【正文】 能設(shè)備性能方程式，這才是核心和難點(diǎn)所在。主要技術(shù)與性能指標(biāo)（1）利用常年保持在2025℃的大量廢水和熱泵制取熱量，加熱純水、Hot DI和再生DI，節(jié)省60%的蒸汽；（2）利用空壓機(jī)廢熱（原需要冷凍水全年冷卻）為純水的原水加熱（原用燃油鍋爐蒸汽加熱），100%節(jié)省空壓機(jī)冷卻的電耗和原水加熱的蒸汽消耗，整個(gè)企業(yè)在減少電耗15%的基礎(chǔ)上，降低蒸汽消耗15%。通過本項(xiàng)目實(shí)施，企業(yè)新獲得的相關(guān)證書情況質(zhì)量認(rèn)證體系證書ISO9001國(guó)家相關(guān)行業(yè)許可證專利證書10項(xiàng)技術(shù)、產(chǎn)品鑒定證書1～3份項(xiàng)目創(chuàng)新內(nèi)容理論創(chuàng)新如前所述，冷熱資源及其能效實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)與智能控制的關(guān)鍵是耗能設(shè)備的能效分析物理模型，而能效分析物理模型的關(guān)鍵是找到能準(zhǔn)確描述耗能設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及其效率的性能方程式。某通過節(jié)能技改工程實(shí)施、大量試驗(yàn)和掌握的大量一手?jǐn)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)耗冷和耗熱設(shè)備的性能方程式可定量描述為：1/COP＝－1＋Tin/Tout＋[－A0＋A1Tin－A2（Tin/Tout）]/Q （1）其中，Tin：進(jìn)料溫度（℃）；Tout：出料溫度（℃）；A0、A1和A2：綜合性能系數(shù)。根據(jù)我公司多年的經(jīng)驗(yàn)以及大量的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，比較通用的回歸方程式可描述為：α＝f1（1/COP，Tin，Tout，氣候參數(shù)…）Q （2）β＝－α＋A2f2（Tin，Tout，氣候參數(shù)…） （3）其中f1（1/COP，Tin，Tout，氣候參數(shù)…）和f2（Tin，Tout，氣候參數(shù)…）為回歸函數(shù)。P）及其對(duì)應(yīng)的α值，以f1為X軸，α值為Y軸，繪制XY分布圖，并回歸出XY分布圖的線性方程式。將每筆數(shù)據(jù)的f2值及其對(duì)應(yīng)的β值，以f2為X軸，β值為Y軸，繪制XY分布圖，并回歸出XY分布圖的線性方程式。本項(xiàng)目的理論創(chuàng)新點(diǎn)有：（1）合理的監(jiān)測(cè)參數(shù)、監(jiān)測(cè)范圍和監(jiān)測(cè)時(shí)段選擇（2）先進(jìn)、普適性好的耗能設(shè)備性能方程式（3）便于計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理的回歸方程式和回歸函數(shù)應(yīng)用創(chuàng)新（1）利用常年保持在2025℃的大量廢水和高效水源熱泵制取熱量，加熱純水、Hot DI和再生DI，節(jié)省60%以上的蒸汽，在節(jié)約能源成本60%以上的同時(shí)，降低化石燃料消耗27%以上；（2）動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)冷量需求、供冷能力和蓄冷槽冷量，全年用電高峰期80%以上時(shí)段用全蓄冷模式供冷，降低用電高峰期空調(diào)主機(jī)運(yùn)行時(shí)間60%以上；（3）動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)熱量需求、供熱能力和儲(chǔ)熱罐熱量，熱量不夠時(shí)首先利用空壓機(jī)廢熱，其次利用制冷機(jī)組的冷凝廢熱，再次利用廢水廢熱，最后才利用蒸汽，以最低的制熱成本滿足生產(chǎn)需求。（2）空調(diào)箱優(yōu)化配置，夏季節(jié)省空調(diào)箱除濕冷凍水消耗90%，節(jié)省空調(diào)箱再熱蒸汽消耗100%；（3）通過某能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和Ecosmart智能控制系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)和控制冷熱需求、冷熱資源以及生產(chǎn)狀況，定量分析預(yù)期內(nèi)的各種冷熱資源需求量和供應(yīng)能力，保持供熱/供冷能力、儲(chǔ)熱/蓄冷過程和用能過程動(dòng)態(tài)平衡，以最低的制熱和制冷成本滿足生產(chǎn)需求。