空调负荷调控（共7篇）
空调负荷调控 篇1
摘要：近年, 由于空调的快速增长, 部分城市空调负荷已经达到电网高峰负荷的30%, 特别是电网迎峰度夏期间, 空调负荷集中使用加剧了部分省市电力供需矛盾。如何调控好空调负荷是电力需求侧管理的重要内容。文章将居民用户作为可中断的负荷进行调控, 验证其可行性并为解决电网供需矛盾提供建议。
关键词：智能用电技术,智能用电产品,负荷控制,空调调控
近年来, 居民用户负荷增长迅速, 负荷的快速增长对电网安全和电力平稳运行产生较大影响, 随着国网公司智能电网的战略实践, 智能用电技术的应用为电网和用户之间搭建了双向互动平台。本项目利用智能用电技术探究空调作为可中断负荷的可行性及调控效果, 为电力需求侧管理提出合理化建议, 在用电供需矛盾的城市选取居民用户验证空调负荷作为可中断负荷进行调控对电网削峰的作用。
一、北京空调负荷调控必要性分析
据相关调研结果显示, 如果将目前的空调房间设定温度夏季提高2℃, 就可以削减空调峰值电力负荷10%～15%, 即削减大约50～75万千瓦的电力高峰期容量需求, 在缓解电力紧张局势的同时可以节约大量的电力建设投资;减排二氧化硫约2400～3500吨, 二氧化碳约40万～60万吨。经测算, 如果夏季空调温度调高1度, 空调能耗可降低8%, 仅北京市400万户家庭就可以节省1.08亿度电。
本文主要以北京莲香园小区150户居民用户家中的空调作为可中断负荷进行调控, 利用智能用电产品 (智能交互终端、智能家庭网关、智能插座等设备) 和技术将居民空调与电网高峰负荷进行联动, 在电网高峰负荷来临时按照制定的调控策略对用户空调进行调控, 研究空调负荷的调控效果。
二、空调负荷调控实证效果分析
(一) 空调调控方案设计
在参与空调调控的150户居民家中安装智能交互终端、智能家庭网关、智能插座等设备 (见图1) 用于采集空调的电量和功率, 实证分析平台通过与电力公司的用电信息采集系统对接, 实现用户家庭电表数据的抄收;并按照用户所属变压器或台变的位置将150户居民用户分为基准组、用电可视化组和空调调控组。分组情况见表1。
调控策略的制定综合考虑了北京电网负荷高峰时段、最高温度、湿度、居民生活习惯等因素, 制定了空调调控策略。项目对调控组用户家中空调远程进行关闭操作。具体策略见表2。
表2调控策略
图1为8月27日至9月2日在20:00-20:30执行关闭操作的调控组空调负荷变化情况, 图1可以看出在调控执行后, 空调调控组的空调负荷整体下降, 非调控时段两组曲线互有交叠。根据表6空调负荷值可以看出, 18:55的空调负荷值31.16千瓦与19:05的17.78相比, 负荷削减率达到42.94%。
根据表3数据, 利用智能用电设备实现远程对调控组空调关闭, 在电网高峰期间且与用户达成良好协议的前提下, 50%以上用户配合调控达到调控要求的30分钟, 用户配合度较高。
图2绿色曲线为用户室内温度随着空调关闭的变化, 在关闭用户空调后室内温度随时间逐步上升, 调控30分钟内室内温度升高3℃, 随着30分钟调控周期的结束, 50%以上用户手动开启空调设备。
(三) 影响调控效果的因素分析
1. 家庭年收入对调控效果的影响
表4数据来源于对调控组和可视化组的100户居民的调研问卷, 其中家庭收入10万以下占27%, 10万～30万占67%, 30万以上占6%。按照不同的收入人群统计了相应的平均调控时间, 统计显示年收入低于10万的人群平均配合度最高, 达到35分钟。收入越高的家庭整体配合程度呈下降趋势。
2. 空调数量及类型对调控效果的影响
表5中统计显示, 参与项目的家庭户均空调占有量为1.86台/户, 且多数用于夏季制冷, 这直接导致夏季电网负荷高峰的持续。
另外, 现在随着国家节能减排系列标准的出台, 居民节能意识的提高, 更高效的变频节能空调进入居民用户家庭, 本项目中变频空调占总量的52.69%, 且针对变频空调稳定运行的的研究显示, 变频空调稳定运行最低功率可到达30W, 在电网高峰负荷调控中, 考虑到空调启动瞬时功率大的特点, 对稳定运行的变频空调不进行操作, 在本项目中的关闭操作仅针对负荷>30W的空调设备进行。
三、空调调控效果总结
(一) 智能用电技术成熟度高, 具有大规模推广条件
由表3调控组的空调关闭率可以看出, 执行关闭后, 用户空调关闭成功率达95.44%, 另外根据用户回访, 除去用户关闭网关和网络通信原因, 关闭率可达到98.75%。技术成熟稳定, 组网简单适合在用户家庭中使用, 利用智能用电技术将用户家中空调加入到电网负荷调控中, 有效削减电网瞬时高峰负荷。
(二) 在电网运行危急时刻可将空调作为中断负荷进行调控
空调占电网高峰负荷比重大, 对电网的稳定平稳运行存在极大隐患。本次实证项目在与居民进行良好沟通签订用户协议的基础上, 配合电网高峰危害宣传, 调动用户积极参与到电网削峰行动中来。实验结果表明, 居民侧空调削峰效果明显, 居民配合高, 空调可作为中断负荷参与到电网的稳定运行管控中。
(三) 空调调控能够有效延缓电网投资和削减峰值电力需求
通过空调负荷调控实证的实施效果, 空调负荷调控能够有效削减高峰时段电网调峰的压力, 提高供电的可靠性及服务水平, 并帮助用户建立削峰填谷意识。促使电网负荷率提高, 发配电设备利用率相应提高, 电网运行状况得以改善。在缩小峰谷差的同时, 降低了输配电网络的线损, 从整体上提高了电网运行的经济性。
四、结论
空调负荷调控实证研究是利用用电可视化和负荷优化控制手段, 降低电力负荷峰谷差, 提高电网运行效率, 提高电能利用效率, 实现智能需求响应。在居民和商业用户用电负荷中空调负荷占有较大比重, 调整空调负荷对于改变居民和商业用户负荷曲线、实现电网削/移峰填谷具有重要意义。同时居民用户负荷可控性较大, 具有实现需求响应的巨大潜力。
参考文献
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空调负荷调控 篇2
随着社会经济的发展,空调在世界范围内得到了广泛应用。据统计,中国建筑物能耗约占社会总能耗的33%[1],而商业用户空调负荷已占楼宇建筑总负荷的40%左右。空调的集中使用不仅增大电网峰谷差,而且给电网的安全稳定运行带来隐患。
商业楼宇空调负荷主要集中在冬夏两季用电高峰时段的数百小时内[2],如仅仅依靠增加装机容量和输配电网容量来满足短暂的尖峰用电,需付出巨大的投资,设备利用率低。考虑商业用户负荷可控性大,调整空调负荷对于改变用户负荷曲线、实现电网削峰填谷具有重要意义。
通过对商业楼宇空调负荷的整体调控,形成应对空调负荷快速增长的有效措施,不仅能够进一步补充和丰富现有的负荷控制手段,提高能源的利用效率和整体经济性;而且能够保证电网安全稳定运行,大幅减少用以满足高峰负荷需求的装机容量和输配电网容量的投资,实现电力资源优化配置和可持续发展。
