区域供冷系统供回水经济温差优化模型研究

张国强 徐玉珍++韩杰++刘涛++吴海平��

摘要：从经济的角度综合考虑，基于动态年折算费用法建立了区域供冷系统供回水经济温差的优化模型，并以夏热冬冷地区某小区区域供冷系统为例，分析了用电价格、比摩阻、供冷距离以及空调负荷等因素对供回水经济温差的影响.结果表明，当供回水经济温差为6.3 ℃时，年度费用最低，此时供水温度为5.9 ℃，与常规设计温度7/12 ℃相比，每年可节约2.4万元，经济温差随电价的增加而减小，随比摩阻、供冷距离、空调负荷的增大而增大.

关键词：区域供冷；动态年折算费用法；经济温差；影响因素

中图分类号：TU995 文献标识码：A

区域供冷系统是指针对一定区域内的建筑群，由一个或多个能源站集中制取冷冻水，通过输配管网输送到各用户，满足用户用冷需求的系统，包括能源站、输配管网和末端用能装置[1-3].与常规的分散式空调系统相比，区域供冷系统机组能效较高，能有效避免各用户冷负荷峰值的同时出现，可降低装机容量和提高机组的部分负荷率[4].

冷冻水供回水温差是区域供冷系统的重要设计参数，它直接影响着系统的投资与性能.加大冷冻水供回水温差可提高系统的经济性和能效，但其并不是越大越好，因为较低的供水温度会导致机组制冷性能下降，而较高的回水温度不能满足室内热舒适的要求.在区域供冷系统供回水温差研究方面，胡晨炯[5]以广州地铁五号线集中供冷系统为例，得出了10 ℃供回水温差能效比最高.寿炜炜[6]分析得出冷冻水供/回水温度设计为7/17 ℃时，节能效果不明显，且会加大系统的初投资.陈晓建立了基于LCC的优化数学模型，对某一住宅小区集中供冷进行分析，得出供回水温差不宜过大，风机盘管系统一般取8 ℃左右.张朝晖[8]建立了基于LCC的冷冻水温度优化模型，并对大连市星海湾项目进行分析，得出最佳的冷冻水供回水温度参数为3/12 ℃.华贲等[9]通过制冷主机串联两级制冷、末端设备革新的冷量逐级利用方法，实现了冷冻水二次管路的温差由10 ℃升高到15 ℃.付林等人[10]分析了供回水温度对区域供冷系统能耗的影响，并得出存在最优的供回水温度使得系统能耗最小.

从上述研究可知，目前区域供冷系统供回水温差设计通常采用经验值或仅从能耗的角度进行优选，没有从系统投资的角度进行考虑，而不同规模的区域供冷系统所对应的冷冻水经济温差不同.经济温差指的是从系统经济技术分析的角度综合考虑的冷冻水供回水温差[11].本文基于动态年折算费用法建立区域供冷系统供回水经济温差的优化模型，并以夏热冬冷地区某小区区域供冷系统为例，分析电价、比摩阻、供冷距离以及空调负荷对区域供冷系统供回水经济温差的影响.

1模型建立

常见的技术经济分析法有投资回收期法、年折算费用法以及基于LCC的年折算费用法.投资回收期法适用于年运行费存在很大节省空间的工程；基于LCC的年折算费用法实际运用中受各种客观因素的限制缺乏可操作性；而年折算费用法适用性广.本文基于动态年折算费用法建立了区域冷冻水供回水经济温差优化模型，并利用Matlab编制程序对其进行求解.

区域供冷系统比较复杂，要综合考虑到各种影响因素，本文所建立的优化模型不考虑区域供冷系统对优化城市能源结构和环保等方面的作用，仅考虑初投资和运行维护费等经济性因素，并且暂不考虑室内管网投资、室内管网冷量损失以及末端设备运行费.

该模型以年折算费用最小为目标函数，对区域供冷系统的冷冻水供回水经济温差进行优化，目标函数如下[12-13]：

MinCt=XtCtz+Cw+Cc+Cp+CΔQ+Cα. （1）

式中： MinCt为年总折算费用，元/年； Xt为标准投资效果系数，1/年；Ctz为室外输配管网初投资，元；Cw为循环水泵年折算费，元/年；Cc为冷水机组年均运行费，元/年；Cp为循环水泵年均运行费，元/年；CΔQ为输配系统冷量损失的折算费，元/年；Ca为室外输配管网的折旧、维修年均费，元/年.

3结论

本文基于动态年折算费用法建立了区域供冷系统供回水经济温差优化模型，并对夏热冬冷地区某小区区域供冷系统的供回水经济温差进行了优化分析.研究表明，随着经济温差的增大，系统能效降低，但年总折算费用随经济温差升高先降低后升高，当冷冻水供回水温差为6.3 ℃时，年度费用最低，其相应设计供水温度为5.9 ℃，与常规设计工况度7/12 ℃相比，每年可节约2.4万元.且经济温差随电价的增加而减少，随比摩阻、供冷距离、空调负荷的增大而增大.但是，本文仅对某特定小区区域供冷系统的供回水经济温差进行了优化分析，对于不同建筑群区域供冷系统的应用有待进一步研究.

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