圖8 改進(jìn)前的熱網(wǎng)絡(luò)和冷網(wǎng)絡(luò)工藝示意圖圖9 改進(jìn)后的熱網(wǎng)絡(luò)和冷網(wǎng)絡(luò)工藝示意圖結(jié)構(gòu)創(chuàng)新（1）本項(xiàng)目是信息處理軟件、監(jiān)測(cè)控制硬件和設(shè)備高度集成的節(jié)能產(chǎn)品，由空壓機(jī)冷卻及原水預(yù)熱子系統(tǒng)、空調(diào)箱冷熱源優(yōu)化配置子系統(tǒng)、水源熱泵子系統(tǒng)、冷凝熱回收子系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)智能儲(chǔ)熱/蓄冷子系統(tǒng)、冷熱資源及能效在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)等組成。項(xiàng)目實(shí)施前后用戶能源結(jié)構(gòu)分別如圖10和圖11所示。過程能量?jī)?yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了過程工業(yè)中單個(gè)技術(shù)向多項(xiàng)技術(shù)、單一過程向復(fù)雜過程的發(fā)展，使能源優(yōu)化和工藝優(yōu)化這類十分復(fù)雜和繁重的技術(shù)勞動(dòng)縮短了時(shí)間并提高了質(zhì)量。在美國(guó)經(jīng)濟(jì)性最好的十家電廠中有9家安裝了過程能量?jī)?yōu)化監(jiān)控軟件，效率提高3%～4%。國(guó)外已開發(fā)出產(chǎn)品化的過程能量?jī)?yōu)化控制方法和軟件系統(tǒng)。到目前為止，國(guó)內(nèi)過程能量?jī)?yōu)化技術(shù)僅限于石油化工行業(yè)。自上世紀(jì)80年代以來，全世界范圍內(nèi)熱泵應(yīng)用的總趨勢(shì)是不斷擴(kuò)大，熱泵研究工作日益得到各國(guó)重視。但理論研究仍以跟蹤國(guó)外技術(shù)為主，自主創(chuàng)新性研究工作較少。發(fā)達(dá)國(guó)家已將研究重點(diǎn)從充分利用余熱資源，轉(zhuǎn)移到提高現(xiàn)有設(shè)備的效率、盡量減少能量損失上，如降低排煙溫度、減少冷卻介質(zhì)帶走的熱量、減少散熱損失、提高熱工設(shè)備本身的效率，等等。因此，能源監(jiān)測(cè)在發(fā)達(dá)國(guó)家得到普及，并在廣泛能源監(jiān)測(cè)和能源管理的基礎(chǔ)上，發(fā)展到能效監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的水平，即通過全面監(jiān)測(cè)和控制耗能單位能源使用和設(shè)備運(yùn)行狀況，綜合回歸分析單臺(tái)設(shè)備、單個(gè)系統(tǒng)、或整個(gè)企業(yè)的能效水平和生產(chǎn)效率，對(duì)降低整個(gè)社會(huì)的單位產(chǎn)值能耗或單位產(chǎn)品能耗起到積極的推進(jìn)作用。（5）空調(diào)箱冷熱源優(yōu)化配置國(guó)內(nèi)外研究、開發(fā)現(xiàn)狀國(guó)外，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段就充分考慮了空調(diào)箱除濕和再熱過程的優(yōu)化配置，因而整體能效很高。發(fā)達(dá)國(guó)家近幾十年通過過程能量?jī)?yōu)化技術(shù)的研究和應(yīng)用，企業(yè)冷熱網(wǎng)絡(luò)配置和冷熱資源平衡做的相當(dāng)好，因此，需要設(shè)計(jì)和應(yīng)用動(dòng)態(tài)智能儲(chǔ)熱/蓄冷系統(tǒng)的壓力和動(dòng)力都不如中國(guó)。（2）關(guān)鍵技術(shù)（a）非穩(wěn)態(tài)過程能量?jī)?yōu)化技術(shù)；（b）動(dòng)態(tài)智能儲(chǔ)熱/蓄冷；（c）基于全天候天氣自動(dòng)鑒別的空調(diào)系統(tