文章编号:1000-565X(2004)10-0028-04区域供冷系统中冷冻水输送管线的优化设计3刘金平1杜艳国1陈志勤2(1.华南理工大学电力学院,广东广州510640;2.华南理工大学工业装备与控制工程学院,广东广州510640)摘要:建立了确定区域供冷系统冷冻水输送管线最优水流速度和保温层最优厚度的优化模型,其目标函数为系统的年度费用,由冷冻水二级泵的年运行费用、冷冻水输送管线冷量损失费用、二级泵功耗导致的冷水温升所产生的费用、冷冻水二级泵的折旧和维修费用以及冷冻水输送管线折旧和维修费用5个部分组成.考虑全年变负荷运行的特点,在部分负荷时假设冷冻水的供回水温差不变,采用变频泵调节流量.通过实例计算,得到以下结论:对于区域供冷系统,存在最优的水流速度和保温层厚度;冷水输送距离对最优水流速度和保温层最优厚度没有影响;最优水流速度随电价升高而降低,随设计冷负荷增大而升高;保温层最优厚度随电价升高而增加,随设计冷负荷的增大而稍有增加.关键词:区域供冷系统;管线;优化设计;变冷负荷中图分类号:TU83.3文献标识码:A区域供冷系统是利用集中设置的大型冷冻站向一定范围内的需冷单位提供冷量的供冷方式,由于区域供冷系统在节能、环保和运行管理等方面的优势,许多国家和地区特别是欧、美、日等发达国家对其进行了相应的研究并得到了较广泛的应用[1,2],如冷负荷预测研究[3]以及区域供冷系统优化控制的研究[4].近年来区域供冷系统在我国也呈现出明显的发展趋势[5].区域供冷系统一般是将冷冻水送至用户.随着区域供冷系统供冷量的增大、供冷距离增长,冷冻水二级泵及冷冻水输送管线的投资和能耗费用增大,对区域供冷系统的投资和运行费用有显著影响,因此有必要对其进行研究.本文拟建立考虑变负荷特性的冷冻水二次泵及冷冻水输送管线的优化设计模型,通过实例计算,分析电价和冷负荷对最佳水流速度及管线保温层最佳厚度的影响.优化模型的建立根据区域供冷系统的工作原理和热经济学原,进行冷冻水输送管线优化设计,以经济效益最1理[6]优为判据,即以冷冻水系统的年度费用最小为优化的目标,作为目标函数的冷冻水系统的年度费用由5部分组成:冷冻水泵的年运行费用、管道的折旧和维修费用、冷冻水泵的折旧费用、输水管道冷量损失费用以及水泵功耗导致的水温升高产生的费用.本文所讨论的区域供冷系统是在中央制冷站制取冷冻水,冷冻水沿管路由泵输送到用户,然后再返回制冷系统.假设冷冻水输送系统采用变频调速泵进行调节在不同冷负荷时,通过调节冷冻水泵的流量,保证送水温度和回水温度不变.在设计时若选用较高的冷冻水流速,则可以减小输送管路的直径,减少设备的初投资;但冷冻水流速增大会导致流动阻力增大,水泵的功耗增大,故存在最佳的输水速度和输水管径.收稿日期:2004-02-173基金项目:国家重点基础研究发展规划资助项目(G2000026308)作者简介:刘金平(1962-),男,博士,副教授,主要从事制冷空调系统的优化设计与运行方面的研究.E2mail:mpjpliu---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---第10期刘金平等:区域供冷系统中冷冻水输送管线的优化设计29式中:Cpr为1m管道的保护层的费用,元/m;cpr为保护层材料的价格,元/m2.根据实际工程的造价拟和出1m管道土建费用与直径的函数关系:1.1流动阻力的计算当管内流体的雷诺数Re>10000,流动处于阻力平方区,沿程阻力摩擦系数ξ按式(1)计算:K0125ξ=0111(1)dCcon=ccon·π(d+2δ+2δt)式中:ccon为拟和系数.由以上可得管路的总的投资费用为Cpi=(Cp+Cth+Cpr+Ccon)·l则管道的年折旧费为:ΔCpi=βp(Cp+Cth+Cpr+Ccon)·l/10000式中:βp为管道的年折旧费率.1.4水泵的投资(9)式中:ξ为为沿程阻力系数;K为钢管当量粗糙度,m;d为输水管内径,m.取局部阻力损失为沿程阻力损失的20%,某一负荷时管线总阻力损失为(10)v21jΔpj=112ξ·ρ·(2)(11)d2式中:Δpj为冷冻水管线总阻力损失,Pa;vj为某一供冷负荷时冷冻水的流速,m/s;ρ为水密度,kg/m3;l为冷冻水输送管线的长度,m.1.2水泵的年耗电费用某一负荷时冷冻水泵的耗电功率为水泵的价格可简化为设计功率的线性函数,根据有关生产厂家提供的数据可拟和出下式:Cpu=A1+B1·Ppu0=A1+B1·A2·Ppu(12)式中:Ppu0为水泵...