在欧美国家,对工商业领域大型空调实施了集中负荷控制[3],普遍实现了集中空调系统周期性暂停用电技术[4],率先将空调蓄冷技术作为电力负荷的调峰手段 应用在建 筑物的空 调降温工 程建设中[5],并颁布了相关奖励措施进行大范围推广应用。 日韩等国家推广应用楼宇能源管理系统,重点集中监视、管理和控制楼宇空调负荷,加快速度推广应用空调蓄冷技术,韩国立法规定3 000m2以上的公共建筑必须采用空调蓄冷系统[13]。
国内也已经有相关的研究,特别是空 调负荷。 文献[2,5-6]对空调负荷特性展开研究,提出了改善电网负荷特性的具体调控措施。文献[7]提出针对商业楼宇中央空调远程周期性暂停控制的优化模 型。文献[8]深入研究了空调负荷的物理模型,评估了制热空调参与调度的潜力并研究了其控制策略, 利用温度的预测和实时修正来控制空调在目前中国智能电网基础设施现状下存在一定困难。文献[9] 提出了基于负荷聚台商业务的需求响应资源整合方法及其商业模式的推广途径。文献[10]针对定频空调负荷提出了直接控制模型和以负荷聚合商为中介的双层调度模型。文献[12]结合中国国情提出开展柔性负荷调度的建议设想。综合文献[2-12]所述, 目前已开展的楼宇空调负荷调控技术研究证明了商业楼宇空调参与电网削峰的技术可行性,但是现有的负荷调控策略存在局限性,具体表现为:商业楼宇空调的可控负荷能力计算不够准确,未充分考虑实时量测数据、环境数据等信息;负荷调控过程中未处理因温度升高带来的环境舒适性问题;调控效果评价方法未从用户配合度的角度出发构建多维度的量化指标。
基于上述考虑,本文以商业楼宇空调负荷为主要调控对象,在考虑利用环境温度的预测和实时对策略的修正来控制空调以保证舒适性,提出了可控负荷能力评估方法、调控策略动态生成方法和负荷调控关键指标评价方法,使电网公司可根据各商业楼宇上送的可控负荷能力制定合理的负荷调控计划,且在负荷调控过程中可根据实时的环境舒适性信息动态修正策略。最后,通过试点案例验证本文提出的商业楼宇空调负荷调控技术、评价指标的有效性。
1商业楼宇空调特性分析
商业楼宇空调系统通常由空调主机、循环水泵、 新风机组和风机盘管等组件构成,每个组件的负荷相差较大,并且可独立调控,但相互间也存在一定的关联制约,如空调主机需和循环水泵配合才能高效工作。
图1是国内某省会城市两个典型日的负荷曲线,该城市的用户可自愿选择执行峰谷分时电价,峰时段为每日08:00至21:00,谷时段为每日21:00至次日08:00。
图中,4月17日该城市 最高气温 在25.4 ℃, 6月18日最高气温在36.3 ℃,由负荷曲线走势可知,两天的负荷走势特征基本相同,查询历史数据可知该市这两个月内无大型用电负荷上马,分析差异主要在空调负荷,将两负荷曲线相减,得到近似空调负荷特性曲线如图2。
由图2典型空调负荷曲线特性可知,空调负荷主要集中在上午09:00至下午17:00和晚上20:30至24:00。由于两个参考日均选择为工作日,09:00至17:00空调负荷主要源于办公场所的空调负荷, 而晚上20:30至24:00释放的主要是居民空调负荷,从21:00以后释放的空调负荷主要是受峰谷电价的影响。相比居民空调,办公场所释放了更高的空调负荷,因此,研究商业楼宇空调负荷调控技术降低楼宇空调高峰负荷对于削减电网高峰负荷、缩小峰谷差具有更加重要的意义。
2商业楼宇空调负荷调控策略
首先,研究商业楼宇空调可控负荷能力评估方法,将评估结果上报电网,为电网负荷调控计划的制定提供科学数据的支持;其次,研究利用空调各组件的负荷特性,结合调控策略专家库和实时监测数据, 优化生成空调负荷调控策略,使负荷调控策略更加符合电网调度计划,同时能够保障空调优化运行;最后,研究在商业楼宇空调执行负荷调控策略过程中, 根据楼宇环境变化趋势,优化调整余下未执行的调控策略,实现商业楼宇空调负荷的闭环调控,确保商业楼宇空调负荷调控过程的环境舒适性。整个负荷控制过程的信息流转如图3所示。
2.1可控负荷能力多源信息在线评估方法
要实现可控负荷能力评估,除需空调系统的相关性能参数和运行参数外,还需楼宇的实时量测数据和环境数据。可通过在空调系统的供电支路安装计量设备实时采集负荷信息和在楼宇中安装温湿度传感器监测楼宇的环境数据。
首先,依据过去3年天气状况(温度、湿度、光照强度)的历史数据信息,从楼宇空调的历史运行数据记录(指各组件的运行参数、状态以及其他历史数据信息)中,选择近3年7~9月份气温高于32℃炎热的工作日,所在地区的电网负荷高峰时段(如江苏在13:00至17:00)空调正常运行(非调控状态下)的策略,具体包括空调主机的运行状态、进出水温度,循环水泵的运行状态、工作频率,新风机组的运行状态、回风温湿度、水阀开度等空调组件的运行参数信息。评估分析得到空调各组件的调控策略,具体包括:关闭空调主机、关闭循环水泵、关闭新风机组、调整空调主机出水温度、调整新风水阀开度、关停风机盘管、调整循环水泵工作频率、调整新风机组回风温度等。
其次,结合室内外天气(温湿度)状况信息,依据文献[14]中针对中国气候特征,建立的夏季天气温度与室内人体舒适度等级的量化关系,分析得到楼宇可牺牲的舒适性上限值Tup,依据该限值和各组件所采纳调控策略的历史数据(负荷削减量),分别建立回归模型求解整个空调的可控负荷能力、舒适性上限值与对各组件所采纳的调控策略之间的关系,最后建立线性规划模型求解实际情况下满足舒适性的最大可控负荷能力。流程如附录A图A1所示,求解过程如下。
依据整个空调的可控负荷能力与对各组件的调控策略带来的负荷削减量密切相关,建立多元线性回归模型,求解其线性关系,如式(1)所示。利用对各组件的策略控制的历史数据(负荷削减量),运用最小二乘法拟合得 到各回归 系数β0,β1,…,βm,如下:
式中:y为整个空调的可控负荷能力;m为空调的调控策略个数;xi为组件i的各控制 策略的量 化值 (如:取0为关停、取1为调高温度);βi为待确定的系数;n为系数求 解时的样 本数据个 数;(xi1, xi1,…,xim,yi)为具体的样本数据。
采用多项式回归分析的曲线拟合方法建立舒适度上限值Tup与对各组件的控制策略的关系,并将该非线性回归模型转化为线性回归问题进行求解。 假设多元非线性回归模型含m个自变量,且各自的最高次数为mi,则该非线性回归模型可表示为:
式中:T为舒适度值;aij为多项式系数;xi为组件i的各控制策略的量化值。令Xij=xij,将式(3)的非线性回归模型转化为线性回归模型,如下:
通过线性回归分析求解上式的线性回归模型,得到各回归系数aij。
现将问题描述为在满足舒适性上限值Tup的条件下,求解使得整个楼宇的可控负荷能力最大的调控策略(由若干空调组件的子调控策略组成)。建立线性规划模型,具体描述如下。
目标函数:
约束条件:
根据各组件的实际运行状况,应用遗传算法[15]求其最优解,得到具体的调控策略和整个空调的负荷调控能力,并将可控负荷能力上送给电网。
