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1、流体实时参数纠编法在空调系统节能改造中的应用研发可行性研究报告 1 流体实时参数纠编法在空调系统节能改造中的应用研发可行性研究报告1、立项的背景和意义1.1国内能源使用现状众所周知，随着国民经济高速发展，能源紧缺，电、煤、油、汽四大主要能源供应出现全面紧张,尤其是浙江，电力供应严重短缺，不仅严重制约了经济社会全面发展，而且给人民群众日常生活带来了一定影响。而另一方面，我国能源利用粗放，效率偏低，据统计我国单位 GDP能耗强度是日本的6.58倍，德国的 4.49倍，甚至是印度的 1.24倍。作为流体介质输送的原动机（约占总发电量的 30%）-水泵与风机的能耗情况同样不容乐观，普遍处于“低效率，高
2、能耗”状况运行，导致能源严重浪费。面对如此状况，国家发改委颁布了 2505号文件，提出十项保障措施，把坚持和实施节能减排方针放在首位，同时着重提出加大力度开发、运用高新技术和先进适用技术改造和提升传统产业，对能耗过高的用电产品、设备实行淘汰制度。在耗电的大型设备中，中央空调系统是量大面广的高耗电设备，一个大型宾馆商厦每天的空调用电在 510 万元。所以能有效降低大型中央空调系统的能源消耗，对节能工作有十分重要的意义。1.2 中央空调及水系统使用现状分析中央空调系统能耗主要由三部分组成，一是制冷主机能耗；另一是风机盘管等末端设备的风送能耗；还有就是冷却水、冷媒水的水送能耗，也就是 2 水泵能耗，
3、根据测试分析，我国目前空调系统水送能耗约占到整个空调系统的 35%左右。 目前主机和末端设备的设计和制造技术已相当成熟，国内外水平也很接近，在实际运行过程中，做到节能主要靠管理。管好开机、停机时间及主机温度的控制。 但是水送系统普遍存在过流量、高能耗现象，也就平常所说水泵处于“大流量、低效率、高能耗” 工况运行。统计表明，目前国内空调水送能耗指标为 59143 W/kW，平均有 60%的能源白白浪费。引起水系统高能耗运行的原因有多方面，诸如设计规范、设计计算方法、水泵质量、工程安装及运行管理等等，而最主要的还是设计计算理论过于陈旧，进行静态分析计算，由于设计计算方法的制约，不能多因素分析、全景
4、模拟动态运行状况，所以目前常采用大系数修正，指标参数选择偏于严重保守，“大马拉小车”现象严重，虽然知道设计中有不合理，但因为没有一套成熟的设计方法，从设备运行的性能与安全考虑，一般都廷用原有的设计方法。2003 年新颁布的设计规范虽作了较详细的解释并指出产生高能耗的主要原因，但不能提出可靠的设计方法，产品设计没有得到更合改善。水泵设计还是处于“过流量、低效率、高能耗”运行。严重偏离最佳工况点状况，还会造成振动大、噪音高、电机过载、发热，有的因过载严重，水泵根本无法启动导致电机烧坏。因此，改造大型中央空调系统水送系统对节能有十分重大的现实意义。1.3 课题意义“流体实时参数纠编法在空调系统节能改
5、造中的应用研发”根据创新理论对中央空调对水送系统进行功能定义、分析、优化、验证，并对中央空调 3 系统运用流体实时动态测试系统进行不同负荷下流体参数改对性能影响进行工况动态测试分析，得到动态流体运行的数据，建立相应的数学模型，编制出相应的运算程序，进行计算机仿真设计，不但效率高，而且得到的参数合理性大大提高。本项目研发实施成功，不仅可以应用在大型中央空调系统的节能改造，而且通过对测试分析系统的改进，数学模型的修正，将方法推广应用到化工与城市给排水系统、南水北调系统等。静态分析法无法得到的与实际动态运行更为接近的合理参数。按照计算得到的参数进行水泵重新设计，使大型中央空调系统节能效果提高十分显著
