些参数的运行特征表现为非线性和时变性, 因而, 传统的或者简单的控制技术都难以取得满意的效果。

中央空调冷却水及冷却风系统采用最佳效率控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时, 中央空调冷水机组的负荷率将随之变化, 机组冷凝器的最佳热转换温度也随之变化。现场网络智能控制器依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据, 计算出冷水机组冷凝器的最佳热转换温度及冷却水最佳进、出口温度, 并与检测到的实际温度进行比较, 根据其偏差值, 利用变频高速技术, 调节冷却水泵和冷却水塔风机转速, 动态调节冷却水的流量和冷却水塔风机的风量, 使冷却水塔的进出口温度逼近现场网络智能控制器给定的最佳值, 保证中央空调冷水机组随时处于最佳效率状态下运行。

由于冷却水系统采用最佳效率控制, 保证了中央空调冷水机组在满负荷和部分满负荷的情况下, 均处于最佳工作状态, 始终保持最佳的能源利用率 (即COP值) , 从而降低了空调冷水机组的能量消耗, 同时因冷却水泵和冷却水塔风机经常在低于额定功率下运行, 也最大限度地降低了冷却水泵和冷却水塔风机的能量消耗。

3 结论

中央空调系统经过计算机智能变频控制节能系统改造后取得了显著的综合经济效益。

3.1 系统节电

中央空调系统进行计算机智能变频控制节能系统改造, 通过冷水机组能效比 (COP) 由1.61RT/KW提高到1.67RT/KW, 以及水系统效率的提高, 实现系统高效节能目的, 创造良好的经济效益;本系统改造投资费用RMB195万元, 节电率达20%以上, 获得福州市节能专项补助资金RMB29万元;经过一年多运行考核, 每年节省中央空调系统运行电费达RMB136万元。该节能系统已陆续在我司F1厂、F3厂推广应用, 均获得显著的节能效果。

3.2 冷却水塔节水

有效地控制了冷却水泵的流量和冷却水塔风机的风速, 减少冷却水塔飘水损失, 节省水资源浪费。

3.3 延长设备使用寿命

具备水泵电机软启动 (从0Hz升至设定低限频率约10秒) 的功能, 避免了电机、水泵因启动冲击的损害, 降低水泵启动时对电网和配电系统的冲击;系统自动根据负荷的变化降低了电机、水泵的运行转速, 减少机械磨损和发热, 延长设备使用寿命, 降低维护成本。

3.4 改善环境噪音

居住建筑节能计算分析 篇5

目前我国建筑节能发展目标如下:节能率现阶段总目标达到50%, 部分地区试行65%, 争取2020年建筑能耗达到发达国家20世纪末的水平。建筑节能的核心是减少建筑能耗, 提高建筑中的能源效率, 当今世界各国普遍关注建筑节能问题。

2 建筑节能参数控制

建筑节能是一个系统工程, 需要各环节、各专业密切配合, 目前节能率承担分布如下:围护结构分担节能率为13%~25%, 空调采暖系统分担的节能率为16%~20%, 照明设备分担的节能率为7%~18%。建筑节能控制参数主要有体型系数、窗墙比、遮阳率、热阻R、热惰性指标、采暖耗热量指标、空调耗冷量指标, 围护结构结露计算。

3 建筑节能参数计算

3.1 体型系数

其中, S为建筑物与室外大气接触的表面积;V为建筑物所包围的体积。

式 (1) 中计算时外表面积为不包括地面、封闭不采暖楼梯间隔墙和户门的面积, 对封闭阳台, 应计算其内隔墙面积, 若无内隔墙, 则按封闭阳台的外表面计算建筑物面积和体积, 对有人坡屋顶, 则按三棱柱计算。

3.2 窗墙比

其中, S1为某一单一朝向上的窗户洞面积;S2为该朝向的总面积。式 (2) 中以整个朝向为单位计算, 飘窗按窗洞的面积, 玻璃门应按窗户进行计算。

3.3 热阻计算

围护结构传热计算:

其中, Rj为材料层的热阻, m2·K/W;δj为材料层的厚度, m;λj为材料的导热系数, W/ (m·K) ;R0min为围护结构的最小传热阻;ti为冬季室内计算温度, ℃;te为围护结构冬季室外计算温度;Ri为围护结构内表面换热阻, m2·K/W;K为传热系数。

3.4 建筑物耗热指标计算

采暖建筑按照冬季室内环境设计和设定的计算条件, 计算出单位建筑面积单位时间内消耗掉的需要由采暖设备提供的热量。

3.5 建筑物耗冷指标计算

建筑物按照夏季室内环境设计和设定的计算条件, 计算出单位建筑面积单位时间内消耗掉的需要由空调设备提供的冷量。

其中, qc为空调运行时, 某一时刻单位建筑面积的冷负荷, W/m2;qc.t为某时刻温差作用下通过外围护结构传入建筑物的热量, W/m2;qc.s为某时刻透过外窗进入建筑物的太阳辐射热量, W/m2;qinf为某时刻由渗透空气带入室内的热量, W/m2;qc.I为某时刻内部得热所带来的热量, W/m2;qR为空调运行时, 建筑物耗冷量指标, W/m2。

3.6 围护结构结露计算

计算出内表面温度然后和露点温度进行对比, 大于露点温度就不会结露, 反之就会结露。

其中, ti为冬季室内设计计算温度;θ'i为内表面温度;R'0为热桥部位传热阻, m2·K/W;te为冬季室外计算温度;Ri为内表面换热阻, m2·K/W。

4 工程实例

某建筑热桥楼板 (墙内楼板) 构造类型如下:水泥砂浆 (20.0 mm) +钢丝网架聚苯板 (腹丝非穿透型) (70.0 mm) +水泥砂浆 (15.0 mm) +钢筋混凝土 (100.0 mm) , 查表后代入式 (3) 得出外墙热阻:

外墙传热系数:

代入式 (5) 经验算得θi=16.37℃, 故θi≥T露点, 热桥部位不会发生结露。

具体能耗分析如图1所示。

5 结语

通过对节能控制参数计算分析, 经建筑设计分析软件PBECA能耗分析表明, 当其余条件不变时, 体型系数越大, 节能率越小, 外墙传热系数K值的减小与能耗指标并非按非线性规律变化, 当K值降低到一定程度时, 对降低建筑能耗已无明显效果。因此在进行建筑设计时, 选择合适的体型系数, 适当的减小外墙传热系数有助于显著降低建筑能耗水平, 并降低建筑经济投入。

摘要：阐述了建筑节能的发展现状, 分析了节能计算中几个重要的节能控制参数, 并结合工程实例进行了节能计算, 验证了节能控制参数对建筑节能的影响, 从而达到以最经济的手段提高建筑物节能效率的目的。

关键词：建筑节能,节能参数控制,耗热量计算

参考文献

[1]宋德萱.建筑设计与技术[M].上海:同济大学出版社, 2010.

[2]DBJ 41/062-2012, 河南省居住建筑节能设计标准[S].

计算机节能 篇6

1 节能量计算

1.1 单耗法

单耗法指通过比较系统、装置或设备报告期与基期的单位产品综合能耗变化, 计算节能量的方法, 按式 (1) 计算:

式中:

E——技术措施节能量, 单位为吨 (t) 标准煤;

ebi——报告期 (技术措施后) 消耗的第i种能源实物量;

eji——基期 (技术措施前) 消耗的第i种能源实物量;

Mb——报告期产品产量;

Mj——基期产品产量;

ri——第i种能源折标准煤系数;

n——消耗能源的种类数。

该方法适用于产品产量变化较小、生产品种单一的技措项目, 如气井产量递减过快、处理量变化较大的技术措施不宜用此方法。

1.2 效率法

效率法指通过比较系统、装置或设备报告期与基期的效率变化, 计算节能量的方法, 按式 (2) 计算:

式中:

ηb——报告期平均效率值;

ηj——基期平均效率值。

该方法适用于负荷输出恒定且便于测算的技措项目 (例如, 在管道内涂刷了超光滑涂层机泵运行效率提高、增压机组改造后效率提高) 。

1.3 比较法

比较法指通过比较系统、装置或设备报告期与基期的综合能耗量、废弃能源资源回收利用量变化, 计算节能量的方法, 按式 (3) 计算:

该方法适用于节能效果不受产品产量、设备或系统效率影响的技术措施, 或产品产量、效率变化较大的技措, 能源回收利用等技措项目, 如井站优化简化、供能供水管网大修。

2 节水量计算

2.1 单耗法

单耗法计算节水量按式 (4) 计算:

式中:

W——技术措施节水量, 104m3;

wb——报告期新鲜水用量, 104m3;

wj——基期新鲜水用量, 104m3;

Mb——报告期产品产量;

Mj——基期产品产量。

2.2 比较法

比较法计算节水量按式 (5) 计算:

3 计算原则

1) 产品产量与能源消耗量、新鲜水消耗量的统计周期及范围应保持一致。

2) 基期与报告期能源消耗量、新鲜水消耗量宜为实际消耗量, 当采用考察期间消耗量推算基期或报告期消耗量时, 应说明其合理性。

3) 对于节能节水效果相对独立的技术措施, 采用累加的方式计算节能量与节水量;对于节能节水效果相互影响的多个技术措施, 应将其作为一个系统计算节能量与节水量。

4) 对回收利用废弃能源水资源技术措施 (如废水回用、余热余压利用等技术措施) 的节能节水量, 根据最终转化的可用能源量确定。

5) 新建项目应用节能节水新技术、新工艺、新设备、新材料所产生的节能节水量, 以及事故应急处置减少的能源和水资源量, 不纳入技措节能节水量统计计算。

6) 节能节水量计算值为负时表示节能或节水。

4 技术措施项目分类及推荐算法

通过收集整理分公司近3年技术措施项目, 将其分为适应性改造、能源资源综合利用、管理措施、节能“四新”技术应用4种类别。节能节水量计算应按优先次序依次选择采用单耗法、效率法、比较法进行计算, 技术措施节能节水量推荐算法见表1。

5 实例计算

为优化天然气净化工艺, 某净化厂组织实施了净化厂适应性改造工程, 将该厂3套脱硫装置 (280×104m3/d、200×104m3/d、80×104m3/d) 溶液由原来的砜胺溶液更换为MDEA溶液, 脱硫效率得到提高。该工程于2009年1月1日投入正常生产, 改造前后基础数据如表2所示。

按照表1的技术措施分类, 该技术措施属于节能“四新”技术应用中的新型脱硫剂或工艺应用。鉴于天然气净化厂产品单一, 适应性改造前后天然气处理量变化不大, 因此采用单耗法计算节能量和节水量。

该技术措施改造后对天然气净化厂主要工艺单元的用能用水量都产生了直接或间接影响, 因此单位产品确定为天然气净化厂的主要产品产量, 即净化气量, 能耗计算边界为厂总能耗和总水耗。

按式 (1) 计算得出节能量:

按式 (4) 计算得出年节水量:

该技术措施改造后年节能量为2 684.42 t标准煤, 年节水量为2.86×104m3。

6 结语

根据生产现场实际提出了3种节能节水量计算方法:单耗法引入了产品产量这一影响能耗多少的关键因素;效率法考虑到了系统、装置或设备的负荷、运行状态对能耗的影响;比较法主要用于生产无直接关系的节能节水项目。

计算机节能 篇7

1 建筑能耗简介

从单纯的某一角度去分析, 建筑能耗主要指的是当一个建筑物在建成投入使用中所发挥出功能和价值中所消耗的商品能耗总和。这里所谓的建筑能耗涵盖了通风、照明、空调、采暖、电气、厨房等各种能耗。而从全方位分析的话, 建筑能耗是从建筑结构施工方案的确立就开始着手研究的一个问题, 是涵盖了建筑设计、施工材料、使用能耗和拆迁能耗等方面的内容。通过实际工作我们总结发现, 其中使用能耗可谓是最为重要的一种, 这主要是因为它是一个长期性、经常性的, 而其他方面的能耗问题都仅仅是一个一次性能耗。一般情况下, 建筑物使用能耗和其他方面的能耗比例大约为9:1, 不应低于8:2, 因此世界各国都将使用能耗方面的节能作为建筑节能的重点。

2 计算机能耗模拟

计算机能耗模拟技术的发展是建筑节能实现和深化发展的主要技术问题, 是通过在工作中采用计算机技术提前设置好能耗问题, 设置出处理能耗的技术方案、节能要点以及最终评估, 从而实现节能工作的可靠、持续、正常开展, 以起到事半功倍之效果。

建筑能耗模拟是利用计算机建模和能耗模拟技术。确定影响建筑能耗的各种因素, 建立相应的数学模型对建筑物的能量特征进行分析。利用计算机技术对建筑能耗模拟的用途主要有:对建筑设计进行节能评价和优化;对建筑节能技术进行适用性选择;建筑的冷、热负荷计算;对建筑空调系统的设计以及进行建筑能源管理和控制系统的设计, 使建筑满足建筑节能规范和标准;进行节能成本分析;研究建筑节能措施。

2.1 面向建筑设计的计算机能耗模拟

在工作中, 通过改善传统外墙结构、改进窗户、门洞比例、选择一些其他的维护结构措施, 从而改进建筑室内的热环境, 降低由墙体、门窗所引起的室内能耗。然而对于这些措施与建筑环境、建筑能耗关系很难做到准确、及时的分析, 为此只有在工作中通过采用模拟计算的方法来进行动态分析, 从而做到评估方案的科学性和可行性。因此, 在分析和评价的标准上监理一个完善、系统的设计方案。一般在设计工作中都是采用增加外墙厚度的方法来提高夏季热量向室内的蔓延、降低冬季热损耗, 但是其也会引发建筑投资成本的上升, 从而使得投资继续线性增长, 因此在工作中需要合理的进行分析。

2.2 面向建筑设备的计算机能耗模拟

实际的空调系统是运行在各种可能出现的气候条件和室内使用方式下, 其大部分时间都不是运行在极端冷或极端热的设计工况而是介于二者之间的部分负荷工况下。这些可能出现的部分负荷工况情况多样, 特点各不相同, 往往在实际运行中出现问题, 或难于满足环境控制要求, 或出现不合理的冷热抵消, 导致能耗增加。通过全年的逐时动态模拟, 就会了解实际运行中可能出现的各种工况和各种问题, 从而在系统、结构及控制方案中采取有效措施[3]。

3 计算机能耗模拟的关键思想

能耗模拟辅助建筑节能设计构思本质上是建筑设计构思的计算机思维过程, 而建筑节能设计构思涉及的思维方法是全面的, 这区别于理性思维为主的工程能源设备设计及创造性思维为主的艺术创作。在设计过程中, 建筑师一方面要发挥空间想象力, 以设计经验和美学素养进行艺术的创造, 另一方面又要理性的结合设计要求和工艺条件, 运用建筑节能知识进行计算、推理和最优化分析, 并具有现实的可行性[4]。

计算机能耗模拟技术的发展为设计方法的实现和深化提供了技术基础, 我们可以在分析、综合、评价等设计过程中利用计算机的特点来处理逻辑描述与分析, 而让建筑师有更多的时间去处理创造性问题, 然后通过人机交互系统进行交流与更新。

4 结论

基于特定软件的计算机辅助可以在量化这个层面上为我们提出优秀的解决方案。依靠计算机辅助在建筑节能设计的最初阶段为设计提出大致方向, 并以之为起点展开设计。事实上, 以往由于完全依靠经验, 一个节能建筑尽管堆砌了大量节能设备, 但建筑自身的能耗特征却很可能由于造形上的追求而非常糟糕, 我们的研究目的就是希望能打破这种矛盾的设计理念, 尝试更科学的节能建筑设计方法。

摘要：叙述了当前计算机辅助建筑节能设计的背景、重要性、思路和相关技术, 就目前建筑节能设计中遇到的具体问题探讨了正确使用计算机进行能耗模拟的措施和对策。论述了计算机技术在建筑能耗模拟和工况运行监测等新领域的应用情况。

关键词：建筑节能,计算机模拟,能耗模拟

参考文献

[1]王军.建筑能耗与建筑节能设计[J].城市管理和科技, 2006, 8 (2) :85.[1]王军.建筑能耗与建筑节能设计[J].城市管理和科技, 2006, 8 (2) :85.

[2]叶国栋, 胡文斌.建筑节能优化设计方法概述[J].华北电力大学学报, 2005, 32 (2) :93-94.[2]叶国栋, 胡文斌.建筑节能优化设计方法概述[J].华北电力大学学报, 2005, 32 (2) :93-94.

[3]江亿.我国建筑能耗趋势与节能重点[J].绿色建筑特刊, 11.[3]江亿.我国建筑能耗趋势与节能重点[J].绿色建筑特刊, 11.

计算机节能 篇8

1 大庆油田天然气计量方式现状

天然气的计量在我国以体积计量为主, 目前大庆油田天然气计量主要有三种方式:孔板流量计计量、涡轮流量计计量和超声流量计计量。其中孔板流量计结构简单, 维修方便, 性能稳定, 已成为天然气计量的主要方式。据大庆油田天然气分公司统计, 大庆油田的天然气计量80%左右是孔板差压式流量计计量。随着科技发展, 现孔板流量计计量多引入孔板流量计计算机系统, 对天然气的压力、温度以及差压进行自动采集, 对天然气瞬时量和累计量进行自动计算。自动化程度的提高一方面有利于天然气的生产和传输过程的控制, 另一方面则由于压力、温度、压差等信号在传输过程中产生了一定量的信号衰减, 对测量或计量结果产生影响, 影响天然气生产控制和天然气流量的统计。

2 孔板流量计计算机系统的基本原理

孔板流量计计算机系统因生产厂家众多, 名称和外表各不相同, 但原理相同:用温度变送器、压力变送器、压差变送器将现场的温度、压力、压差转化为输出统一的4~20 m A的信号。其中, 4 m A值对应温度 (压力、压差) 的变化范围最小值, 而20 m A值对应温度 (压力、压差) 的变化范围最大值, 成比例线性关系, 从而可以将测量的电流值转化成对应的温度 (压力、压差) 值。孔板流量计计算机系统将采集到的压力、温度、压差和其他相关值引入相关计算从而得出天然气流量。

3 孔板流量计计算机系统的测试方法

天然气在计量过程中准确度非常重要, 不仅瞬量计算要准确, 而且累计量也必须准确。累计量计算准确的前提是瞬量计算必须准确。针对孔板流量计计算机系统的基本原理, 采用相应的两种测试方法, 即瞬时量测试和累积量测试。瞬时量测试就是将标准信号源连接到相对应的信号输入端子, 选取零点、常用工作点、最大值三个试验点, 给定标准信号, 记录标准信号值和瞬时量显示值, 根据标准信号值、仪表量程、工况修正等信息计算瞬时量的理论值。模拟信号每个测试点的误差按如下公式计算:

式中:

Esi——每个测试点的误差;

si——该测试点瞬时量显示值;

sbi——该测试点瞬时量的理论值;

smax——仪表量程上限对应的理论最大值。

在累积量测试时, 将标准信号源连接到相对应

的信号输入端子, 选取常用工况状态作为试验点, 给定主测量量和温压补偿量的标准信号, 记录T时间 (T≥30 min) 累积值。针对标准信号值, 通过应用Labview语言编写的标准软件进行数据处理。该软件根据GB/T 21466—2008《用标准孔板流量计测试天然气流量》、GB/T 17747.1—2011《天然气压缩因子的计算第1部分:导论和指南》、GB/T17747.2—2011《天然气压缩因子的计算第2部分:用摩尔组成进行计算》等相关标准提供的参数计算方法对天然气流量进行精确计算。通常固定参数作为常数一次性写入并计算, 不需修改, 如需要在测量前也可进行修改, 然后根据固定参数计算出导出参数。数据循环采集, 测得数据带入标准公式计算出天然气流量的瞬时量和累积量。同时, 根据累积量计算数学模型、温压补偿量等信息按照相关标准计算累积量的理论值。测试点的累积量误差按照如下公式计算:

式中:

EL——测试点的累积量基本误差;

L——该测试点T时间累积量显示值;

Lb——该测试点T时间累积量的理论值。

4 计算机系统测试的实际应用

根据以上测试方法, 对大庆油田天然气分公司下属单位进行相关测试, 在测试中发现某些孔板流量计计算机系统存在偏差较大, 天然气计量有争议。如天然气某单位, 孔板流量计计算机系统显示的天然气来气量同上游单位存在偏差, 经实地测量, 发现系统显示的瞬时量、累计量都和标准存在误差, 测试数据见表1。

根据测算, 其每年少计量的天然气量约为18.1×104m3, 经过数据调整后, 天然气加工能耗明显降低。

5 结语

水泥余热发电节能量计算方法探讨 篇9

据相关专家分析, 在余热发电系统投入运行后, 熟料产量会受到一定影响, 煤耗和电耗会有所上升, 标准煤耗会上升3~4kg/t, 综合电耗会上升2~4k Wh/t, 也就是说余热电站每多发lk Wh的电, 窑系统将多消耗1~1.12kg标准煤的燃料[1,2]。在生产管理中, 我们需要避免的是能耗上升幅度较大和系统运行不正常的情况。然而有些水泥企业单独设置发电部门, 对熟料生产和余热发电分别考核, 这就造成了两系统争风的问题, 最终导致熟料煤耗的增加。为此本文提出一种新的余热发电节能量计算方法, 供大家交流。

1 现阶段余热发电节能量的计算方法

现阶段余热发电节能量的计量方法如下:

式中:

Es———统计期内余热发电系统的节能量, kgce;

k———每千瓦时电力折合的标准煤量, kgce/k Wh, 取统计报告期上一年度国家公布的电力折算系数;

qhe———统计期内余热电站发电量, k Wh;

q0———统计期内余热电站自用电量, k Wh。

李黎[3]等人认为, 以窑系统+余热发电系统的前后实际消费电量差评价余热发电项目经济效益较易操作, 因为水泥企业余热发电的发电量只能自己消耗而不能外售, 因此如果企业余热电站发的电多, 外购的电也就相应减少。但是, 单纯考虑节电量而不考虑窑系统的煤耗, 实际上也是只考虑了余热发电系统。

单纯考虑电站的发电量, 在煤价便宜的情况下 (1kg标准煤的价格与1k Wh电的购电价格之比小于0.7的条件下, 采用其他措施可以增加水泥生产综合效益) , 企业会考虑增加熟料煤耗以增加发电量, 或是在单独考核发电部门业绩的情况下, 也会造成熟料能耗的增加。因此, 在计算余热发电节能量时必须综合考虑发电系统和生产系统。

探讨水泥企业余热发电节能量计算的新方法, 不但可以规范余热发电项目节能量的计算, 指导企业和第三方节能量审核机构对使用余热锅炉发电产生的节能量进行计算, 同时也可以避免部分企业利用非余热进行发电, 造成不必要的能源浪费。

2 综合考虑窑系统后的计算方法

新的计算方法综合考虑了水泥窑系统和余热发电系统。经过调研发现, 余热发电系统对窑系统既有正面影响又有负面影响。如:对窑尾高温风机、窑尾和窑头电除尘器有正面的影响;对增湿塔、生料磨、煤磨及窑系统的操作会产生负面影响, 有时甚至会对窑系统的用风产生影响。为了简化计算, 新方法只考虑窑系统熟料煤耗, 并根据熟料28d抗压强度进行修正。

节能量的计算, 是将余热发电系统的供电量折算成标准煤后再减去由于余热发电的影响而发生变化的那部分熟料综合煤耗作为余热发电项目的节能量。

水泥余热发电项目节能量的计算公式:

式中:

ehe———统计期内余热发电量折算的单位熟料标准煤量, kgce/t;

er———统计期内修正后的熟料综合煤耗, kgce/t;

ea———基期修正后的熟料综合煤耗, kgce/t;

a———统计期内熟料强度等级修正系数;

eqt———统计期内除余热发电外采用其他节能措施引起的节能量, kgce/t;

P′CL———统计期内的熟料总产量, t。

如果企业的窑系统在统计期内又采用了其他的节能措施, 那么在计算余热发电节能量时应扣除由于这种节能措施引起的节能量。当某些生产企业采用两条或多条水泥熟料生产线共用发电机组时, 如每条生产线都有其他节能措施, 在计算eqt时应按每条生产线的熟料产量计算加权平均值。

3 两种节能量计算方法示例

现举例说明采用两种方法计算余热发电项目节能量的不同之处。表1是企业1两条2 500t/d生产线、共用一台汽轮发电机组的余热发电投入运行前后相关参数;表2是企业2一条2 500t/d生产线的相关参数。

3.1 采取公式 (1) 计算的节能量

3.1.1 企业1余热发电项目节能量的计算

取k=0.333kgce/k Wh, 将表1数据代入式 (1) , 得:

3.1.2 企业2余热发电项目节能量的计算

取k=0.326kgce/k Wh, 将表2数据代入式 (1) , 得:

1) 2012年4月:

2) 2012年5月:

3.2 采取公式 (2) 计算的节能量

3.2.1 企业1余热发电项目节能量的计算

1) 余热发电量折标准煤的计算

由表1数据计算出:

2) 熟料强度等级修正系数

A为统计期内熟料平均28d抗压强度。

两条生产线的熟料强度相差不大, 故修正系数取小数点后两位, 即为1.00。

3) 余热发电节能量的计算

计算时, 取eqt=0, 将表1数据代入式 (2) , 得:

3.2.2 企业2余热发电项目节能量的计算

1) 2012年4月

(1) 余热发电量折标准煤的计算

(2) 熟料强度等级修正系数

(3) 余热发电节能量的计算

2) 2012年5月

(1) 余热发电量折标准煤的计算

(2) 熟料强度等级修正系数

(3) 余热发电节能量的计算

余热发电运行前后的熟料煤耗均由企业给出, 如需计算, 可依据GB16780—2012中的公式 (1) 进行。

表3为采用两种计算方法计算的节能量。

注:变化率的计算为: (方法2-方法1) /方法1, 正号表示节能量增加, 负号表示节能量降低。

3.3 结果分析

表3中企业1的数据显示, 与采用公式 (1) 相比, 用公式 (2) 计算的结果变大了, 2010年5月份的余热发电节能量增加了5.9%, 而两个月的熟料产量之比只增加了1.4%, 熟料28d抗压强度变化不大。因此, 造成节能量增加的原因只能是由于2010年5月的熟料煤耗较之前的熟料煤耗降低了, 也即投入余热发电后企业的熟料综合煤耗是下降的, 说明余热发电系统对窑系统带来了正面影响, 将正面影响部分也作为节能量的一部分, 也是对余热发电项目的一种鼓励。当然, 这些数据仅代表企业1该月的生产状况。

表3中企业2在2012年4月份的节能量, 采用公式 (2) 的结果较公式 (1) 的增加了7.9%。主要原因是因为该月的熟料煤耗较2007年5月降低的缘故, 修正后的单位熟料煤耗降低了0.8kgce, 而造成煤耗降低的直接原因则是熟料产量的增加, 后者比前者增加了约29.4%。与此相比, 2012年5月的熟料产量增加比例为17.7%, 而该月的熟料煤耗则与2007年5月的相当。修正后的单位熟料煤耗增加了1.1kgce。因此采用公式 (2) 计算的节能量较公式 (1) 计算的结果降低了近16.6%, 说明余热发电给窑系统带来了负面影响, 也即余热发电系统利用了本该用于生产熟料的热耗来发电。因此, 这部分热耗要从节能量中扣除。

由此可见, 在保持熟料产量基本不变的情况下, 余热发电系统对生产系统有一定的影响, 主要是对熟料煤耗的影响。余热发电的初衷是利用窑头和窑尾废气余热进行发电, 而不是利用正常的生产用热发电。如果是正面的影响, 则对企业投资余热发电项目是一种鼓励, 如果是负面的影响, 必须杜绝, 方法之一便是从节能量的计算入手。

采用公式 (2) 计算余热发电节能量, 突出了熟料综合煤耗, 而不仅仅考虑余热发电量, 因为, 窑系统和发电系统是一个整体, 相互影响, 相互依托, 不能一分为二。公式 (1) 虽然简单, 由于只考虑了余热发电系统, 具有一定的片面性。因此, 推荐采用公式 (2) 进行余热发电节能量的计算。

4 结束语

新的余热发电节能量计算方法综合考虑了窑系统和余热发电系统, 将熟料综合煤耗也作为计算节能量的参数之一, 可以避免企业为了多发电而影响窑系统的正常生产。尽管有些企业在多发电的同时也能保证窑系统不受影响, 但大多数企业的余热发电系统对窑系统还是有一定的负面影响的。因此, 新的节能量计算方法在一定程度上也可以限制企业的非正常发电行为, 实现真正的节能减排。

文中的数据由企业提供, 且不具有广泛的代表性, 数据也比较单薄, 难以对公式形成支撑, 如果企业有兴趣的话, 可以提供更多的数据以供公式的验证和完善公式的科学性。

参考文献

[1]方仕鹏.余热发电效率及对窑系统的影响及对策[J].新世纪水泥导报, 2010 (3) :19-21.

[2]唐金泉.水泥窑纯低温余热发电技术评价方法的探讨[J].中国水泥, 2007 (5) :58-62.