节能综合优化

2024-06-18

节能综合优化（共10篇）

节能综合优化篇1

1 引言

所谓“优化设计”是指研究问题和寻求解决问题的最优方案, “最优”两字应理解为在给定条件下得到尽可能满意的结果[1]。建立符合我国国情的有关综合评价指标体系是农村既有建筑筑节能改造优化设计的最重要环节。

结合关中地区农村自然环境的特点, 进行了居住实态调研和建筑环境测试, 具体分析了普通农宅的热工环境、围护结构现状、能源使用状况, 结合该地区社会、经济发展状况, 较深入地研究了农村既有建筑存在的问题及其节能改造优化的途径。笔者以系统设计法为工具, 以“社会-经济-自然”复合生态系统的理念为指导, 并寻找具有代表性的、已进行过节能改造的农房作为典型代表, 应用层次分析法 (AHP) 构建了具有代表性的“农村既有建筑节能改造优化设计综合评价指标体系”, 直观地体现了优化设计的准则, 期望本研究成果对形成农村既有建筑节能改造体系化的建设标准与优化设计方法作出贡献。

2 农村既有建筑节能改造优化设计综合评价指标体系的AHP模型构建

综合评价指标体系的模型共分四层, 其层次结构模型的简化框图如图1所示。

总目标 (A) 层:农村既有建筑节能改造优化设计的综合评价, 此评价系从“社会-经济-自然”复合生态系统的理念出发, 结合我国国情和可持续发展的战略目标, 兼顾三大生态系统的平衡而做出的全面评价。

子目标 (B) 层:包含B1:经济效应;B2:技改措施;B3:社会效应;B4:生态保护与促进。四个子目标是在充分考虑自然环境、经济和社会发展的前提下提出的, 目的在于保证人类活动和农村自然环境相协调, 节约成本地创建舒适、健康的人居环境, 优化农村既有建筑节能改造设计。

准则层 (C) 共有9个评价准则, 具体如下。

C1:全寿命费用。农村既有建筑节能改造初始的造价与建成后的维护费用应充分考虑农民经济承受能力, 因地制宜地选择投资成本低、节能效果明显的方案。

C2:资源耗用。评价是否优先选择可再生能源替代燃媒、生物秸秆及电力等传统的能源及其节约能耗的程度;建筑构件和材料的使用是否充分考虑可再生性、本土化、易得性, 应尽量选用当地的、采集运输便利的、耐久性好的材料, 并推广使用新型节能型建材;节能改造设计与当地地理、气候条件是否协调将直接影响到节地、节能与可居住性、舒适性等各方面。

C3:适宜技术。根据当地村庄和住房改造规划、地理位置、自然资源条件、传统做法以及农民的生产和生活习惯, 因地制宜地采用技术经济合理的节能技术。

C4:围护结构改造更新。根据既有建筑的建成年代、类型、建筑现有立面形式和外装饰材料确定采用何种保温技术[2]。外围护的建筑构造应充分利用热工性能优良的材料组成复合墙体和层面等, 还应大力推广应用新型墙体和屋面保温材料、节能门窗等节能新技术。故评价:外墙、屋顶、地面、门窗等外围护结构构造更新改造的不同措施的性价比及优缺点。

C5:物理环境改造。评价改造后室内外小气候变化情况, 在方便农民的生产和生活的基础上, 能否满足居住的舒适性, 保证适宜的温度、湿度, 有充足的日照, 有良好的通风等[3]。其中, 采暖宜根据当地资源条件, 优先选择利用可再生能源的采暖方式[4], 鼓励农民优先选择改良火炕、吊炕、火墙、燃池等采用生物燃料的采暖设施;优先选择节能柴灶和以秸秆等为燃料的节能炉具作为主要炊事设施, 它们应能适应多种燃料、具有良好的炊事功能, 最大可能地减少烟气等污染物排入室内。另外, 应重视对原有住宅室外场地进行改造, 如将原有水泥地面适当减小, 加设渗水混凝土地面, 既可以减少夏季太阳光强烈反射, 又可以在下雨时及时将雨水渗入地下, 改善小气候。

C6:改造满意度。主要评价农民对节能改造的心理感受及改造后的舒适度、安全性等。既有建筑节能改造的需求主要体现在经济负担是否合适及舒适度的提升上, 如改造费用性价比是否合适;改造后有无良好的空间尺度、室内装饰、户外景观构成的视觉环境, 且保证生活所需要的安全性、私密性[5];室内卫生环境是否改善, 室内空气质量是否得到提高;节能改造结构的抗震性能应符合规范;防止或减轻改造可能发生的自然及人为灾害;要求尽量选用安全环保的天然材料, 减少辐射、有害气体的污染, 创造安全小环境。

C7:文脉继承。既有建筑节能改造设计应兼顾地区文化的和谐发展以及历史风貌的保护, 考虑到和当地环境的亲和性、适应性和当地传统建筑文化的传承性, 做到结合传统, 实现继承与创新的结合, 体现建筑风格上的时代性、民族性和地方性。既能充分体现生态观, 又能保持多姿多彩的建筑风格。

C8:自然生态。包括评价对原有植被及景观的保护, 绿化的补偿及扩大、废旧材料再利用等。

C9:环境保护措施。节能改造应最大限度地防止对环境的污染, 包括三废处理、噪声防治、防止视觉污染等。

基本指标层 (D) 是对准则层 (C) 的细化, 共有26个评价指标, 因篇幅有限, 笔者不再赘述。

3 结语

在利用AHP模型构建了“农村既有建筑节能改造优化设计综合评价指标体系”后, 可在计算机上进行单排序及总排序计算, 从而得到各基本指标相对于总目标的组合权重值。然后, 可参照各设计方案 (或节能改造已完成的评价对象) 对应的各有关指标所得“评价值”, 利用“模糊综合评价程序”或“改进的TOPSIS方法程序”等进行计算, 即可直观地得出各待评价对象的优劣程度。

此研究成果曾应用于关中地区的西安、宝鸡、渭南所属若干农村既有建筑节能改造方案的综合评价, 由于可操作性强, 获得了有关领域专家及设计人员的充分肯定, 认为符合本地区实际情况, 也得到了农民的广泛认同。

摘要：结合陕西关中地区农村自然环境及该地区社会、经济发展状况, 根据农村既有建筑的特点研究其节能改造的优化设计问题, 以系统设计法为工具, 以“社会-经济-自然”复合生态系统的理念为指导, 并寻找具有代表性的、已进行过节能改造的农房作为典型代表, 应用层次分析法 (AHP) 构建了具有代表性的“农村既有建筑节能改造优化设计综合评价指标体系”, 该综合评价指标体系具有可操作性强的特点, 可供同行参考、借鉴。

关键词：农村既有建筑,节能改造,优化设计,综合评价,AHP法

参考文献

[1]刘启泓.基于复合生态系统平衡概念的农村居住环境规划设计优化研究:以关中地区农村为例[D].西安:长安大学建筑学院, 2010.

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[3]中华人民共和国住房城乡建设部建筑节能与科技司.夏热冬冷地区既有居住建筑节能改造技术导则 (试行) [S].北京:住房和城乡建设部, 2012.

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[5]刘启波, 刘士铎.改进的TOPSIS方法在绿色建筑综合评价中的应用[J].基建优化, 2001 (5) .

[6]刘玉明.基于LCCA的现有居住建筑节能改造成本效益分析[J].土木工程学报, 2011 (10) .

[7]周辉, 林海燕.北方供暖地区既有居住建筑节能改造技术支撑[J].暖通空调, 2007 (9) .

探讨暖通空调系统节能优化篇2

关键词：暖通空调；系统节能；优化对策

工程案例1：南京紫金（江宁）科技创业创业服务中心商务办公大楼，建设单位：南京紫金（江宁）科技创业特别社区建设发展有限公司。用地位位于南京市江宁区创业路东侧，秣周路北侧，U湖西侧。总建筑面积61977m2，建筑层数地上22层，地下1层，建筑高度96.85m（室内外高差0.25m），建筑防火设计分类：一类高层建筑。耐火等级：地上一级地下一级。主要功能为办公及配套设施，节能类型均为甲类。

工程案例2：南京东吉谷科技产业有限公司建设的南京市东吉谷三创载体研发园7#楼，项目地下一层，地上九层。地下一层为汽车库，地上一层为餐厅等，二层为多功能厅、办公室，三至九层均为办公室。

工程案例3：南京东吉谷科技产业有限公司建设的南京市东吉谷三创载体研发园 14#楼，项目地下一层，地上九层。地下一层为汽车库、餐厅，地上一层为门厅、茶座等，二层为会议室、办公室，三至十五层均为办公室。下文主要探讨暖通工程空调节能优化问题。

一、暖通空调系统能耗问题

1.系统方案设计的问题

在实际工程项目中，设计方案对暖通空调工程设计的成败是整个工程的使用和节能的基础。就目前来说，空调系统的能源消耗日益加重，其主要原因是暖通空调系统设计的不科学，使得空调系统大大低于其设备系统寿命。最常见的就是由于设计人员的不负责、不重视的态度使得从系统从一开始就处于不良的工作环境中，不仅增加了投资的成本，还对随后的施工造成了错误的引导。