6、。本项目研发实施成功，不仅可以应用在大型中央空调系统的节能改造，而且通过对测试分析系统的改进，数学模型的修正，将方法推广应用到化工、城市给排水、南水北调等领域。 受宏观经济快速发展拉动，预计未来 5年中国泵制造业仍将保持逐年递增的发展速度，年均增速将高达 25，比机械工业年均增速高出 23 个百分点。与此同时，中国和国际泵市场将完全融合，技术水平、产品质量、价格和服务将成为日趋激烈的市场竞争的最重要因素。例如在石化用泵方面：是追求大型高效。目前，中国石油和化学工业正朝着大型化、规模化和国际化方向发展，虽然有预计说，未来 5年内其发展速度将低于已往两年，但仍将保持可持续发展。2010 年，我国乙
7、烯产能达到 1400万吨。扬子、福建、天津 60万吨年大型乙烯装置将陆续投入建设，燕化、扬子、齐鲁、茂名等大中型乙烯装置也将进行改扩建。为了降低成本，提升国际竞争力，这些新建和改扩建装置都将尽量提高设备的国产 4 化率，这为石化用泵的需求开辟了新的市场。预计到 2010年，中国原油需求量将达到 28 亿吨。为满足日益增长的需求，国内新建大型乙烯装置都将配套一体化炼油装置，炼油装置将建设 1000万吨级常减压装置和 300万吨级加压裂化装置。另外，目前国内各炼厂运行的各种类型泵有许多已经陈旧老化，急需更新和改造。在三大化工用泵方面，大型化肥用甲胺泵、大中型高温高压磁力泵、特殊材质非金属化工泵，预
8、计市场需求也将保持一定增长。在环保用泵方面：需求进入高峰。预计“十二五”期间，中国环保产业投资将达到 10000亿元。巨大的市场，对于泵的节能改造有着十分重要的意义。2、国内外研究现状和发展趋势“流体实时参数纠编法在空调系统节能改造中的应用研发”作为一种全新的大型中央空调系统节能改造技术，在日本西欧等国家技术研究目前已相当成熟，已经形成了比较完整的技术体系。使国外中央空调系统技术明显领先于我国。目前从国外进口的大型中央空调系统，如约克、特灵、开利、麦克维尔四大空调供应商目前的产品均已应用该技术提升产品性能。但由于技术壁垒原因，国内尚未有成熟的应用该技术报道，也没有与国外产品性能相近的产品出现，
9、使国内中央空调系统的能耗明显高于国外同类产品，国内产品技术明显落后于国外同类产品的先进水平。国外产品凭借其技术优势，对国内用户的销售价大大高于国外同类产品的售价，从而影响了节能产品在国内的广泛应用。由于国外产品研发投入大，对水送系统的动态测试精度高，动态描述精确，数学模型建立也成熟，所以设计水平已非常高，产品能耗也 5 很低。但技术封锁使我们无法直接应用国外的成熟技术，自主创新成为我们的唯一选择。本公司通过与国内权委机构、专家多年合作，参考了国外相关技术的一些文献报道，经过无数次的实验与对数学模型的修改，完成了前期理论性研究，已初步得到了流体实时参数纠编法技术要领，并进入了应用阶段的研发。现已
10、完成对公司黄金客户中央空调系统节能分析形式的技术改造试验，取得了很好的效果。我们将在总结前阶段研发成果的基础上，进行系统性应用研发，进一步优化技术体系，鉴定后进行推广应用，为国家节能作出贡献。3.项目研究开发内容和技术关键及主要创新点31 本项目的主要研发内容：（1）运用 DAOV创新理论，对大型中央空调系统水送系统进行功能定义、分析、优化、验证，为优化设计提供了有效的途径。（2）流体动态实时系统的测试与分析。通过公司自行研发的流体动态实时测试记录装置，对空调系统不同负荷状态下流体动态参数改变对空调系统冷量性能影响进行记录，并对记录进行分析。（3）数学模型的建立。（4）编制机算机程序，对数学模
