化工廠用電節(jié)能優(yōu)化技術(shù)方法研究

引言

隨著我國(guó)工業(yè)化水平的不斷提高,工廠用電量也在同步增加。而我國(guó)對(duì)于工業(yè)用電的收費(fèi)要遠(yuǎn)高于民用電價(jià)格,因此研究工業(yè)用電的節(jié)能問題對(duì)于工廠的運(yùn)作以及公司的成本控制均具有重要的意義。本文以化工廠建筑中的空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)為對(duì)象,研究其能耗預(yù)測(cè)模型,并建立了節(jié)能優(yōu)化模型,以實(shí)現(xiàn)用電節(jié)能的目的。

1化工廠建筑的基本情況

本文所研究的對(duì)象是化工廠用電系統(tǒng),與民用建筑或商業(yè)建筑相比,工廠中的主要耗電機(jī)械都有固定的運(yùn)作時(shí)間,其節(jié)能空間較小。而工廠中的輔助設(shè)備,比如照明和空調(diào)系統(tǒng),具有較強(qiáng)的可控性,通過對(duì)其進(jìn)行控制可以實(shí)現(xiàn)能耗的降低,達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1.1空調(diào)系統(tǒng)分析

所研究的化工廠地處夏熱冬冷地區(qū),夏季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度為34.8℃,濕球溫度為28.5℃。所采用的空調(diào)為中央式統(tǒng)一溫度控制類型的系統(tǒng),夏季制冷、冬季制熱。服務(wù)對(duì)象為廠區(qū),因此空調(diào)溫度按照國(guó)家節(jié)能減排的規(guī)定進(jìn)行統(tǒng)一控制。所研究的化工廠中的空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

本化工廠08:30一17:30為上班時(shí)間,空調(diào)在上班時(shí)間自動(dòng)開啟,其他時(shí)間關(guān)閉,且春秋季節(jié)不啟動(dòng)空調(diào)。空調(diào)溫度的設(shè)定以及每日工廠中人員數(shù)量情況如圖1所示。由圖1可知,當(dāng)前空調(diào)的控制方案較為固定,采用恒溫控制方法:而廠區(qū)的上班人數(shù)是隨著上班時(shí)間變化的,同時(shí)在上班時(shí)間中依然存在波動(dòng),尤其是午餐時(shí)間人數(shù)波動(dòng)較為明顯。

1.2照明系統(tǒng)分析

目標(biāo)建筑的建筑類型為化工廠,內(nèi)部面積較大,對(duì)于照明需求較高,尤其是在陰雨天更加需要充足的照明。目前設(shè)計(jì)的照明光源按區(qū)均勻分布,人工手動(dòng)開啟,以其中的一個(gè)廠區(qū)為例,其被劃分為9個(gè)區(qū)塊,分布如圖2所示。

以某陰雨天為例,由于室外光源亮度不足,人工開啟了室內(nèi)照明,則在一個(gè)工作日的開啟時(shí)間的實(shí)際情況如圖3所示。

分析可知,在全人工操作的情況下,照明系統(tǒng)基本為完全功率投入,包括午間休息時(shí)間以及部分區(qū)域人員完全下班后,該照明依然投入,沒有達(dá)到分區(qū)管理的效果,電能浪費(fèi)明顯。

2用電節(jié)能模型的建立

通過以上分析可知,空調(diào)系統(tǒng)的恒溫控制方案符合國(guó)家節(jié)能減排的規(guī)劃,因此不需要修正。主要存在的問題是空調(diào)的投入時(shí)間問題,因此本文對(duì)空調(diào)的投入時(shí)間重新進(jìn)行設(shè)計(jì),其投入的計(jì)算關(guān)系如下:

上式的關(guān)系表示,當(dāng)工區(qū)員工人數(shù)超過應(yīng)出勤人數(shù)10%,且距離下班時(shí)間超過30min時(shí),開啟空調(diào),否則空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉,有效解決了午餐時(shí)間的資源浪費(fèi),并充分利用了空調(diào)系統(tǒng)的余溫。

對(duì)于照明系統(tǒng),由于不存在人員多少的問題,只與是否工作和天氣狀況有關(guān),所以照明系統(tǒng)的控制關(guān)系為:

分析上式可知,照明系統(tǒng)為分區(qū)自動(dòng)控制系統(tǒng),當(dāng)此區(qū)域滿足條件,則控制開關(guān)送電。當(dāng)此區(qū)域有人工作且天氣條件較差時(shí),則開啟照明:否則關(guān)閉照明系統(tǒng)。所以整個(gè)控制系統(tǒng)關(guān)系框圖如圖4所示。

在實(shí)際工作中,通過以上邏輯關(guān)系在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)的機(jī)電一體化控制,兩套系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉完全不需要人為干預(yù),有效避免了粗放式用電的問題。優(yōu)化后的系統(tǒng),在某一典型陰天工作日的下班時(shí)間空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的開啟情況如圖5所示。

由圖可知,由于無人在系統(tǒng)中申請(qǐng)加班,因此空調(diào)系統(tǒng)到17:00自動(dòng)關(guān)閉,而各區(qū)域的照明系統(tǒng)由于各區(qū)域人員離開時(shí)間不一致,因此實(shí)現(xiàn)了差異化控制。

3結(jié)語

本文從電氣系統(tǒng)機(jī)電控制的角度出發(fā),分析了當(dāng)前系統(tǒng)的用電弊端,針對(duì)此弊端提出了基于人員密度、工作時(shí)間安排和環(huán)境亮度的空調(diào)系統(tǒng)與照明系統(tǒng)控制方法,此自動(dòng)控制方案實(shí)現(xiàn)了差異化電能管理的目的,在實(shí)際投運(yùn)后有效節(jié)約了電能。