2.运行管理水平的高低问题

在暖通空调系统中，运行管理也起着必不可少的作用。实际生活中，人们常将空调调于能耗的最大值，缺乏专人管理制度，另外，在我国很多地方，有相当一部分建筑施工监理部门分工懒散、从业人员责任心低下、缺乏对本专业理论知识的认识，有一些甚至还是中学水平、远远达不到我们的要求。这样的参差不齐，给系统的运行管理留下极大的安全隐患。

3.系统设备的落后问题

与一些发达国相比，我们的建筑工程能耗是他们的两倍，如此刺眼的数据，不禁让我们触目惊心。可其根本原因是我们技术设备的落后，赶不上时代的需要。这不仅导致了能源的浪费、而且也消耗了极大的人力物力。

当然，除此之外，影响空调能耗日益加重的原因还有很多，如：政府职能杠杆的不到位，节能减排法律的发布只能在口头说说而已；人们节能观念的薄弱等等。

二、优化暖通空调系统节能的对策

为促进暖通空调系统的节能优化，提高暖通空调的利用效率。针对上述暖通空调系统能耗中存在的问题，我们可以从其根源方面入手，找出解决暖通空调系统在运行过程中存在的问题的有效措施。下文将逐一进行分析。

1.暖通空调系统设计的节能优化

暖通空调系统是一个巨大、复杂的体系，其设计的优劣直接影响到系统的经济运行和耗能性能。所以说，我们要精心设计，在设计、施工、审图和方案评审工作过程中决不能有半点的马虎。这一步至关重要，可以说是暖通空调系统能否节能优化的前提。鉴于此，笔者提出自己的两点建议。首先，我们要从节能减排方面来进行谨慎比较系统设计方案优劣；如：对冷热源系统的选择，要适时地根据建筑使用功能特点与当地的气候环境来选择，以避免不必要的浪费。其次，运用市场规律、寻找出具有良好经济效益的最佳方案。

2.暖通空调系统运行的优化管理

正如上文所说，运行管理的优化对暖通空调系统的能耗减少有着很重要的意义。要暖通空调系统运行的优化管理，我们应做到以下几点：

1）提高操作人员的综合素质

在暖通空调系统节能方面，优化运行管理的关键是提高操作人员的素质。在暖通空调的运行管理中，企业应该定期考核、对没达到要求的工作人员进行相应的专业培训，通过开展系统的暖通空调专业技能的培训，直到其符合上岗标准后才能参与管理上岗，增强大家的节能意识，提高管理人员的专业水平和业务技能。与此同时，我们还应加强企业员工的综合素质能力，提高其自身的职业素养，因为只有这样，才能更加的对各种情况进行相应的调节，达到必需的运行管理水平。

2）完善科学的管理规章制度

提高工作、维护人员的专业水平和素质是做好暖通空调系统运行管理工作的基本条件，制定专业性的规章制度是做好系统运行的基本保证。一套科学的规章制度应包括人员管理制度、系统运行制度、系统管理制度三大部分。在工作人员管理方面我们要实行岗位责任制、岗上技术考核，严格遵守员工交接班制度、员工值班守则；在领导系统管理方面，我们要规范管理，组织带队干部直接负责制，进行定期巡检维护保养。除上述的管理制度外，我们还可以制定出相应的考评办法，如奖惩制度等，这样可以进一步提高管理水平，进而达到整个系统高效、经济运行。

3）加大日常系统设备的维护保养

“工若善其事、必先利其器”，要系统处于良好的工作状态，稳定、高效的运行，日常精细的维护保养工作必不可少。在每个制冷期和采暖期开机之前，维护人员都应对整个系统进行认真、仔细的检查、清洗、维护、保养、维修。要及时更换损坏的系统附件，避免冷媒水循环系统的冷量流失、损失现象，同时调整布水器、风机叶片的位置、角度以减少系统蒸发耗水量损失，从而减少损耗。另外，根据实际情况，维护人员应该定期对水循环系统进行定期清洗，去除在管路内壁的水垢、青苔，因为这些杂质会严重影响系统导热系数，会导致系统能耗增加。

3.新型暖通空调节能技术的应用

随着现代科学的不断进步，暖通空调领域技术也相应的在不断地创新，人们开始利用更多的方法来实现暖通空调系统的节能。采用新型空调方式、新的控制方法，不仅能显著提高热舒适性而且可以使系统大幅度节能选用好的效率高的设备，如制冷设备、风机、水泵、热交换器等，提高系统的运转效率。到目前为止，如热能的回收技术、地源、水源热泵技术、太阳能供应技术已经在我们生活中有所应用，但使用最广泛的是变频空调。其采用变流量技术对时刻处于动态变化之中的室温改变电机转速从而改变风输流量，加以变频，以达到节电减排的目的。经调查，通过变频技术能够节电8～30%，从而达到节能效果，这在日本已经得到了很好的应用。

4、结束语

建筑节能设计优化途径篇3

1.1 建筑材料方面的设计体现

(1) 新型玻璃保温窗户的设计与应用。随着科技的进步, 设计师在进行建筑窗户保温设计时, 有了更多选择。例如, 使用防紫外线胶片制作的光学变色玻璃, 可以阻挡98%以上的紫外线。电子玻璃则可以自动改变照射到它表面的光的强度和透明度。

(2) 阳光照明技术的设计与应用。建筑在设计时必须引入足够量的天然光, 这是考虑人体健康等原因的需要。当建筑物进深较大时, 仅靠建筑侧窗的采光量不能很好地满足内部采光要求, 这就要通过一定的技术手段把太阳光引入到建筑内部。采光搁板主要是为解决大进深建筑内部的采光而设计的, 它从某种意义上满足了建筑需要引入足够量的天然光的这一需求。采光搁板一般由棱镜或反射板组成, 它的入射口起聚光的作用。采光搁板一般设在窗的顶部, 与它相连的传输管道截面为矩形或梯形, 内表面具有高反射性的反射膜, 这一部分一般情况下设置在房间吊顶的内部, 尺寸大小可与管线、结构等相配合。采光搁板使建筑窗体附近的照度进一步增加, 从而有效地提高了建筑内部的照明度以及光线的均匀度, 是建筑节能优化设计中的典例。

1.2 建筑构造方面的设计体现

(1) 热环境的合理分区。在建筑节能设计中, 应当考虑建筑热环境的不同, 根据热环境质量要求相似或类同的建筑相对集中布置的情况进行合理的建筑分区。这样, 对热环境质量要求较高的建筑, 我们可以根据设计需要, 将它们设置在温度较高的区域;而那些对热环境质量要求较低的建筑, 就可以集中设置于平面中温度相对较低的区域, 从而最大限度利用太阳辐射, 达到保持建筑内部温度的要求, 节约了能源。

(2) 工程构造流程的设计。建筑各部位的节能构造设计, 主要是在满足其作为建筑的基本组成部分功能的同时, 通过对建筑各部位的结构、造型等方面进行进一步的设计。

2 影响我国建筑节能设计中的因素

影响我国节能设计的因素一般分为经济因素和在材料使用上的因素, 这两个方面共同影响着我国建筑节能设计。资金的不充足无法保证设计施工规范高效化, 同时在材料上没有严格的监管制度进行质量的选控, 从而造成一定程度上能源的消耗浪费。以下对这两点进行简单说明:

(1) 经济因素。经济因素是影响建筑节能设计最首要问题。过去, 我国处于发展中阶段, 经济还不是很发达, 人们生活水平也没有较大的改善, 人们对于居住环境没有太多的高标准高要求。同时经济导致我国建筑科技水平不高, 一些节能技术还不够成熟, 严重影响建筑节能设计的实行。

(2) 使用传统建筑材料。在建筑中材料的选择是影响建筑物能否体现节能效果最直接因素。过去我国建筑行业在进行施工时不注重材料的选择。部分墙体中大量采用实心粘土砖, 并且在窗门上也采用传统密封性差的合金窗和单层玻璃, 不仅生产能耗高, 而且建筑本身的保温效果不好。这些因素都直接影响着我国建筑行业节能设计的执行, 造成能源一定程度上的耗损浪费。

3 建筑节能设计存在的现状

自从我国实行改革开放政策以来, 国家整体经济建设得到显著提高。人们生活水平的提升和建筑行业的快速发展, 导致我国能源的使用量明显加大。虽然我国相继出台一些制度政策调控能源的浪费问题, 但是由于执行力度不够、个人节约意识不强等因素影响, 造成我国节能减排仍然处于初期阶段的现象。有效地减少建筑能耗和污染物的排放, 实现能源有效利用, 是我国经济增长的根本保障。通过对影响建筑节能设计的因素以及在建筑设计中存在的问题进行简要分析, 我国如何通过有效的方法手段保障建筑设计中节能设计的实现, 从而实现能源的节约, 环境的保护, 为我国发展成为资源节约型可持续发展的国家提供有力的保障。

4 应对建筑节能设计中问题采取的措施

(1) 节能建筑规划设计。在进行建筑节能规划设计过程时, 应合理规划建筑朝向和平面形状。同时根据建筑功能要求和当地的气候参数, 在进行总体规划和单体设计时, 科学合理地确定空间布局、外观体型、间距、层高, 在建筑材料选择时应注重节能型材料。并且根据实际情况合理规划空间布局以及有效地对系数进行控制, 从而保证建筑外维护结构的保温隔热等热工特性及对建筑周围环境绿化设计, 实现建筑物能源最低化消耗, 减少无用废物的排放, 充分发挥建筑物节能效果。这样能够有效地实现当代建筑整体资源的整合以及资源的有效利用, 降低不必要的经济成本损失。

(2) 外墙的节能措施。对于外墙在进行节能设计时, 对于材料的选择应采用环保节能型的建筑材料, 通过使用新型墙体材料、复合墙体对外墙进行有效的防护, 减少热能的损耗。同时, 对于外墙在垂直墙面问题上, 应设计阳台等遮阳设施, 或者设计反射墙面, 有效地对太阳辐射进行隔离。

(3) 门窗的节能技术措施。门窗是建筑能耗最多的位置。在建筑设计过程中, 根据实际情况, 合理设计穿墙比例, 控制门窗的占用面积。同时, 在有太阳辐射的区域设计相应的遮阳设施或反射墙面, 采用双层玻璃等材料对太阳辐射热进行适当的防护。在设计时也应注意选用新型具有节能效果的门窗, 在提高门窗采光的同时不会造成热能的耗损, 并且在一定程度上提高了门窗的气密性。

(4) 屋顶的节能技术措施。对于屋顶可以设计隔热太阳辐射热的设施, 减少阳光直射, 对屋顶可采用架空屋面, 浅色屋面, 种植屋面等。同时可以采用先进的冷屋顶节能技术, 有效地提高屋顶的日射反射率, 减少太阳热量的吸收, 从而达到减少空调冷负荷和空调节能隔离太阳辐射热。

(5) 空调系统节能技术措施。空调系统节能设计一般通过降低系统的负荷, 减少因符合出现的设备过热引起设备的损坏, 增大资金投入。同时, 通过水冷冷水机组+锅炉等热冷源方式, 对空调系统中能源的消耗降至最低, 实现空调有效利用, 达到空调热冷风完美送风。

参考文献

[1]聂梅生.建筑节能优化设计案例分析[J].建筑学报, 2008, 10.

[2]郑孝海.对住宅建筑节能优化设计的探讨[J].黑龙江科技信息, 2012, 4.

[3]宋金宝.浅谈住宅建筑节能设计的思考[J].民营科技, 2012, 10.

浅析车间取暖设备的节能优化篇4

关键词：车间取暖；取暖设备；节能优化

中图分类号：TU241 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0102-02

中国的经济在改革开放之后，得到了快速的发展，越来越多的工厂与企业建成，需要更多的能源以供工厂企业的正常运作。国内能源的数量是有限的，而企业的发展离不开对能源的消耗。中国工厂、企业的供暖通常采用锅炉供暖的形式进行取暖，锅炉每年对煤炭能源的消耗数量是巨大的。提高国内企业对供暖节能的意识，并且不断地学习与总结发达国家车间取暖设备的优化，可以把中国的供暖节能提高到更高的水平上去，不仅能给企业创造一定的经济效益，关键是能创造社会效益。

1 目前车间供暖设备的现状

中国锅炉供暖设备的实际能源消耗很大，而各地区的供暖指标也不尽相同，据统计可知，越是发达的地区，地方所规定的供暖指标就越高，也就是要求一平方米的发热所需要的煤量就越小。但是即使是中国的发达地区的供暖指标仍达不到发达国家的标准，据可靠数据表明，中国一平方米的发热量需要发达国家煤量的三倍左右。因而在可持续发展战略的模式下，中国车间的供暖设备开始大力提倡能源的节能，车间取暖设备的节能不仅限于取暖设备对能源消耗的节约。而且需要提高企业的效益，因而节能措施可以大大地减少对环境的污染，降低企业的取暖成本，企业可以获得较大的经济效益。

唐山轨道客车有限责任公司通常会在燃料方面上进行精化，提高燃料的纯度，对煤资源进行脱硫处理。提高煤碳燃烧的能量释放，有效地减少煤碳在燃烧时排出有毒物质对大气的污染。但单纯依靠提高煤能源的精度是远远不够的，提高供暖系统的能源利用率的同时，还要减少企业车间取暖设备不必要的浪费。如果想要实现供暖设备的节能优化，通常会遇到很多问题，具有表现为以下几点：

首先，必须要改变锅炉的耗能能力，中国的锅炉取暖设备可以承受较大的热量，但是目前的燃烧结构没有达到取暖设备可以承受的热量。因而工厂、企业必须投放大量的资金用于工厂、企业燃烧结构改造。

其次，很多终端供暖设备都存在大量的浪费，像车间内老式的散热器，散热量低，金属热强度小。

最后，煤碳资源的短缺。在中国西部的较多地区，开始把天然气作为煤碳燃料的替代品，中国存有丰富的天然气能源，天然气能源的出现，减轻了对环境的污染。天然气是一种清洁的燃料，并且天然气在燃料时可以释放出燃料相同体积的煤碳几倍的热量。

2 车间取暖设备节能中所存在的问题

中国大力开展车间取暖设备的节能行动，但是节能的效果还不是十分的明显。在车间的供暖设备的节能过程中，中国的工厂、企业里的技术人员做出了很大的实践与努力，在对工厂企业里的车间供暖进行设计，并采用很多的管理知识对车间取暖设备进行优化，很多理论知识无法在实践中得到预期的节能效果，形成了车间整体取暖设备节能的质量下降。

中国企业对国外的供暖理论和知识的学习还不够深化与透彻，发达国家拥有较为先进的供热技术。欧洲发达的工厂企业可以进行合理的供暖与环境的保护，它们把热量的提供进行准确的计费，有效地降低室温。在车间的散热器加装合适的温度控制阀，有效地提高对供热取暖设备的利用率。同时建设温度的保持设备，进而有效地节约车间取暖的热量使用率。

中国工厂、企业的车间取暖设备以及车间的供暖效果与西方发达国家已经存在一定的差距，之所以存在这样的差距，是因为中国的供暖设备与中国的经营管理方面存在着较大的问题。西方发达国家的先进技术，中国不能够完全地仿照西方的先进技术，但是也不能够完全地不学。所以中国的工厂、企业必须要根据自身企业的实情进行适宜的使用。中国的工厂、企业结合自身的实况，对国外先进技术有取舍地学习。学习发达国家先进的供暖经验，根据国内企业自身的需要，选择适用的技术方法。

3 车间取暖设备的节能优化措施

首先，唐山轨道客车有限责任公司的车间取暖设备能够进行初步的改良，将使用蒸汽散热车间的蒸汽冷凝水进行回收。在蒸汽散热系统安装输水器，将冷凝水通过冷凝水回收装置进行密闭回收至锅炉房再利用，但冷凝水回收罐中会有大量的水蒸气及未利用充分的蒸汽，导致冷凝水无法回收到罐中，以致整个蒸汽系统不能正常运行，这一直是蒸汽冷凝水回收中存在的问题，不仅导致系统运行经常出现故障，而且常常是最终将冷凝水直接排放，浪费大量的热和水。经研究我们在冷凝水罐上安装压力放气阀，即罐中如果有蒸汽达到一定压力，放气阀自动开启放气，保证冷凝水正常进入罐中，再由水泵抽回锅炉房利用，此项技术在唐山轨道客车有限责任公司使用蒸汽的车间内广泛应用，取得了良好的收益。

其次，逐步取消了车间内散热系数低、老旧散热器，改装为高效节能散热器，像铜铝散热器、钢制翅片管散热器等。

再次，由于车间一般均为高大空间，热量向上，造成车间垂直方向存在温度梯度，上部空间温度高于工作地带温度，于是在新建厂房采用下部散热器散热、顶部暖风机送热风结合的方式进行采暖，暖风机安装在顶部将车间上部热量回收再送入工作地带，充分利用系统热量。

最后，在车间热量总进出口安装温控调节，根据室外温度及室内环境温度的需求，适时调整进入车间总热量的大小，保证满足车间生产及保温需求的同时尽可能不浪费能源。

车间取暖设备的节能膛材料会影响到车间的取暖效果，采用新型的碳化硅材料作为锅炉墙的辐射涂层，可以改变炉壁的长短现象，使燃料得到更加充分的燃烧，疏通风室的空气流动，使得风室的空气更加充足，消除燃料不充分燃烧的状态。

4 结语

唐山轨道客车有限责任公司车间取暖设备节能实际上就是通过新技术来进一步地提高能源的利用率，在实际的操作过程中，总结出新的经验与技术。不断加强新技术、新工艺的完善，在最低的能源成本中，得到最大的企业效益，与此同时，加强环境保护理念，把能源燃料的清洁技术作为可持续发展的目标。对于社会的长久发展而言，只有提高企业与国人对车间取暖设备的节能意识，同时不断地总结车间取暖设备的节能经验，引入国外先进的技术，得出符合中国国情的车间取暖设备节能优化方法，才能够进一步地提高供暖水平，形成车间取暖设备的节能优化。

参考文献

[1] 王建国，陆伟静，刘庆玲.浅论工业蒸汽锅炉节能降耗技术改造与应用[J].内蒙古环境保护，2005，（2）.

[2] 张友谊，刘晓燕.对锅炉科学管理节能降耗的探讨

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[3] 高平.浅谈高校锅炉供暖的节能与量化管理[J].今日科苑，2009，（4）.