2.2基于电网互动的调控策略生成方法
商业楼宇空调负荷调控系统收到电网下达的负荷调控命令后,先将该命令转化为空调系统可识别执行的具体操作指令,再通过具体操作指令改变空调的运行状态。
电网根据削峰调度计划给商业楼宇空调负荷调控系统下发削峰指令,指令包括削峰时段和削峰容量,该容量大小取决于系统上送的可控负荷能力评估结果和电网安全运行需要。系统接收到负荷调控容量后,立即启动实时调控能力计算,利用式(1)、 式(2)求解得到的整个空调的可控负荷能力与对各组件的调控策略之间的线性关系,根据各组件的实时运行数据求解当前状态下空调系统是否有能力真正完成电网下达的负荷调控额度,因为可控负荷能力是预评估,其结果是基于预测信息和历史数据,这和空调负荷调控实际执行时的状况存在差别,而且还可能由于某些特殊原因这些差别特别大,因此需要和电网就当前空调的负荷调控能力进行确认,电网也可以据此进行调度计划的二次调整,使商业楼宇空调负荷调控的响应更贴近调度计划。
当完成上述负荷调控能力确认后,电网将修正后的负荷调控容量下达到商业楼宇空调负荷调控系统,结合实时监测的楼宇内外部环境数据,评估可以牺牲的舒适度上限值。根据该限值和空调各组件的实时运行数据,利用式(5)至式(7)求解满足负荷调控容量要求的多种调控策略方案,借助策略专家库, 从执行简便快捷性、舒适度影响和调控容量接近目标度等方面对这些方案进行分析比较,最终确定一种策略供负荷调控执行使用。流程如附录A图A2所示。
2.3基于环境预判的调控策略闭环调整方法
商业楼宇空调负荷调控系统需将生成的调控策略依次有序下发执行,楼宇的环境数据会因空调组件的运行调整而发生改变,因此在整个负荷调控过程中,需动态跟踪楼宇环境、适时调整负荷调控策略。
通过安装在楼宇内的环境监测仪器,实时动态反映楼宇内部的温湿度等指标数据。负荷调控策略由多个控制指令组成,这些指令会按先后顺序下发到装置上执行。当第一条指令下发后,根据实时环境数据进行环境状态监测评估,分析后续可能的变化趋势;同时考虑空调负荷调控具有较明显滞后性的特点,结合空调自身的实时运行数据和性能曲线对指令执行后延期效应进行评估,从而形成以实时数据判断为主、趋势预测为辅的综合分析手段。
空调首要任务是确保楼宇处于一种较为舒适的环境,因此在执行负荷调控过程中,若对比室外环境温度,发现室内环境温度持续上升且逼近舒适性上限值,即有越限值趋势,需对其他未下发的控制指令做相应调整。结合历史经验数据,分析下一个控制指令的预期效果,若该指令不能改善环境数据越限值趋势,选择其他的控制策略予以替代,直至所有的控制指令下发完成、环境趋于相对稳定为止。流程如图4所示。
通过负荷调控过程策略动态调整方法,实现了商业楼宇空调在执行电网负荷调控的同时确保了楼宇环境的舒适性。
3商业楼宇空调负荷调控评价方法
空调负荷调控效果评价的影响因素很多,目前行业指标体系主要包括经济、环境和社会等指标因素。本文方法以国内外空调相关行业指标体系为基础 ,面向电网需求、充分考虑楼宇用户配合度,将用户响应指标、能源效率提高指数作为评价指标体系的两个新指标,建立以用户配合度、负荷削减量、峰荷性能等量化指标为基础的评价指标体系,如图5所示,系统、全面、多角度地对负荷调控效果进行综合量化,具体计算方法如表1所示。
根据商业楼宇空调系统各用电设备负荷特性, 分别在执行空调负荷调控前后记录空调的相关负荷数据;通过各项评价指标的计算方法,计算出楼宇空调的碳排放量、能源效率指数、用户响应指标、经济效益指标及社会效益指标;然后参考文献[16]介绍的层次分析法确定各层指标的权重,从而获得对商业楼宇空调负荷调控效果的一个综合评分,综合评分越高,说明调控效果越好。其中,方法的主要步骤如下:1确定评价类别和评价指标集;2建立模糊评价矩阵;3确定各层指标的权重;4依据各指标权重计算综合评分。
通过负荷调控评价方法,不仅为负荷调控策略效果的比较提供科学支持,而且为负荷调控策略的优化奠定基础。
4试点应用
4.1试点情况介绍
选取中国某大城市的一大型商业办公楼作为试点,大楼采用中央空调系统制冷,空调系统由3台450kW空调主机、29台新风机组、3台55kW冷冻水循环泵和3台37kW冷却水循环泵组成。在中央空调冷冻水循环泵和冷却水循环泵加装了变频调速设备,通过智能控制装置、水温传感装置、变频器、 电机组成闭合回路,实现对电机的实时控制,同时对空调增加控制板,实现关停主机、调整出水温度功能。
商业楼宇空调负荷调控系统应用可控负荷评估、调控策略生成、调控过程策略调整和调控效果评价方法,结合计算机网络通信技术,对楼宇主要节点的供电负荷、空调系统设备运行状态和参数、环境监视等信息进行采集,实现对楼宇空调系统的监测和控制;接收电网下达的负荷调控命令,实现负荷调控策略的生成和闭环调整,调控结束后,实现对调控效果的评价。
4.2试点效果介绍
结合当地电网负荷特性、天气特点以及大楼实际情况,分别采用表2中的策略进行实验。
图6是采用全局温度控制策略进行调控后的效果图,在调控时间段(14:30—16:45)内,室内平均温度上升了约0.8 ℃,最高达到26 ℃(当时室外最高温度为33℃),对人体舒适度几乎没有影响,而由图与空调负荷基准线[17]对比可知,调控期间,最大降负荷达280kW左右,平均降负荷达220kW左右, 有效降低了空调高峰负荷。
所有5种负荷调控策略的执行效果如表3所示。
结合表3中负荷调控效果的对比数据,依据平均降负荷值、最高降负荷值和用户感觉,并根据本文负荷调控评价指标体系的具体指标计算并分析上述策略得出,调整主机出水温度和全局温度控制策略具有较好调控效果,而调整冷冻泵变频策略的调控效果差,对该大楼的降负荷贡献不大。虽然关闭风机盘管有一定的降负荷作用,但用户感知较差,故该策略不推荐执行。
5结语
本文提出了商业楼宇空调参与电网削峰的负荷调控技术,并从用户响应角度提出调控效果评价指标。选取某大型商业办公楼进行案例分析,验证了本文负荷调控技术和调控效果评价指标的有效性和特点,主要特点如下。
1)考虑空调系统的性能参数、运行参数、实时负荷以及环境状况等多源数据信息,评估用户可控负荷能力,上送电网,为其生成合理削峰计划提供支 持。
2)接收电网削峰指令,考虑用户实际负荷特性, 生成满足负荷调控容量要求的负荷调控策略方案。
3)负荷调控过程中,动态调整负荷调控策略,保证环境舒适性。
4)评价指标体系充分考虑用户响应行为,提取评估指标并进行量化计算。
5)试点应用中的部分策略具有较好的削峰效果,既保证了楼宇环境的舒适性,又实现了商业楼宇的节能,发挥了商业楼宇空调对电网的削峰作用。
空调负荷调控 篇3
随着生产能力的不断提升, 电力系统生产电能的效率越来越高, 极大的满足了人们的生产生活需要。但是, 电网建设也逐渐复杂化, 其安全性与稳定性运行问题时有发生, 对电力系统的发展造成不利影响。因此, 要求有关技术工作人员要不断进行相应的技术研究与优化调控, 实现这一问题的完满解决。
一、电力负荷特性
1.1电力负荷的周期特性
在电力系统运行过程中电力负荷特性有多种表现类型, 但是最为常见的有三种, 即居民用电负荷、工业用电负荷和商业用电负荷。并且通过观察可以发现, 三种类型的负荷特性具备着不同的特点及规律。电能在生产完成后无法进行大量的存储, 因此电能的生产与使用通常是在一瞬间完成的具有极强的及时性, 相应的电力负荷的变化就具备周期性的特性[1]。并且电力负荷的周期性变化并不是进行简单的重复动作, 还存在着随机分量, 从而使周期在运转过程中数值发生变化。除此之外, 电力负荷还具备连续性的特点, 这一特点能够保障电力系统在运行过程中不被较大的电流冲击, 确保其运行的稳定性。
1.2电力负荷的季节性特性
电力负荷的季节性特性主要是由负荷结构决定的, 因此极易受外界气候环境等的影响在不同的季节会发生不同的变化[2]。首先, 在春季和秋季这两个气候适宜的季节中, 不会在电力系统的运行过程中发生高温或是低温的情况, 所以相应的电力负荷受到影响程度就较小, 电力系统的运行也不会发生大的波动。与此同时, 降水量、风力等变化也会对电力负荷造成影响, 电力负荷具有连续性的运行特点, 所以变化过程中不会出现大幅度的跃变。
二、电力负荷优化调控方法
2.1电价引导负荷平衡法
电力企业通过对电价进行合理的制定, 能够实现电力负荷的优化控制。电力企业在发展过程中具有一定的垄断特性, 所以在电价的制定过程中就要注意不能单从经济利润的角度进行, 还要对用户的接受范围、企业的未来发展以及自身的运行条件等方面进行综合的考量, 以此来维护社会的稳定与安全。针对当前电力行业发展遇到的问题, 电力企业可以通过制定合理的电价措施来实现电力负荷的平衡性控制, 从而促进电力系统运行的安全性与稳定性提升。可以采用边际成本定价法, 对商业用电负荷、居民用电负荷以及工业用电负荷等主要用电负荷进行有效的平衡处理, 实现电力负荷的平稳。
2.2需求侧管理平衡负荷法
需求侧管理简称DSM, 是一种被广泛应用于国际管理领域中的一种先进的资源规划方法, 将其应用在电力负荷的管理中, 对其平衡性与稳定性具有积极作用。DMS管理办法一经推出就受到各领域的广泛好评与应用, 在热力、供水、煤气等方面的管理中都起到一定促进作用[3]。但是, 在不断的推广与使用过程中发现, 此种办法对电力管理效果最为明显。DSM主要是指导电力部门运用经济、行政和技术等方面的手段, 来控制电量的消耗, 减少电力的需求量, 从而提升电力行业经济效益与环境效益的一种优质管理办法。电力企业也是处在市场经济下进行发展的, 因此进行电力负荷特性的优化调控也要满足市场竞争发展需求的需要。
通过此种办法中的不同提调控手段的运用能够实现对电力负荷的有效平衡, 首先, 在行政手段方面, 政府以及相关的电力发展部门可以依据相应个、法律法规的制定来规范电力市场中的销售与消费行为, 从而实现电力系统运行的稳定性状态维护, 确保电力负荷的稳定。其次, 技术手段方面, 电力企业可以引进先进的节能设备和负荷管理技术, 从而有效的改变电力系统的供电方式, 以此提升用电效率, 达到电力负荷的平衡状态。
三、结语
综上所述, 电力企业发展过程中, 通过对用电负荷特性的有效分析与研究, 制定相应的用电负荷平衡办法, 能够有效的提升电力系统的运行效率, 促进企业经济效益的提升。用电负荷具有周期性与季节性等特性, 在发展过程中极易受到外界干扰而产生变化, 从而影响电力系统的稳定运行与发展。因此可以运用电价引导负荷平衡法、DSM等办法对其进行有效的优化控制, 促进电力行业的快速健康发展。
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空调负荷调控 篇4
关键词：电力负荷,特性,优化,调控,方法
随着人们生活水平的提高, 在生活中以及工作中应用的电力产品越来越多, 人们对电能的需求量也有所增大, 这对电力企业提出了更高的要求, 相关工作人员需要对电力系统进行优化, 还要对电力负荷进行优化与调控。在优化调控前, 技术人员需要了解电力负荷的特性, 要改善电力负荷的特性, 降低电力系统传输中电力负荷的损耗, 这也有利于提高电力企业的生产效益。
一、电力负荷的特性
电力负荷有多种类型, 常见的主要是工业用电负荷、商业用电负荷以及居民用电负荷, 这三种类型的负荷有着各自的特点, 而且有着不同的规律, 由于受到电力特点的影响, 电力负荷有着较多的特点, 电能一般无法大量的储存, 其在消费时具有及时性, 生产与消费一般是在统一瞬间进行的。电力负荷的变化具有周期性的概率, 一般负荷在间隔几个小时后, 会出现起伏变化的情况, 这种变化的周期比较长, 有时周期可达24h。电力负荷的周期性变化并不是简单的重复, 其存在随机分量, 会使周期的数值出现变化。电力负荷的周期单位可以是小时、天、周、月或者年。电力负荷具有连续性, 在负荷曲线上一般不存在奇点, 这主要是因为曲线的相邻点的变化具有连续性的特点, 电力负荷连续可以保证电力系统稳定的运行, 可以避免电力系统受到较大的冲击, 电力负荷在变化的过程中, 负荷的大小是在一定的范围内进行变化, 在这一条件的限制下, 负荷总量会出现连续变化的情况, 所以, 在观察负荷曲线时, 不会出现较大的跃变。
电力负荷还具有季节性的特点, 这与电力负荷的构成有着较大的关系, 电力负荷容易受到天气等外界因素的影响, 所以, 在春季与秋季, 温度与湿度比较适宜, 不会出现高温或者低温的特殊天气, 负荷受到天气的影响比较小。电力负荷还容易受到湿度、风力以及降水量的影响。电力负荷的变化具有周期性的特点, 由于负荷的变化是连续性的, 所以, 负荷曲线不会出现太大的跃变。电力负荷会受到外界因素的影响, 其具有敏感性的特点, 所以, 在对电力负荷进行调控的过程中, 需要考虑外界因素变化对负荷大小的影响。电力市场在发展的过程中, 电力负荷出现了变化, 其特点也增多了, 受到的影响因素也增加了。一些高耗能的企业在搬迁后, 会对负荷的特性产生较大影响, 所以, 在优化的过程中, 一定要充分的考虑这些影响因素。
二、电力负荷优化调控的方法
近年来, 人们的用电量不断上涨, 电力企业的经济效益也有了较大的提高, 为了保证用户的用电质量, 相关工作人员要对电力系统进行优化, 还要控制电力负荷, 避免出现电力负荷损耗的情况。在优化与调控的过程中, 需要了解电力负荷的特性, 还要了解影响电力负荷质量的因素, 要保证电网安全、稳定、可靠的运行, 避免在电力生产的过程中出现系统无法正常运行的情况。在优化调控的过程中, 可以从电力生产投入、电力负荷调整两个方面入手, 要加强对电力需求的管理, 还提高用户的满意度, 还要保证负荷的平衡性, 避免电力负荷波动过大。在对电力负荷进行优化调控的过程中, 还要减少电力系统设备磨损的情况, 要加强对电力负荷的调整, 解决电能供需的矛盾。下面笔者结合自身经验, 对优化调控电力负荷的方法进行简单的介绍。