11、型进行动态过程模拟，对流体动态实时状态变化与冷量功能要求进行对比分析，提出参数优化方案，再对优化后的状态进行实时模拟，进一步修改参数，实现优化，得到合理的水泵参数。（5）根据优化参数进行水泵重新选型设计，实现节能目标。32技术关键主要创新点（1）设计依据创新，运用 DAOV创新理论对大型中央空调水送系统进行 6 定义，找出优化方向。（2）对水送系统进行动态测试分析，得到流体动态运行参数变化与冷量影响的数据，与静态参数确定法加系数校正法相比，状态描述更加接近实际。（3）运用计算机技术对状态进行建模运算，所选参数更加合理。4、项目预期目标（1）空调系统节电 25%以上；（2）空调系统噪音下降 51
12、0分贝；（3）改造投资回收期在 1年以内，也就是用 1年的能源节约支出就能实现节能改造。销售（万元） 利润（万元） 税金（万元） 创汇（万美元）节汇（万美元）至项目完成时 40 3 12预期项目完成后一年内200 60 105、研究方案、技术路线、组织方式与课题分解第一阶段： 针对目前没有实时动态系统参数测试研究的现状，设计传感器电子实时动态参数测试系统，对大型中央空调系统在不同负荷下流体参数改变对冷量性能影响的测式记录，为建立分析数学模型提供依据。第二阶段：运用测试装置进行实验分析，建立数学模型。 7 第三阶段：编制计算机程序，对数学模型进行计算机仿真模拟，并对模拟结果与实验结果相比对，对数
13、学模型进行修正。并进行多次比对修正，使数学模型能比较接近空调系统对水送系统功能要求的实际，建立纠偏法。第四阶段：选择黄金客户，进行理论验证，并按照纠偏法进行参数优选，并依据优选参数进行水泵选型改造，实际安装后进行不同工况试验，测试达标后交付使用。6、计划进度安排起始年月 进度目标要求（每栏限 80 字）10 年 8 月至 10 年 10 月 完成研发方案的制定，并进行技术调查。提出技 术路线图。10 年 11 月至 11 年 2 月 进行实时动态测试系统研发，并完成测试精度验证。11 年 3 月 至 11 年 5 月 实验室分析测试，得到数据，建立数学模型并修正。11 年 6 月至 11 年
14、7 月 编制计算机程序，进行计算机信真模拟， 进行参数优化。11 年 8 月至 11 年 9 月 参数验证与数学模型修正。11 年 10 月至 11 年 11 月 选择黄金客户进行应用试验。11 年 12 月至 12 年 3 月 项目总结，方法优化，定型。12 年 4 月份 项目验收7、现有工作基础和条件本项目由长期从事大型中央空调系统节能技术研究的工程师和善长计算机应用技术的科研人员共同组成，团队成员对本项目进行了长期的技术积累与研究，并在实验条件下进行了研究性试验，取得了十分珍贵的技术资料。测试系统的设计工作已基本完成，实验室验证效果良好。数学模型建立已从国外资料中得到有益的信息，而且项目
15、承担单 8 位已与多家大型中央空调使用合作单位达成了合作意向。同时该项目得到了国内知名专家的技术支持，所以项目只要有必须的资金支持，完成只是时间问题。本项目的依托单位对项目能从人力、设备、场地、经费等方面提供大力的支持，这也为本课题的顺利实施提供优越的外部条件8、经费预算本项目经费预算如下表所示： 经费开支科目 预 算 经 费 总 额(万 元 ) 其中财政经费 （万元） 已实现投资额* （万元） 主要投资内容说明 备注*1.设备费 16.00 5.00 6 前期研制流体实时参数测试系统支出。2.能源材料费 2.00 1.003.试验外协费 10.00 4.资料印刷费 1.00 5.会议及调研费 3.00 6.租赁费 2.00 7.验收费 8.人员经费 18.00 4.00 9.管理费 2.00 10.其他费用 2.00 合计 56.00*注：1、 “已实现 投资额”指本项目已经投入的资金数额。2、预算经费如系合作单位投入