[4] 毛金田.锅炉供暖运行节能技术的解决方法[J].黑龙江科技信息，2009，（14）.

作者简介：张林（1983—），女，湖北枣阳人，唐山轨道客车有限责任公司工程师，研究方向：暖通空调类；刘玉杰（1961—），女，河北唐山人，唐山轨道客车有限责任公司工程师，研究方向：暖通空调类；攻占成（1982—），男，黑龙江人，唐山轨道客车有限责任公司工程师，研究方向：暖通空调类。

谈建筑节能结构优化设计篇5

建筑节能优化设计方法的研究在我国具有重要现实意义。一方面我国城乡建设高速发展, 近几年每年建成房屋达16～20亿平方米, 超过各发达国家年建成建筑面积的总和;另一方面建筑耗能过程复杂, 影响因素多样。系统节能的观念、投资回收期的观念以及能量利用效率的观念都是实现建筑节能优化设计的必要前提。如何在建筑节能设计的过程中融入这些观念, 是关系到建筑节能设计是否优化的关键问题。

目前, 我国的建筑节能设计主要是以建筑节能设计标准的形式得以开展, 其针对的具体对象主要为居住建筑, 主要的研究内容仍然集中于围护结构的热工设计以及采暖通风空调系统的优化设计。由于与设计过程相分离且缺乏系统优化的观念, 这样的建筑节能设计方法仍然是一种被动的设计方法, 更谈不上优化。

国外对建筑节能优化设计方法的研究主要集中在两个方面:一是促进各种与建筑能耗相关的模拟软件在建筑设计中的应用;二是研究如何利用计算机辅助建筑设计工具实现建筑节能的优化设计。

由此可见, 无论是我国建筑节能设计的实际需要, 还是学术研究的深入发展, 都有必要从整体和系统优化的角度对建筑节能优化设计方法进行研究。

二、建筑节能结构的优化设计

(一) 外窗设计。

在炎热地区, 窗户节能的关键在于提高窗户的遮阳效果, 控制辐射传热。选择遮阳系数小的外窗, 减少由窗户进入室内的热辐射能, 对降低建筑的制冷能耗水平有重要的意义。

1、适当控制窗墙比, 保证门窗的开启面积。

一般而言, 住宅建筑的外窗面积不宜过大。根据规定, 各朝向的窗墙比应当加以控制, 其中北向不应大于0.45, 东、西向不应大于0.30, 南向不应大于0.50。在设计开窗的同时, 对门窗的开启也要满足设计标准, 在建筑设计中有时为了立面的效果, 忽略了门窗的开启, 从而影响了节能。

2、外窗类型的选择。

在外窗选用中, 遮阳系数SC是个非常关键的指标, 应当选用遮阳系数低的外窗。常用的窗户种类有钢窗、铝合金窗、塑料窗等。从各种常见的外窗热工参数中可知, 窗框材料影响的主要是K值, 对SC值没有任何影响, 因此框材的选择对节能的贡献不大。在外窗节能设计中应该着重选择好玻璃。玻璃按其性能可分为透明玻璃、吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃等, 各种玻璃又可以制成中空玻璃。外窗玻璃的优选对节能有很大影响, 普通玻璃比较经济, 但遮阳效果差一点, 对节能达标也差一点, 节能型玻璃能耗少、遮阳效果好, 因此价格较高一些。

3、遮阳。

在设计立面时, 做一些水平、垂直的遮阳板或外挑阳台以及其他的遮阳措施, 同时应选用遮阳型门窗, 这样既丰富了立面造型, 又达到了很好的节能效果。

4、合理控制门窗的气密性。

门窗在安装过程中, 各部件之间存在装配间隙, 会产生室内外空气的交换。在满足室内卫生换气的条件下, 通过门窗缝隙渗透的空气过大, 会导致冷、热能耗的增加, 对节能是不利的。因此, 必须控制门窗缝隙的空气渗透量。尤其在高层建筑中, 风压较大, 气密性应当进一步提高。所以, 九层以下的住宅外窗气密性应达到3级, 十层以上的住宅外窗气密性应达到4级。

(二) 屋面设计

1、屋面铺隔热板。

为了增加屋面的热阻, 降低传热系数, 减少外界高温向室内的传递, 目前常见的屋面隔热做法是在屋面结构层上铺设绝热材料。为了提高材料层的隔热性能, 应当选用导热性小、蓄热性大的材料, 以降低屋面表面的温度。近年来, 为了达到隔热目的, 又便于施工, 又有利于节能, 屋面保温材料均选用传热系数小的保温材料, 在室外温度波热作用一定时, 外围护结构内表面平面温度的高低和振幅衰减的大小, 主要取决于外围护结构的热阻热惰性, 实体材料层的增厚通常能够使热阻和热惰性指标同时增大, 从而降低围护结构内表面温度, 提高外围护结构的热稳定性。在具体设计时采用倒置式屋面构造, 能取得很好的屋面隔热、防水效果。

2、通风隔热屋顶。

屋面通过各种措施, 可以减少对太阳辐射热量的吸收, 降低屋面自身的温度。但是, 不管措施如何, 夏季白天, 屋面还是会有一定的高温, 并通过辐射传递给室内, 造成热感。通风屋顶, 通过空气流经屋面的表面, 带走屋面蓄积的余热, 能够有效地降低屋面板自身的温度。通风量越大, 通风层的空气带走的热量也越大, 隔热效果就越好。通风屋面隔热性能好、散热快, 是夏季隔热的一项重要措施。

3、反射屋面。

浅色表面能够反射更多的太阳辐射, 减少结构材料对太阳能的吸收。反射屋面就是将屋面表面做浅色处理, 一般可在屋面表面喷涂一层白色或浅色涂料, 或铺设浅色地面砖。影响建筑材料表面对阳光辐射反射率的主要因素是表面的色调, 颜色越浅, 反射能力越强。在《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》中规定, 当采用浅色外饰面, 即p<0.6时, 当量热阻为0.2 (m2·K/W) 。这种屋面多用于不上人屋面。

(三) 外墙设计

1、提高墙体的热阻。

提高外墙的热阻是目前常见的保温隔热措施。一般情况下, 提高外墙热阻可以通过以下途径来获得:外墙选用新型节能墙体材料。新型节能墙体材料是指具有节能、利废、省土、轻质和多功能等特点的墙体材料。砌块类:蒸压加气混凝土砌块、改性粉煤灰空心砌块、改性混凝土空心砌块等。

2、外表做浅色处理, 如采用浅色的涂料、面砖等。

原理和反射屋面一样。炎热地区的外墙适宜采用浅色表面处理, 可以降低墙体表面对太阳辐射热的吸收, 降低墙面升温幅度, 这是一项很好的节能措施。

(四) 自然通风设计。

自然通风是对自然条件的最充分利用, 也是改善热环境的有效措施, 即使在夏季使用空调降温的条件下, 也可以减少开机时间, 节省能耗。在建筑群布置时, 按照建筑所处地理纬度, 选择好建筑主体朝向, 减少太阳辐射影响;利用建筑体形、高度、间距及建筑开口与夏季主导风的关系, 组织小区气流;利用地势起伏、水面陆地分布、绿化植被, 以及太阳辐射热昼夜被吸收反射的特性, 形成有利的地方风等这些措施对于改善小区微气候, 降低室外气温, 为单体建筑的自然通风创造条件等均能取得显著效果。在单体建筑平面及空间设计中, 结合使用功能, 安排好门窗洞口位置和空间组织, 借助自然力———热压和风压作用, 促使室内空气流动和室内外空气交换, 形成穿堂风;还可采用导流措施, 改善气流的流线和流场、调整风量, 会使自然通风取得更佳的效果。在组织室内穿堂风时, 应注意防止室内污染源的扩散。可利用管道通风或辅以局部机械排风, 以保持室内空气质量。

三、对建筑节能优化设计方法的讨论

当前我国城乡建筑发展十分迅速, 房屋建设的规模日益扩大, 我国建筑节能设计计算机辅助设计技术水平不高的现实, 决定了不可能对所有的建筑都进行建筑节能优化设计, 应对不同类型的建筑加以区别对待。对于建筑形式共性比较强的建筑 (如住宅) , 除了建筑节能设计标准之外, 可应用成熟的商业化模拟软件, 根据当地的气候特点, 全面地对各影响因素以及节能设计方案进行建筑全寿命周期内的性能预测分析, 并在此基础上形成针对特定地区、特定建筑的建筑节能优化设计指南与专家知识。Garde等针对湿热气候条件下的典型住宅做了类似的研究。

对于个体特征比较明显的公共建筑, 则应力争在建筑设计过程的每一个阶段都融入建筑节能设计的意识和技术措施, 积极应用各种现有计算机辅助设计工具, 实现建筑节能设计的优化。

四、结论

建筑节能及优化方法探究篇6

1 建筑节能的基本概念

1.1 建筑节能

最初在发达国家对于“建筑节能”的理解是为了减少建筑过程中能量的散失,被称作“提高建筑过程中的能源利用率”,要保证建筑物在正常建设的条件下,同时合理的利用能源,提高能源利用的效率。