1电价引导负荷平衡法
在当前电力市场条件下, 电力企业需要做好电价的调控工作, 要保证电价制定的合理性, 在满足电力企业再生产的需求后, 还要保证在用户的接受范围内。电力行业具有垄断性的特点, 所以, 在制定电价时需要考虑电力企业未来的发展, 还要考虑社会的安定性, 电力企业可以通过电价引导负荷的平衡。在定价时要以成本价利润为导向, 还可以采用边际成本定价法;电力企业为了更好的发展, 可以选择以需求为导向进行定价, 也可以采用以竞争为导向的定价法。
2需求侧管理平衡负荷法
需求侧管理 (DSM) 是当前国际上推行的一种先进的管理和资源规划方法。它可应用在电力、煤气、热力、供水等公用事业部门, 目前世界上广泛应用在电力部门, 故称电力需求侧管理, 以下简称需求侧管理。需求侧管理平衡负荷法是指电力公司采用行政、技术、经济等手段, 是为减少电量消耗和电力需求, 节约一次能源, 提高经济效益和环境效益所进行的管理活动。需求侧管理方法主要包括引导手段、行政手段、技术手段和经济手段。在市场经济中, 推行任何新产品、新技术等都离不开引导手段。需求侧管理的行政手段是指政府和有关职能部门通过法规、条例、标准等来规范电力消费和市场的行为。技术手段是通过采用当前成熟的负荷管理技术和先进节能设备, 达到改变用户用电方式和提高用电效率, 从而实现降低电力需求和电量消耗的管理手段。
结语
通过本文的分析可以看出, 电力企业在对电力负荷进行优化与调控后, 有效的提高了电力企业的经济效益, 可以保证电力行业健康、稳定的发展。电力负荷有着自身的特性, 其比较容易受到外界因素的影响, 而且随着电力行业的不断发展, 其受到的影响因素也出现了变化, 在对电力负荷进行优化与调控的过程中, 需要考虑电力负荷的特性, 可以采用电价引导负荷平衡的方式, 也可以采用需求侧管理平衡负荷的方式, 在优化时要结合企业的实际运行状况。
参考文献
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[2]周菁华.现代城市电力负荷的特性研究与测试[D].广西大学, 2006.
体育课运动负荷的安排和调控 篇5
一、体育课运动负荷的内涵和意义
体育课的运动负荷是指学生在课上做练习时,在机体承受的运动“量”和“强度”的作用下,机体反映出来的生理机能变化。运动负荷包括内部数据和外部数据两个层面。外部数据是学生练习的次数、总时间、总距离、练习密度、强度;内部数据是从事体育练习时机体在心率、血压、呼吸频率、气体交换等方面的变化。两者具有一定的因果关系,外部数据是因,内部数据是果,一般成正比的关系,即外部数据越大,内部数据也越大。但是相同的外部数据对于不同的学生(身体发展的水平不同),对于同一学生所处的不同阶段(不同阶段身体机能状况不同),内部数据也可能是不一致的。如同样的运动强度,可能有的学生就感到过大,有的学生感到适宜;同一学生这一阶段感到适宜,而另一阶段就感到运动负荷小了,这是因为这个学生的运动能力在原来的基础上提高了。
影响体育课运动负荷的因素主要有两个,一个是运动的“量”,另一个是运动的“强度”。运动的“量”是指有效的练习时间和练习的重复次数、距离、重量等。运动的“强度”是指学生练习时用力紧张的程度,练习的密度、节奏和速度等。运动的“量”和运动“强度”的关系,即练习的“强度”越大,练习的“量和密度”就应相应地减少,一般成反比的关系。
合理安排体育课的运动负荷,对发展和增强学生的体能,掌握和提高运动技能,防止运动伤害事故的发生,都具有积极意义。因为人体形态、机能的改善和发展以及运动技能的掌握和提高,都必须在适宜的负荷量和负荷强度的刺激下才能实现。如果运动的“量”和“强度”过小,就起不到刺激身体新陈代谢的作用,不能促进学生体能素质的提高。反之,如果运动的“量”和“强度”过大,就会造成一定的运动伤害事故,甚至影响学生的身体健康。只有适宜的运动负荷才能发展和增强学生的体能。学生的体能基础扎实了,就为运动技能的学习创造了条件,有利于掌握和提高学生的运动技能。
二、安排和调控运动负荷的方法
合理安排体育课的运动负荷,应根据人体生理机能活动变化的规律来安排。学生在体育课的学习中,其身体机能水平的变化,一般是通过“逐步上升→保持稳定→逐步下降”三个阶段来进行的。为了适应这种变化,运动负荷一般应由小到大,逐渐增加,并要注意大中小负荷合理交替,到课的结束部分,逐步降低运动负荷,使学生身体恢复到相对安静的状态。从一个学期课的整体安排来看,每学期初教学的开始阶段,由于学生经过一个假期的休息,身体机能水平可能有所下降,课的运动负荷的量和强度可适当小些,随着学生身体训练水平的不断恢复,运动负荷再逐渐增大。具体安排和调控课的运动负荷时应注意以下几点:
1. 根椐课的类型和要求,安排每节课的运动负荷。
如新授课讲解、示范、纠正错误的时间较多,练习的时间和强度就会相对减少,运动负荷就会适当小一些。而复习课和综合课主要是复习和改进技能,练习次数和时间就会多一些,运动强度也会相对提高,课的负荷就会适当的大一些。我们要根据课的不同类型来适宜地安排和调控课的运动负荷,一般来讲,新授课生理曲线的高峰出现在课的中间(达到最高),然后再逐渐下降。复习课的生理曲线高峰出现在课的后半部分达到最高,然后再逐渐下降为好。如果课的任务要求是为最近考核的体育项目作准备,就应适当加强该项目练习的次数和强度,从技术上和体能上为该项目的考核作好准备。
2. 要根据教材的性质安排课的运动负荷。
静力性的体操和武术教材与动力性的跑和跳跃教材,运动负荷的大小与过程有着明显的差异。体操和武术教材练习的次数多、时间长,而运动的强度相对较小,安排运动负荷时练习密度可以适当增加一些。而跑、跳跃的教材,应合理安排练习的间歇时间,使练习和休息合理交替。练习的强度大、时间短、练习的次数相对较少、练习密度可以适当的小一些。总之,要根据教材的性质合理安排练习的密度和强度。
3. 合理安排练习的间歇时间。
安排运动负荷时,应根据运动负荷强度的大小,合理安排练习的间歇时间,使练习和休息合理交替。同时,我们不仅要安排好练习的量和强度,还要安排好休息的量和恢复强度。休息的量是指机体能力恢复前休息时间的长短。如体育课上跑100m×2,第一个百米跑完后休息2分钟,第二个百米跑完后休息1分半钟,这就是休息的量。恢复强度是指在休息间歇时间内,机体恢复过程的水平。如上述学生跑两个100米,第一个百米跑完后,经休息2分钟心率从150次/分降到110次/分;第二个百米跑完后,经休息1分半钟,心率从150次/分降到130次/分,这就是恢复强度。实践证明,休息间歇时间的长短对身体机能的影响和效果是不同的,这就要求我们不仅要安排好练习的量和强度,还要安排好休息的量和恢复强度,才能更好地促进学生身体机能的发展。同时,还要安排好间歇休息的方式,采取积极性的休息方式比消极性的休息方式好。
4. 相对固定的体能练习时间是保证运动负荷提高的有效方法和措施。
为了全面提高学生的体能,每一节体育课都要安排8~10分钟左右的体能练习时间,包括一般体能和专项体能。要高度重视体能练习手段和方法的丰富多彩、实用有趣,有些专项体能对肢体发展可能是不均衡的,可以进行补偿性体能练习,如跳远运动项目,下肢和躯干的运动较多,强调速度,就需要进行上肢运动和心肺耐力的补偿性体能练习,以全面发展学生的体能。在我国体育教学改革的历史上,1978年教育部颁发的十年制中小学体育教学大纲,为了增强学生的体能,提高课的密度和运动负荷,第一次提出了“课课练”的概念,即以简单易行,发展身体素质有效的教材,在每节课中反复出现来促进学生体能的发展。在以后的教学实践中取得了提高课的密度和负荷,促进学生身体素质发展的积极效果。但时间长了,由于这些教学内容简单、枯燥、不能满足学生学习兴趣等原因,“课课练”又逐渐淡出了体育课堂。但是,这并不等于对“课课练”的全面否定,教学实践证明,相对固定的体能练习时间仍是保证运动负荷提高的有效方法和措施。前面所讲的近年来,发展身体素质的“课课练”又重新回归体育课堂就说明了这一点。只要不断丰富和创新“课课练”的内容、形式和方法,仍可在提高课的密度、运动负荷和学生体能水平上发挥积极作用。每一节体育课都要安排8~10分钟左右的体能练习时间,就是在新的条件下对“课课练”的发展和继承。
三、体育课堂教学中如何调控学生的运动负荷
体育教师在备课时对学生运动负荷的预计和安排,基本上是针对该班中等训练水平的学生来设计的,但实际上学生的身体训练水平是有差异的,加上课中情况也不可能事先都全部预料到,所以教师在上课过程中,还要细致观察和分析课的运动负荷的大小及其变化的情况,并及时采取有效措施进行调控。通常调控的方法有:
1. 改变练习内容。
如短距离跑的教学,学生下肢负担较重,出现疲劳,就可采用一些以上肢活动为主的活动性的游戏加以调控,这既可以降低运动负荷的强度,又可以通过上肢活动游戏减轻下肢活动的负担。
2. 改变练习的速度、幅度、时间、速率等基本要素。
如在韵律体操和舞蹈的教学中由于练习的速度较快、幅度较大、时间较长、速率较高,造成运动负荷过大,就要通过适当地降低练习的速度,减小练习的幅度,缩短练习的时间,降低练习的速率来调控课的运动负荷。
3. 改变练习的重复次数。
如在体能练习的教学中,原计划安排5组下蹲跳的练习,每组5次,有的学生感到负担过重,有的学生又感到强度不够,对此就可以根据学生的情况,适当调整练习的次数,5组下蹲跳的练习,每组3~6次,让学生根据自已的情况进行选择。
4. 改变练习的间歇时间。
如进行50m×3的反复跑,第一次跑完后间歇1分半钟,第二次跑完后间歇2分钟,也可根据运动负荷的大小和学生承担负荷的反映加以适当地调整。如第一次跑完后间歇2分钟,第二次跑完后间歇2分半钟等。
5. 改变练习的条件。
如进行急行跳远练习,全班40个学生,但学校场地设备条件有限,仅一个沙坑,全班不分组进行练习学生人数多,练习次数少,不可取。教师可将学生分成四组,每组10人,有两组可利用沙坑的侧面,用小垫子做两个踏板,将学生分成两组进行练习,另两组进行跳远的专项练习和发展下肢力量的练习,为急行跳远的练习做准备,然后再与在沙坑练习的组轮换。
四、课后运动负荷的检验
教师课后如何检查和判断运动负荷的合理性?常用的方法有3种:
1. 教育观查法。
教师在教学的过程中,可通过对学生的外部表现进行观察。主要是从学生的肤色、呼吸、汗量、完成动作的质量、注意力是否集中等方面来判断学生运动负荷的合理性。这是教师最直接、最常用的检查和判断运动负荷合理性的方法。如果学生出现面色发白、直冒虚汗、动作质量完成得越来越差、练习打不起精神、注意力不集中等现象,从其中的一项或几项表现就可以反映出运动负荷过大的程度,要及时采取措施进行调整,使运动负荷降下来。如果在练习过程中学生的脸色红润,微微出汗,学习的积极性很高,注意力都集中在练习的动作上,完成动作的质量逐步提高,那么运动负荷的安排就是合理和适宜的。
2. 自我感觉法。
自我感觉法是以学生的主观感觉来判断运动负荷的大小,这对检查运动负荷也有一定的意义。自我感觉包括饮食、睡眠、精神、对练习的情绪和兴趣等方面。教师应经常听取学生反映,并与教育观查相结合,加以分析研究,以判断运动负荷是否适宜。
3. 生理测定法。
它包括测定心率、血压、呼吸频率、肺活量、吸氧量、尿蛋白等生理生化指标。这些方法虽然比较客观准确,但是有些方法需要一定的仪器设备,而且过程也比较复杂。体育课中最常用的生理测定法是测定运动时的心率,通过一次课上多次测定学生的心率,来了解和掌握一次课上学生的心率变化的情况,判断运动负荷安排是否适宜。
关于空调冷负荷计算方法的讨论 篇6
冷负荷是指为了维持室内设定的温度, 在某一时刻必须由空调系统从房间带走的热量, 或者某一时刻需要向房间供应的冷量。房间的得热量是指通过维护结构进入房间的, 以及房间内部散出的各种热量。它由两部分组成:一是由于太阳辐射进入房间的热量和室内外空气温差经维护结构传入房间的热量;另一部分是人体、照明、各种工艺设备和电器设备散入房间的热量。根据性质的不同, 房间得热量可以分为潜热和显热两类, 而显热又包括对流热和辐射热两种成分。空调系统依靠送风带走室内的热量, 只能是对流热。这就是负荷。而上述得热量含有辐射成分不能被送风所吸收。这部分辐射通过被辐射的围护结构的蓄热-放热效应才能转化为对流成分。这种转化必然产生峰值的削减和时间的延迟, 其结果使的得热曲线变成负荷曲线时被延迟被削平。负荷峰值小于得热峰值。也就是说得热和负荷是两个不同的概念, 得热含有辐射成分。
2 维护结构冷负荷的计算
维护结构的冷负荷计算有许多种方法, 目前国内采用较多的是谐波反应法和冷负荷系数法[3]。使用冷负荷系数法计算维护结构空调冷负荷的步骤如下:
2.1 外墙、屋面、窗户的传热形成的冷负荷
2.1.1 外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷
在日射和室外气温综合作用下, 外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算:
Qc, τ=KF (tl, τ-tn) (1)
式中:Qc, τ——外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷 (w) ;
K——外墙和屋面的传热系数 (w/m2, ·℃) , 根据外墙和屋面的不同构造和厚度查表得到;
F——外墙和屋面的面积 (m2) ;
tl, τ——外墙和屋面的冷负荷计算温度的逐时值 (℃) , 根据外墙和屋面的不同类型查表得到。
2.1.2 外玻璃窗的瞬变传热引起的冷负荷
在室内外温差作用下, 由玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷计算与上式相同,
Qc, τ=KF (tl, τ-tn) (2)
式中:Qc, τ——外玻璃窗的瞬变传热引起的冷负荷 (W) ;
K——玻璃窗的传热系数 (w/m2, ·℃) ;
F——窗洞的面积 (m2) ;
tl, τ——玻璃窗的逐时冷负荷计算温度 (℃)
2.2 透过玻璃窗的日射得热形成的冷负荷
2.2.1 无外遮阳玻璃窗的日射得热形成的逐时冷负荷
Qf, τ=FCsCnDj, maxCL (3)
式中:Qf, τ——透过玻璃窗的日射得热引起的逐时冷负荷 (W) ;
Dj, max——不同纬度带各朝向七月份日射得热因素的最大值 (w/m2, ·℃) , 查表得到;
F——玻璃窗的有效面积 (m2) ;
Cs——玻璃窗的遮阳系数, 查相关表格得到;
Cn——窗内遮阳系数, 查相关表格得到;
CL——冷负荷系数, 查相关表格得到。
2.2.2 有外遮阳玻璃窗的日射得热引起的逐时冷负荷
有外遮阳玻璃窗的日射得热引起的逐时冷负荷由两部分组成, 即
Qf, τ=Qf, s, τ+Qf, r, τ (4)
式中: Qf, s, τ——阴影部分日射冷负荷Qf, s, τ=FsCsCn (Dj, max) n (CL) n (W) ;
Qf, r, τ——阳光照射部分的日射冷负荷Qf, r, τ=FrCsCnDj, maxCL (W) ;
Fs——窗户的阴影面积 (m2) ;
(Dj, max) n——北向的日射得热因素的最大值 (w/m2, ·℃) ;
(CL) n——北向玻璃窗的冷负荷系数;
Fr——窗户的阳光面积 (m2) ;
2.3 通过内墙、楼板等内维护结构传热形成的逐时冷负荷
当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度差大于3℃时, 需要考虑由护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷, 可按下式的稳定传热公算:
Q=KF (tls-tn) (5)
式中:Q——内墙、楼板等内维护结构传热形成的瞬时冷负荷 (w) ;
K——内维护结构传热系数 (w/m2, ·℃) ;
F——内维护结构传热面积 (m2) ;
tn——夏季空调室内计算温度 (℃) ;
tls——相邻非空调房间的平均计算温度 (℃) , 可用下式计算:
tls=twp+Δtls (6)
式中:twp——夏季空调室外计算日平均温度 (℃) ;
Δtls——相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调室外计算日平度的差值 (℃) , 查相关表格得到。
3 室内热源散热形成的冷负荷
室内热源包括照明散热、人体散热和设备散热等。室内热源散出的热量包括显热和潜热两部分。显热得热, 亦有对流和辐热之分, 其辐射得热部分, 与日射得热等辐射传热情况类似, 也不能直接被所吸收, 而是先传给室内维护结构、家具等物体, 当这些物体吸收热量表面升高后, 通过表面对流等方式再将所吸收的辐射热量传给室内的空气或其体。所以, 他们冷负荷的形成过程的机理与太阳辐射形成冷负荷的机理相同可用相应的冷负荷系数来简化计算。
3.1 照明得热引起的逐时冷负荷
3.1.1 照明得热量
由于照明灯具类型和安装方式不同, 其得热量也不同。其中
白炽灯:Q=P (7)
荧光灯:Q=n1n2P (8)
式中:P——照明灯具的功率 (W) ;
n1——镇流器消耗功率系数, 明装时n=1.2, 暗装荧光灯的镇流器在顶棚内时, n=1.0;
n2——灯罩隔热系数, 当荧光灯罩上部有小孔, 可自然通风散热至顶棚时, n2=0.5～0.6;荧光灯罩无通风时, 根据顶棚内通风情况, 一般取n2=0.6～0.8。
3.1.2 照明得热引起的逐时冷负荷
照明得热引起的逐时冷负荷用下式计算。
Q=QCL (9)
式中:Q——照明得热量 (W) ;
CL——照明冷负荷系数, 查相关表格得到。
3.2 人体和设备的散热量引起的瞬时冷负荷
3.2.1 人体散热量
人体散热量与性别、年龄、衣着、劳动强度和环境条件等因素有关。在人体散热量中, 辐射热部分约占40%, 对流散热约占20%, 潜热约占40%。潜热和对流散热可视为瞬时冷负荷, 辐射散热与日射等辐射传热情况类似。
Qs=n1n2qs (10)
Qr=n1n2qr (11)
式中:Qs——人体显热散热量;
qs——不同室温和活动强度下, 成年男子的显热散热量, 查表得到;
Qr——人体潜热散热量;
qr——不同室温和活动强度下, 成年男子的潜热散热量, 查表得到; n1——室内人数;
n2——集群系数, 查表得到;
3.2.2 设备散热得热量包括工艺设备散热得热量和电子设备散热得热量
3.2.3 人体和设备得热引起的逐时冷负荷
Qr=QsCL+Qr (12)
式中:Qs——人体或设备的显热得热量 (w) ;
Qr——人体或设备的潜热得热量 (w) ;
CL——人体或设备的冷负荷系数, 查表得到;
4 结论
文章讨论了一种计算冷负荷的方法。分析相关公式, 可以得出, 在相同外部环境条件 (计算时刻、室内人数等等) 下, 对于固定房间的冷负荷, 其值仅和室内设计温度有关。那么如果我们知道了此时送入空调房间内的冷量, 则可以根据相关公式计算出在该制冷量下, 空调房间能达到的实际温度。
参考文献
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基于负荷预测的中央空调节能控制 篇7
1负荷预测的必要性
设计单位提供的空调冷负荷通常依据建筑物的围护结构、人员、室内照明电器、室外温度湿度条件 (全年不断变化) 、室外风速 (全年不断变化) 、室内温度湿度要求、24 h太阳照射角度/天空背景辐射模型 (全年不断变化) 、使用系数 (每日不断变化) 等因素计算设计日逐时冷负荷, 但由于以下几个原因导致设计日负荷与实际设计日出现的24 h逐时冷负荷往往出入很大:1) 设计师由于担心冷量不足或后期功能变化, 处于可靠性的考虑而有意将安全余量放大;2) 建筑物建成后实际使用情况与设计情况不一致, 建筑材料和施工工艺在施工过程中可能会调整, 部分建筑围护结构的材料热性能与设计手册不一致;3) 城市局部地区的室外设计条件和设计手册不一致;4) 实际的使用系数无法预先准确判断。因此, 冰蓄冷空调系统需要在运行1年～2年后 (建筑物功能完全发挥后) , 根据系统总流量和总的进出口温度计算各个时间段的冷负荷, 才能统计出实际的24 h逐时冷负荷。
2负荷预测模型的建立
对空调负荷的预先计算需要设计单位提供原始空调逐时冷负荷计算书, 按照设计院计算书中各个空调房间的围护结构、人员 (每日不断变化) 、室内照明电器、室外温度湿度风速 (全年不断变化) 、室内温度湿度要求、24 h太阳照射角度 (全年不断变化, 可根据情况调整) 、使用系数 (每日不断变化) 、室外天气情况 (无法预测) 等计算条件输入, 并建立边界约束的数学模型。首先校核其中的围护结构是否与计算书中一致, 并根据实际建筑材料和围护结构调整, 再将其中全年每日不断变化的, 但可以在每日运行前确定的计算条件进行确定。
全年每日不断变化, 但每日运行前可以确定的计算条件有:1) 各个房间的使用情况, 包括人员、照明、电器及发热或产生蒸汽的设备使用情况, 以及是否使用等情况, 需要通过空调末端控制系统和楼宇控制收集。2) 室外温度、湿度条件, 通过室外温度湿度传感器收集 (设置在两个迎风点) 。3) 24 h太阳照射角度。
将无法确定的计算条件单独设置, 由操作人员随时调整:1) 节假日、临时安排的导致空调负荷变化的活动。2) 天气预报 (影响室外温湿度风速条件、影响阳光照射条件、影响照明条件) 、天气预报的不准确临时调整。最终, 经过1年～2年的运行, 确定以上约束条件的主要约束条件、次要约束条件, 逐步提高数学模型的可靠性。
目前市场有专业的空调负荷计算软件, 可以帮助建立负荷预测模型, 如:美国能源部发布的DOE-2空调负荷计算软件, 约克公司建筑物能耗模拟软件Visual DOE、特灵公司的Tracer700软件以及美国国防部开发的BLAST软件, 美国劳伦斯伯克利国家实验室的eQUEST软件等等。以eQUEST软件为例, 它可以模拟住宅、商业和公共事业建筑。在输入了建筑物位置、设计和运行数据情况下, eQUEST可以算出逐时冷热负荷以及运行费用。然后在实际运行过程中, 根据楼宇的使用情况、室外天气、风速、日照强度情况随时调整计算结果, 以便制定相应的运行策略, 见图1。
3负荷分配
系统负荷的分配就是以次日逐时负荷预测值为基础, 对未来各个时段的负荷进行预先的供冷分配, 为次日的运行策略提供可靠依据, 以确定哪个时段进行主机单独供冷, 哪个时段进行冰槽单独供冷, 联合供冷时哪个时段采用主机优先供冷策略, 哪个时段采用融冰优先的策略。系统分配原则是:在满足系统用冷负荷条件下, 合理安排主机和冰槽的供冷量, 使系统运行费用最低, 就是冰蓄冷系统的负荷分配原则。在进行负荷分配时应使冷机工作在效率比较高的工作点, 尽可能的工作于满负荷状态。因此在进行冷量时可采用一台冷机的额定制冷量, 作为分配的基准, 对负荷进行逐级分配。
以广州珠江新城集中供冷项目为例, 该工程选用三台制双工况制冷机, 当制冷机组工作于空调工况时, 平均每台制冷机可提供的额定冷量为1 252 kW, 工作于制冰工况时效率只有空调工况的65%。
当负荷冷量低于制冷机额定制冷量的85%时, 采用蓄冰槽融冰单独供冷, 当负荷大于额定制冷量的85%时, 应根据实际负荷情况来选择冷量分配, 若负荷在较长时间内一直稳定在1 000 kW～1 200 kW左右, 应关闭冰槽, 启动一台冷机单独供冷。负荷超过一台冷机的额定冷量且小于两台冷机的额定制冷量时, 可选择冰槽和主机联合供冷模式, 也可选择两台冷机同时供冷, 但无论是哪种方式都应以冷机的效率优先来考虑。当系统负荷超过两台制冷机组的额定制冷量时, 则只能采用联合供冷的模式, 根据设计日负荷的分配, 采用冷机供冷为主, 融冰供冷为辅的控制策略, 通过合理的蓄冰槽的融冰速率来跟踪和满足高峰期负荷的冷量需求。
4基于负荷预测的节能控制
通过优化控制数学模型确定了每时刻冷机供冷和融冰供冷的冷量分配后, 就可以具体确定每时刻冰蓄冷系统的运行工况, 就可以通过自控系统安全准确地控制每时刻制冷主机和水泵等设备的开启台数、控制电动阀门的开关状态和采集传感器数据等, 从而实现冰蓄冷空调系统的全自动运行和管理。图2为节能控制方案。
下面就以广州珠江新城集中供冷项目为例, 本工程对象为商用写字楼, 负荷变化相对来说比较有规律, 因此采用满足负荷均衡的部分蓄冰方式, 作为蓄冰系统设计和运行的原则。
系统工作于主机制冰即冰槽蓄冷模式, 三台双工况冷机工作在制冰状态, 根据第二天可能的负荷要求, 不断通过产生的低温乙二醇溶液, 向6个蓄冰槽提供冷量, 并使冰槽内的冰球温度急剧下降, 很快达到结冰温度, 当冰球开始结冰时就源源不断的将冷机所提供的冷量储存起来, 当蓄冷量足以满足次日的峰值负荷最大需求时, 可利用预先设定好的程序判断停机。一般认为该段时间内, 系统几乎没有冷负荷的需求, 其次考虑到制冷机此时工作效率仅为60%左右, 这段时间若需要用冷负荷, 则可通过程序自动控制基载冷机开启, 以满足负荷的需求。若无冷负荷可使基载冷机处在待机状态。到次日7:30前启动制冷主机, 以应对第一波负荷高峰的到来, 此时系统为采用主机供冷+冰槽供冷联合供冷模式, 根据经验及历史数据显示, 10:00以前主机的制冷量完全满足用户的需求, 因此此段时间选用了主机优先的策略, 若出现负荷变化, 供冷不足时启动蓄冰装置供冷。这样不仅可以提高制冷机的利用效率, 还避免了蓄冰槽冷量过早的浪费。
在11:00～13:30左右随着人员的流动变化, 空调负荷会慢慢减少, 此时可关闭制冷机组, 让蓄冰槽单独供冷, 一方面, 由于融冰过程并不是线性变化的, 融冰温度会随着融冰过程的进行缓慢上升, 若过早的使用冰槽供冷, 会导致冰槽出口温度过早升高, 无法及时跟踪下午用冷高峰期时空调负荷的变化, 而导致空调效果变差;另一方面, 冰槽供冷模式也不易开启得太晚, 应在负荷高峰到来前就提前供冷, 这样既可以保证中午的负荷需求, 还可以有效避免由于负荷预测误差导致冷量过剩。
通常在14:00～16:00左右是一天真正意义上的负荷高峰期, 这时仅凭制冷机组产生的冷量已经不能满足负荷的需求, 因此这段时间往往需要冰槽和冷机联合供冷, 可通过适当的调节增大蓄冰装置的融冰速率来应对负荷的变化。16:00～22:00可充分利用蓄冰装置所剩余的冷量来满足末端空调系统的负荷需求, 若剩余冷量不能满足时, 可自动开启基载冷机补足用冷需求。对于非工作日周六周日的情况, 由于其空调负荷相对较小, 系统运行策略也就相对简单些, 系统只需在主机制冰和冰槽供冷两种模式下运行, 首日23:00到次日早上6:00时间段内使系统工作于主机制冰模式, 同样根据预先的负荷预测, 由制冷主机向蓄冰槽提供次日所需冷量。并在次日9:00～17:00, 让系统一直工作在冰槽供冷模式, 若因特殊情况, 有大的负荷需求可开启基载冷机临时参与供冷。
5结语
准确的逐时负荷预测是实施冰蓄冷系统优化控制的重要前提。本文以广州珠江新城集中供冷项目为例, 通过对如何实现冰蓄冷空调优化控制的研究, 提出了冰蓄冷空调系统优化控制的一般过程, 给出了进行负荷预测的方法以及基于负荷预测的中央空调优化控制方案。
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