建筑节能指的是建筑物在具体的规划、设计、建造和使用过程中,严格按照节能标准执行,采用高效节能的技术、手段、工艺、材料、设备和产品,提高采暖供热性能、保暖隔热性能和空调制冷制热系统的效率,加强建筑物功能系统的运行,并且利用可再生的能源,在保证室内温热环境质量的前提下,加强室内室外能量交换热阻,以用来减少供热系统、空调制冷制热、照明、热水供应因大量热消耗而产生的能耗。

1.2 能耗

能耗是反映能源的消费水准和节能降耗情况的重要指标,是能量在流动过程中所产生的消耗,一次能源供应总量与国内生产总值的比率,就是能源利用效率指标。该指标可以说明一个国家经济活动中对能源的利用程度,反映经济结构和能源利用效率的变化。图1为我国的能源利用率与国际间的比较。

2 建筑节能的重要性

市场经济的快速发展推动了城市化大踏步发展,同时也加剧了建筑能耗的增长,据有关数据显示,我国的建筑消耗已经占据国内能源消耗总量的一半,所以说建筑能源的节能任务刻不容缓。现如今我国国内的建筑总面积已经接近500亿m3,而且新建筑正在以每年20亿m3的速度递增,加剧了生态污染的程度。所以要在建筑项目中推行节能的举措,要参照较低能源消耗利用的设计方案和标准,这样可以在一定程度上提高国民经济的发展。国内建筑节能势在必行,要想保证建筑行业内的能源得到合理且有效的控制,就要寻求科学的办法设计发展与节约的平衡点。

3 建筑节能过程中的问题

3.1 在设计过程中缺乏相关监控

建筑节能的设计过程是系统的,是各项基础设计通过简单的累加环环相扣而来的,要真正在根源上实现建筑节能就必须要保证设计环节的精细和量化。在过去的设计中,设计建筑节能的主管部门缺乏对实际节能成果作出相关的评定考核和记录,没有较为系统的措施,对相关建筑部门的审查也没有标准的考核依据。比如说,部分指导部门只是对建筑的图纸进行表面问题的分析探讨,又或是规定部分设备、材料和建筑空间布置等非实质性的制度,但是在对建筑时进行节能监控方面却没有足够的力度。

3.2 建筑设备缺乏合理的用能设计

在对建筑进行设计的时候,应该秉承人性化的设计理念,结合人们的需求对建筑物内部进行相关设计。但就目前来看,建筑在构造的过程中忽略了建筑物内部和周遭环境的协调性。例如很多商场、酒店、办公用建筑物的内部设计要求过高,而且不符合实际用途,很多装饰都是与节能标准相悖的。有些建筑物的材料在施工中还存在着质量不合格以及滥竽充数等问题,导致建筑能源消耗过高,其中的实际能效达不到正常水平,对建筑节能设计和环境都产生了不良的影响。

4 举例建筑围护结构保暖性能研究及其他建筑节能的举措

4.1 建筑墙体举例

建筑外墙的外保暖构造如图2所示,从室内到室外的结构依次为:抹灰层;主体结构层;粘结层;保暖材料层和外保护装饰层。

1-抹灰层;2-240mm砖培(240mm混凝土墙);3-20mm空气层;4-冲筋(带〉1:3水泥砂浆;5-50mm(60mm)厚内保温板;6"30mm(40mm)聚笨板

建筑外墙的外保暖有以下几个优点:①保温防水、节能环保。②适用范围广,造价较低。③墙体表面可以粉刷各种颜色或者花样,满足美观的效果。④保温层会保护建筑物的主体结构,扩大房间内部适用面积。⑤延长建筑物使用的周期。⑥保温效果显著。

4.2 其他建筑节能的举措

(见表1)

5 建筑节能的评价优化原则与技术分析

5.1 节能规划

节能的规划要充分践行可持续发展的战略,采取新的方式、新的方法、新的思路,节能要从原来传统的“拾遗补缺”的观念脱离出来,要在技术上提出创新制定出优化方案,要以提高能源的利用率和利用价值为最终目标。总体的建筑节能目标要适应经济的发展,能够平衡资源,能控制能源利用效率指标。任何一个建筑物的设计方案都要符合国家或者地方的相关法律以及行政法规政策的要求,要充分利用节能型的建筑结构、建筑材料、建筑器具和建筑产品,相关的监管机构或者部门也要建立对应的节能体系认证,统一监管制度和标准。现今的节能标准范围两类:①规定性标准。是指给出一个节能的指标要求,在具体的建筑过程中参照这个标准进行施工,例如规定外墙最大传热系数。②效益型标准。是指对一些建筑指标不进行具体的规定,只要在设计的时候能够符合大多数人的要求和标准即可,在设计上具有更大的灵活性。

5.2 坚持经济性分析

对建筑节能的分析要通过科学的技术手段进行,要坚持站在经济性上加以探讨,为建筑节能提供可行的依据。技术经济就是指尽可能的用少的能耗和劳动为社会需求提供更好、更多的使用价值,也就是利用最少的资源最大限度的实现利益最大化。一个合格的建筑项目,都存在着能源利用、构建流程、总体布局、设备选取和工程效益等环节,这些都关系到技术手段,技术经济在整体工程设计上占有十分重要的地位。如果不能有效的运用经济技术加以分析,会导致工程效率不高,投入钱数与预期效果不成正比。

6 结语

通过本文所述,可以得出以下几点结论:在建筑施工的设计前期要予以严格的控制,要符合节能设计的标准,达到智能化与系统化相结合,减少建筑过程中各类能源的不必要消耗,也可以相应减轻人员方面的资源浪费。相关监管机构要加强对建筑节能监控的力度,保证新建的建筑符合节能标准,这不仅要依靠设计建筑工程师的能力,还需要施工人员的大力配合。对于建筑物的整体考虑设计时,也要依靠法律法规的保护,让整个建筑行业链条充分得以保障,才能高效安全的为人们需求提供服务。建筑节能工程师一项漫长而又艰巨的任务,虽然现今建筑工程师已经取得了一定的成绩,但是绝不能对未来的发展掉以轻心。人们生活水平在不断地提高,对建筑的要求也在不断完美,这就对于建造者有了更高的要求。节约能源要着眼于每一个细节和环节,增加能源利用率,节约能源开支,用最少的投入换取最大的回报。

参考文献

[1]李焕.建筑节能与绿色建筑设计探讨[J].科技创业月刊,2011(07).

[2]林学浩.刍议建筑节能设计体系的优化与创新[J].建筑节能,2011(01).

节能发电调度旋转备用计划优化篇7

节能发电调度以节能、环保为目标,以全电力系统内发、输、供电设备为调度对象,优先调度可再生和清洁发电资源,按能耗和污染物排放水平,由低到高依次调用化石类发电资源,最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放[1]。节能发电调度改变了国内以往的计划电量调度方式,也不同于国际上普遍实行的以发电报价排序形成交易计划的市场机制。这种单纯以降低系统运行能耗为目标的发电调度方式,使得电力系统的旋转备用集中由少数小容量、高能耗机组承担,由此可能引发系统备用安全问题。因此,为促进节能发电调度顺利实施,需要研究节能发电调度科学、合理的旋转备用计划。

节能发电调度方式下的旋转备用计划优化问题涉及2个重要方面:一是旋转备用模型的建立;二是旋转备用计划与发电出力计划如何配合。针对旋转备用建模,文献[2]运用保险理论研究了电力市场环境下备用容量的集中和分散优化的决策模型和算法;文献[3]建立了在电力市场环境下一种计及发电机组可用率水平的备用需求分配模型。文献[4]考虑系统运行的可靠性,建立了多目标分层决策模型,采用遗传算法求解。

针对旋转备用计划与发电出力计划配合问题,文献[5,6]分别提出了日前和实时节能发电调度发电计划的模型和算法;文献[7]针对不同发电调度模式,统一对旋转备用计划和发电出力计划建模;文献[8]提出了融合旋转备用的机组组合算法,即根据系统旋转备用容量效益最大为目标,确定最佳的机组组合方案,然后在此基础上,以机组的燃料费用最小为目标,将旋转备用作为发电出力计划的约束条件进行电能量和备用容量的联合优化。

上述研究成果基本上是针对电力市场,目前尚未见到针对节能发电调度方式下旋转备用计划优化问题的学术研究文献。本文将具体针对节能发电调度模式,在上述文献研究基础上,研究2种旋转备用优化决策模型;然后,分别选用旋转备用计划和发电出力计划独立建模分步优化、统一建模联合优化2种思路,构建不同的节能发电调度模型,再基于启发式动态规划方法求解。

1 旋转备用优化决策模型

1.1等备用原则

等备用原则描述为:在满足电力系统运行总旋转备用需求和机组备用调节速率基础上,参与节能发电调度的在线运行机组按照相等比例,预留发电容量作为系统旋转备用。

下面建立相应的数学模型。

1)旋转备用的初始等备用分配

$\begin{array}{l} α = \frac{R_{D}}{\sum_{i = 1}^{Ι} Ρ_{i, \max}} (1) \\ R_{i^{'}} = α Ρ_{i, \max} (2) \end{array}$

式中:α为系统等旋转备用比例,根据系统总旋转备用需求RD和机组总容量 $\sum_{i = 1}^{Ι} Ρ_{i, \max}$ 确定;Ri′为机组i的旋转备用初始分配。

2)初始等备用分配的调整

按式(1)确定的初始等备用分配可能不满足机组备用调节速率约束,如果不满足约束,将低调节速度机组承担的旋转备用依次转移给高调节速度机组,直至满足系统备用调节速度的要求。为此,本文提出基于最小二乘的等备用优化决策调整模型:

$\min ∥ R_{i} - R_{i^{'}} ∥_{2}^{2} (3)$

满足2类约束条件:

1)系统总旋转备用需求:

$\sum_{i = 1}^{Ι} R_{i} \geq R_{t o t a l} (4)$

2)机组旋转备用限值:

$R_{i, \min} \leq R_{i} \leq R_{i, \max} (5)$

式中:Rtotal为系统旋转备用容量需求;Ri,min和Ri,max分别为机组i的旋转备用容量限值。

等备用原则使得备用责任分散,这对于保障电力系统安全稳定运行是必要的。等备用原则的缺点是不能实现系统运行能耗最小目标。

1.2能耗最小原则

等备用原则并不能实现能耗最小的目标,因此考虑按能耗最小原则建立旋转备用优化决策模型。数学模型如下:

$\min \sum_{i = 1}^{Ι} f_{i} (Ρ_{i}) (6)$

式中:Pi为机组i的有功出力,fi(Pi)为机组i的耗量特性函数。

在式(4)和式(5)基础上增加约束条件:

1)系统有功功率平衡:

$\sum_{i = 1}^{Ι} Ρ_{i} = Ρ_{D} (7)$

2)机组有功功率限值:

$Ρ_{i, \min} \leq Ρ_{i} \leq Ρ_{i, \max} (8)$

3)旋转备用和有功功率约束:

$Ρ_{i} + R_{i} \leq Ρ_{i, \max} (9)$

2 优化旋转备用计划的节能发电调度模型

2.1 旋转备用和发电出力计划建模的思想

旋转备用和发电出力计划的优化建模可以是独立建模或统一建模。独立建模可以实现不同量纲目标函数的分步优化。统一建模存在2种方式:一是将发电出力计划和旋转备用计划二者目标函数统一量纲;二是将旋转备用计划作为发电出力计划的约束条件。在节能发电调度模式下,由于上述建立的2种旋转备用优化决策模型和单纯以降低系统能耗为目标的发电出力计划,二者量纲不尽相同,因而旋转备用计划和发电出力计划可以独立建模,或者建立以旋转备用计划作为发电出力计划的约束条件、而以降低系统能耗为目标函数的统一的节能发电调度模型。

2.2 节能发电调度独立建模

节能发电调度独立建模,优化模型中无需考虑旋转备用的目标函数和约束条件,建立日前节能发电调度数学模型如下:

$\begin{array}{l} \min F (U_{i, t}, Ρ_{i, t}) = \sum_{t = 1}^{Τ} \sum_{i = 1}^{Ι} [U_{i, t} f_{i} (Ρ_{i, t}) + \\ U_{i, t} (1 - U_{i, t - 1}) S_{i}] (10) \end{array}$

式中:i为机组编号,i=1,2,…,I,I为机组总数;t为时段编号,t=1,2,…,T,T为时段数;Ui,t=1表示机组i为运行状态,Ui,t=0表示为停机状态;Pi,t为机组i在t时段的有功出力;fi(Pi,t)为机组i的耗量特性函数;Si为机组i的启动耗量。

约束条件在式(7)～式(9)基础上,增加时段间的耦合约束:

1)爬坡约束:

${\begin{cases} Ρ_{i, t} - Ρ_{i, t - 1} \leq Ρ_{i}^{u p} \\ Ρ_{i, t - 1} - Ρ_{i, t} \leq Ρ_{i}^{d o w n} \end{cases} (11)$

2)机组启停时间约束:

${\begin{cases} (u_{i, t - 1} - u_{i, t}) (Τ_{i, t - 1} - Τ_{i}^{o n}) \geq 0 \\ (u_{i, t} - u_{i, t - 1}) (- Τ_{i, t - 1} - Τ_{i}^{o f f}) \geq 0 \end{cases} (12)$

式中:Pupi和Pdowni分别为机组爬坡速率限值;Ti,t-1为机组i在t-1时段已连续运行(正值)或连续停机(负值)的时间;Toni和Toffi分别为机组的最小开机和停机时间。

2.3 节能发电调度统一建模

在该方式下,节能发电调度模型需要增加旋转备用优化变量及其约束条件,数学模型如下:

$\begin{array}{l} \min F (U_{i, t}, Ρ_{i, t}) = \sum_{t = 1}^{Τ} \sum_{i = 1}^{Ι} [U_{i, t} f_{i} (R_{t}) + \\ U_{i, t} (1 - U_{i, t - 1}) S_{i}] (13) \end{array}$

式中:Rt=(R1,t,R2,t,…,RI,t)为机组旋转备用向量,表示共同影响机组i的耗量函数fi。

模型(13)的约束条件是在模型(10)的约束条件基础上再增加旋转备用约束条件(式(4)、式(5)、式(9))。

32种节能发电调度模型的求解方法

3.1 发电出力计划的启发式动态规划算法

本文基于启发式动态规划算法[9],实现旋转备用计划和发电出力计划独立建模分步优化、统一建模联合优化2种节能发电调度模型的求解。统一建模的节能发电调度模型,首先通过启发式方法形成日前每个时段的可行状态集合,针对每种可行的机组组合状态均进行旋转备用优化,然后修正该状态下机组的有功功率限值,在此基础上,再进行每个阶段的路径寻优;独立建模的节能发电调度模型,则在确定的机组组合方式下,同时进行发电出力计划和旋转备用计划的优化求解。

3.2 旋转备用的优化算法

对于上述2类模型涉及的旋转备用优化算法,等备用原则采用约束线性的最小二乘算法,能耗最小原则采用线性规划算法求解。

3.32类节能发电调度模型的实现方式

独立建模分布式优化和统一建模联合优化的实现方式分别如图1、图2所示。

4 算例分析

本文通过一个简单的算例,采用国内某地区实际电网中10台火电机组的数据,进行节能发电调度日前24时段发电出力计划和旋转备用计划优化的模拟分析,以上述建立的旋转备用优化模型及其2种实现方式求解。以每台机组最大功率段对应的平均煤耗近似作为该机组的能耗参数,见表1。约束条件暂不考虑电网安全约束。日前24时段负荷预测见图3,每个时段系统总旋转备用取为该时段负荷的10%。整个优化过程在MATLAB 6.5上编程实现。

4.12种实现方式的优化结果分析

可以看出,2种节能发电调度旋转备用计划的优化结果从总煤耗和求解时间上都不同。统一建模联合优化方式得到的系统总煤耗比独立建模分步优化方式更佳,但需要增加优化的求解时间。这是因为统一建模需要对每种机组组合状态都进行迭代求解,而独立建模仅需要在最终确定的机组组合上进行旋转备用计划决策,故统一建模目标函数值要优于独立建模,但独立建模计算时间相对较短。因此,2种实现方式各有利弊,其机组组合结果见附录A。

4.22种旋转备用计划优化结果分析

以统一建模联合优化的结果为例,选取1号600 MW、4号300 MW、8号125 MW机组的旋转备用计划进行分析比较,如图4所示。

如图4(a)所示,1号机组的平均煤耗最低,故按能耗最小原则,24时段内均无旋转备用计划;而按等备用原则,由于等比例承担了系统的旋转备用,故在全时段内均有备用计划安排。

如图4(b)所示,4号机组按平均煤耗排序为第5位,由于在低谷时段没有进入机组组合,故2种决策方式下均无旋转备用计划;而在系统腰荷时段,相比高峰时段(例如时段11-12),按能耗最小原则4号机组承担了更多的旋转备用,原因是在高峰时段,小容量机组启机,系统大部分的旋转备用集中到小容量机组上。

从图4(c)看出,8号机组在2种旋转备用决策方式下仅在系统高峰时段承担旋转备用,原因是8号机组的平均煤耗最高,仅在系统高峰时段进入机组组合,并且按能耗最小原则所承担的旋转备用要远大于按等备用原则。

综上所述,按等备用原则优化机组的旋转备用计划,机组等比例承担系统运行的旋转备用,此时不能获得能耗最低目标;而按能耗最小原则进行优化,系统旋转备用计划大部分集中到中小容量机组上,不过,此时由于大容量机组发电出力接近容量极限,这可能是系统运行潜在的安全隐患。

5 结语

本文研究了日前节能发电调度的旋转备用计划,按等备用和能耗最小2种原则建立了旋转备用计划优化决策模型,提出了旋转备用计划和发电出力计划的独立建模分步优化、统一建模联合优化的2种实现方式。算例分析表明,2种优化的实现方式各有利弊,统一建模方式计算结果优于独立建模,但独立建模计算时间相对较短;按等备用和能耗最小原则优化旋转备用计划能够体现不同的决策意愿,这与机组的耗量特性、系统旋转备用需求等密切相关。

本文建立的旋转备用优化决策模型和实现方式可以为节能发电调度模式制定相应的备用计划提供参考。不过,这些也仅仅是初步的构想,如何精细化制定节能发电调度的旋转备用计划有待进一步深入研究。

附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

参考文献

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井下压风机的变频节能优化篇8

压风机作为煤矿井下作业供风的核心设备, 长期以来一直是煤矿电能消耗的关键组成。近年来, 伴随煤矿开采量及开采深度的不断增加, 压风机耗电量必然会出现进一步持续增长。鉴于此, 如何对压风机实施有效节能改造, 在确保供风量的同时降低电能耗就成为了所有煤矿节能减排目标达成的核心节点。而变频节能技术作为一种高效的电气设施节能手段, 对于降低压风机能耗有着积极正面作用, 加强其在压风机中的应用研究对于实现煤矿节能减排意义重大。

1 压风机概述与问题分析

小屯矿新副井压风机房共安设有6 k V的BLT-475W型螺杆式压风机6台, 其额定功率为355 k W, 额定供风压力0.8 MPa, 同风机相匹配的电机为三相异步电机, 型号为Y400-4型, 功率355 k W。若可对这些风机进行有效节能优化改造, 不仅有助于减小井下供风的电能消耗, 提升矿井经济效益, 且有助于推动煤矿的信息化与自动化建设。现对压风机运用中存在的几点问题展开分析:a) 整个压风机系统选用开环控制模式, 无法对控制精度进行精确调控。同时当3台以上压风机同时作业时, 风机会由于加载和卸载的交替相对频繁而使得电气设备受到冲击, 进而导致电气设备的使用周期缩短;b) 压风机工频开启时, 其瞬间电流可达正常运行电流的7倍左右, 这会对供电网络及机械传动组件造成一定的冲击, 从而增强其磨损程度。此外, 压风机较频繁的加卸载交替会使得风机效率减小, 从而对进行的采掘作业效率造成一定影响。

2 变频节能改造

鉴于煤矿原有压风机系统存在上述诸多问题, 对原系统实施变频改造, 接入4台HIV-ERT-Y06型变频装置, 将压风机工作方式转换为变频自动调节, 如此不仅能实现对井下供风量与用风量的科学调控, 且有助于缩减风机运行成本, 提升设备工作效率。

2.1 变频装置

高压变频装置选用单元串联的多电平法, 其输入电压与输出电压均为6 k V, 由3个不同的组成单元 (功率单元、控制器、移相变压器) 构成。整个系统可划分为15个功率模块, 其中五五相连组成一相, 通过三相Y连接法, 直接对电机进行供压。

a) 移相变压器。其主要功能为将电网输入侧的高压转化为副边的多组地压, 同时副边采取延边三角接法, 划分成5个等级, 进而形成了多级相互叠加的整流形式。这种方法能对独立功率模块产生的多数谐波实现有效消除, 进而优化网测电流波形, 使得在不具备任何功率补偿装置的情况下负载网测功率因数近1;b) 功率模块。单个功率模块等同于“交-直-交”型单相低压变频装置, 是整个系统实现变频调控功效的要点所在。功率模块的整流侧为二极管三相全桥, 通过正弦PWM (脉冲宽度调制) 对IGBT (逆变桥) 进行调控, 获得单相交流输出电压。此外, 所有功率模块无论在电气特性还是结构组成上均完全一致, 必要时可进行互换替代;c) 控制系统。该系统可对用户发出的各类指令进行接收, 并依据指令对各模块开展调控, 对开关进行逻辑处理从而满足用户的使用需求, 依据需求提供对应的频率和电压输出, 从而实现对现场接口及系统自身问题的有效解决。

2.2 变频调控系统功能

a) 变频/工频相互切换。当变频器出现故障而无法继续有效运转时, 设备会出现故障停车并发出警报, 这时作业人员可借由操作调控系统中的转换开关将电机纳入工频电网继续运转, 待变频器故障排除后, 在通过转换开关重新将电机纳入变频运行;b) 开/闭环控制功能。在确保最末端设备风量供应的前提下, 对变频装置最小运行频率进行核准, 并将其锁定为下限频率, 并通过压力传感器或模拟手操器达成开/闭环控制功能;c) 就地/远程控制。压风机可通过变频装置及上位监测软件实现地面Modbus (工业通信系统) 通讯控制。与此同时, 借由RS232通讯口与主控板通讯及I/O通讯口在达成远程通知的同时还可达成就地控制。

3 变频控制系统的实施

井下压风机运转的正常与否同煤矿生产作业的安全性息息相关, 因此小屯矿结合自身压风系统运行实际状况, 确定选用两套“一拖一”和两套“一拖二”的变频调速设备, 这4台设备据具备相互独立的PID (比例-积分-微分控制器) 调节模块以对应风包上的压力传感装置, 从而便于其自动依据风包压力进行变频调控, 进而达成对压风机电机转速的调节。

a) “一拖一”方案。其电气结构图如图1所示, 1个变频器控制1台电机, 图中QF为断路器;QS1、QS2、QS3均为刀闸开关;KM为交流接触器。其中QS2、QS3均包含机械互锁结构, 能确保变频与工频不一时输出可形成输出短路;

b) “一拖二”方案。其电气结构图如图2所示, 2台电机无论何时均有1台变频器进行驱动, 另一个则依据使用者需求选择工频运行或备用。一般情况下仅投入1台压风机进行调节运行, 当其无法满足井下供风需求时, 可工频运行另一台风机, 让其变频运行至所需压力。图2中QF1、QF2为高压断路器;QS1~QS6为双刀双掷开关;QS2同QS3、QS5同QS6间存在机械互锁, 可确保变频与工频不一时输出可形成输出短路。QS1同QS4件存在逻辑互锁, 可规避高压电流出现回流;KM1、KM2为接触器。

4 压风机系统最优运行措施

若3套压风系统均可有效运行, 则确保压风机系统实现最优运行可通过微调、控制与保护的相互结合实现。a) 微调。变频器通过频率变化对压风机风量进行微量调节;b) 控制。集控系统可在频率调节时依据运行需求对运行设备数量进行调节控制, 整个系统由PLC与上位机共同构成, 能对管网压力信号进行实时调控, 并依据压力高低对运行的风机数量进行控制;c) 保护。压风机所带控制器可在集控系统失效时起到启停加卸的保护功能, 所有压风机均具备独立的控制器, 可根据压风机出口的压力变化进行启停加卸, 若压力大于0.7MPa时进行卸载, 若压力小于0.6 MPa时进行加载。

具体而言, 由于管网控制的目标是使压力介于0.6MPa~0.7 MPa, 因此为确保压风机自控器功效有效发挥, 其保护范围应大于控制范围, 譬如介于0.55 MPa~0.75 MPa, 从而避免自控器对其它系统运行造成影响。而对于进行微控调节的变频器可将其调节模块的范围缩减至0.62 MPa~0.69 MPa;对于进行控制的集控系统而言其控制范围应维持在0.6 MPa~0.7 MPa间。如此, 3个系统各成一体, 在互不影响的同时相互配合, 各自发挥无法替代的重要功效。

5 优化成果分析

小屯矿通过对新井副井压风机系统的变频节能优化改造后, 不仅达成了压风机的无看守自动化运作, 同时实测显示压风机电能消耗降低20%左右, 大幅提升了压风机的工作时效与设备工作运行周期, 缩减了运行维护成本。此外, 还有效规避了压风机系统可能对供电网络产生的冲击, 优化了电网运行质量。

6 结语

燃煤发输电侧节能减排优化研究篇9

【摘要】燃煤电厂是重要的耗能领域，发电过程中不仅消耗大量能源，同时对生态环境造成污染，在能源与环境的双重危机下，如何实现燃煤电厂发电及输电过程的节能减排已经成为全社会共同需要思考的问题。本文主要对燃煤电厂发输电侧节能减排优化系统进行概述，并分析了具体计算方法。

【关键词】燃煤电厂；发输电侧；节能减排；优化措施

前言

随着社会经济的发展，各个领域对用电量提出了更高要求，而随着可持续发展战略的实施，节能减排已经成为全社会的共识，这些都对燃煤电厂提出了新要求。一方面要满足社会各界的用电需求，另一方面要做到节能减排，降低能源消耗以及环境污染，实现我国电力事业的进一步发展。

1.燃煤电厂发输电侧节能减排优化系统简述

1.1两级计算方法分析

当前我国大多数燃煤电厂在进行能耗计算时，都采用一级计算方法，数据采集软件在计算过程中发挥重要作用，在这类软件的作用下，服务器会自动采集机组运行参数，对于试验数据等特殊参数，则需要人工输入，根据这些数据对机组性能进行判断，实现机组的优化运行。这一过程受到很多因素的影响，尤其是计算方法的差异不利于电力的统一调度，这对于节能减排来说是非常不利的。为了解决这一问题，人们提出了两级计算方法，将各电厂计算服务器设置为子站，数据采集的过程中，需要将各个子站机组信息完整、准确的傳输到服务器中，根据这些数据计算出线损率以及节能减排指数等关键信息，对机组负荷进行优化配置，对电力进行统一调度，实现节能减排目标[1]。

1.2以两级计算方法为基础的发输电侧节能减排优化系统

首先要建立一个电网中调计算主站，其将各个子站的数据综合起来，得到相关评价指标，如耗煤量以及节能减排指数等，实现电力的优化调度。除此之外，还可以改变以往的负荷控制方法，不直接控制机组，而是对全厂开展负荷调度。这样就实现了负荷优化软件与负荷指令的有效衔接，对机组资源进行优化配置，不仅可以节约大量煤资源，同时可以降低会环境的污染，响应国家的节能减排号召。

2.发输电侧节能减排优化系统的研究

2.1节能减排指数的修正

两级计算方法的应用最大的特征就是不仅要计算发输电侧的节能减排指数，同时要根据电网负荷的变化对机组进行优化配置，这就需要对煤耗进行修正。实践证明，要得到最佳的机组分配方案，实现节能减排目标，就必须获取一个精确的耗煤特性曲线，要求曲线能够准确反映出机组实时耗能情况。而煤耗本身又受到很多因素的影响，除了系统运行方式以及工作人员水平以外，还与运行环境有直接关系，而这些因素又不是一成不变的，就是说燃煤发输电侧的耗能特征随时处于变化之中吗，因此要求系统做到对耗煤特性的实时更新，这样才能精确反应机组当前的运行状况，保证优化方案的合理性。

为了达到上述要求，一方面要对历史数据进行分析，另一方面要收集并计算实时数据，根据计算结果来确定各个子站机组中的各项热力学指标，得到子站以及总站的能耗曲线。采用修正方法对曲线进行修正，并根据数据变化适时更新曲线。由于机组负荷发生变化以后，煤耗也会随之变化，选择不同的优化方法，需要使用不同的煤耗曲线，曲线拟合一般有三种形式，一是线性拟合，这种方式精度不高，在进行线性规划算法的负荷分配时适合使用这种方法；二是双曲线拟合，这种方式比较适合负荷分配模型的建立；三是二次多项式拟合，这种方法的精度较高，如果对拟合精度有特殊要求，可以使用这种方法。

2.2机组负荷优化分配

2.2.1分配原则电网企业在开展电力调度工作时，一般都比较关注两个问题，一是安全性，二是稳定性。社会用电需求也受到多种因素影响，除了季节和天气因素意外，还与时段有直接关系，这就导致用电需求变化的不稳定性，无法保证发电机组完全完按照设计运行，负荷变化明显时，谷峰差值就会明显加大，机组运行效率就会下降，主要体现在两方面，一是经济层面，二是环保层面。除此之外，机组损耗也会加大，使用寿命降低。为了解决上述问题，需要对厂级负荷进行优化分配，一方面，要保证机组可以满足供电和输电要求；另一方面，在满足供电及输电量的前提下，还要考虑另外两个因素，一是稳定性，要尽量提升供输电的稳定性，二是经济性，尽量提高电厂盈利能力。这就要求工作人员根据实际情况对负荷进行合理调节，将这些负荷合理分配到各个机组中，满足上述要求。

2.2.2等微增率原理及其应用机组负荷优化分配过程中经常会用到等微增率原理，具体如下：首先需要构件一个数学模型，在构件该模型的过程中，要先假设所有参与运行的机组给定，且机组的煤耗连续可微、微增率曲线连续可微，然后开展数学推导。这里假设系统中有m台机组，耗煤总量用P表示，得出以下两个公式：

P=P1+P2+…+PN= （1）

Pi=pi（Mi）（i=1，2，……n）（2）

公式中，pi表示第i台机组的耗煤特性，Mi表示第i台机组出力情况，根据这些公式列出相关矩阵，再根据变分学原理开展推导和计算。一般情况下，机组负荷上升，耗煤率就会随之增加，二者之间表现出一种单调递增的关系，这是得到最后负荷分配方案的重要前提。其次是方程求解，如果采用二次多项式拟合，最终可能得到上凸曲线，也可能得到下凸曲线，如果曲线二次项系数为负值，则为上凸函数，目标函数矩阵为非正定，如果选择这种拟合方法，选择优化算法时最好选择那些对曲线不高的选择，优化算法最好选择那些对曲线没有过多要求的，如果这种拟合方法无法满足实际需要，可以尝试使用双曲线拟合方法。分配负荷时应用等微增率原理体现出一定的局限性，这是因为其对耗能特性曲线有较高要求，如果所取极值无法满足实际需要，最终就有可能得到劣质解，为了避免这一问题，修正过程中可以做一些近似处理。

总结

随着社会经济的发展，能源危机以及环境危机进一步加剧，而社会各个领域对电能的需求却有增无减，为了解决这种矛盾，燃煤电厂的发输电侧节能减排系统的优化设计已经成为一种必然趋势。本文阐述了两级计算方法，并研究了以两级计算方法为基础的发输电侧节能减排优化系统，提出了节能减排指数的修正方法以及机组负荷优化分配，旨在为燃煤电厂发输电侧的节能减排优化设计提供参考。

参考文献

浅议供热系统的节能优化篇10

关键词：供热系统,节能,优化

1 供热节能的意义

1.1 降低燃料投入, 节约供热运行成本

根据统计数据, 我国每年用在工业锅炉和城市采暖上的煤炭资源分别达到两亿吨和五千万吨。如此大规模的燃料成本投入使我国节能降耗的压力巨大, 超过世界上任何一个国家。因此从供热节能入手, 建设资源节约型社会已经成为我国发展的长远方针和紧迫任务。

1.2 减少“三废”排放, 改善环境质量

当今, 环境污染问题越来越严重, 在城市供热系统运行的过程中, 大量燃煤锅炉所产生的二氧化硫和烟气粉尘已成为城市大气PM2.5的主要污染源。笔者所在的华北地区, 雾霾频繁, 如天津地区2013年, 就已发59次雾霾预警。可见, 优化供热系统设计, 更改热源结构, 降低能源消耗迫在眉睫。

1.3 合理配置资源, 顺应世界发展潮流

无论是发达国家或是发展中国家, 都需通过其各自既定的战略、政策合理的配置资源。反观我国供热系统中所使用的能源, 多是煤炭、天然气等不可再生资源。可见提高供暖设备发热效率, 减少浪费污染, 才能顺应世界潮流, 保证国家战略安全和子孙繁衍。

2 目前我国供热系统运行现状分析

2.1 供热行业从业人员的管理意识有待加强

随着时间的发展, 经济的腾飞, 我国的基础设施建设取得了辉煌的成就, 绝大部分供热单位已完成企业转制, 新进员工的学历层次和知识水平都很大的提高。但是在我国当前供热系统节能技术的应用还不很强的环境下, 从业人员的创新意识的提高相对发达国家, 仍有很长的路要走。在此过程中, 必须摒弃传统的粗放型管理模式, 制定适应社会发展的现代化章程, 把节能创新作为制度, 明确到实际操作中去。

2.2 供热系统运行效率较低

我国北方地区的建筑供热, 多以热电联产和区域锅炉房集中供热为主, 以燃气、中央空调、电力等其他方式为辅。一些经济欠发展的城镇, 其供暖系统仍较分散和小型化。虽然随着供热技术、设备的不断发展与进步, 能源结构出现了一些变化, 但很大一部分供热系统仍然在以较低的效率运行, 每年都会浪费掉大量能源。例如, 我国的锅炉的实际运行热效率大多在60%~65%。而欧美发达国家的先进水平为80%~85%。

2.3 热量计量方式缺陷导致热能浪费

我国现阶段的城镇居民住宅小区和企业事业办公楼的采暖收费中, 新建房屋往往已经实现按供热流量收取采暖费。但城市中仍不乏一些老旧居民楼仍采取按住宅面积大小来缴纳供热费用的方式。如此一来, 部分居民对于供热能耗问题态度冷漠, 热量浪费严重, 甚至有不道德者盗用供热管道热水用作它途。

2.4 供热系统设计运行存在缺陷

城市的供热管网系统, 存在着管网输送效率低, 热损失大的现象。甚至一些供热单位都没有相应的监控检漏设施和处理措施。对比可知, 国外管网热损失基本上是保温热损失, 在我国除保温热损失之外, 还有泄露和失调的因素, 特别是水力失调造成的热损失非常普遍, 必须改进。

3 对供热系统节能问题的建议和思考

3.1 加强制度建设, 提高从业人员素质

从业人员的技术管理水平高低关系到行业的良性发展。在此过程中, 政府应发挥主导作用, 加强法制建设, 完善供热采暖保证体系。供热单位则应在引进高素质人才的同时, 加大节能创新力度, 认真贯彻落实相关法规制度, 提高人才培训水平, 做到奖惩有章, 责任到人, 不断完善供热节能的软硬件条件。

3.2 合理选择锅炉, 提高供热效率

热力站锅炉选型时, 应合理计算锅炉设备的容量, 根据供应燃料的种类选择炉型, 并绘制相应负荷曲线图。如若不然, 会出现燃烧不全、结焦严重等问题, 造成锅炉热效率低, 热力不足的现象。对于用电设备和辅助设备, 也应尽量选用节能型号。

3.3 提高技术水平, 优化原有的供热系统

更新老旧供热设备的同时要注意原有设备的优化。例如:设计改良锅炉的内部结构, 提高燃料燃烧效率;加强锅炉燃烧过程中和通风管道的密闭性, 减少粉尘污染等。另外, 要特别重视每年定期检修、清理改造供热管道, 重视供热系统的流量监控, 加强对温度、时间、热量等重要参数的管理。

3.4“煤改气”技术的使用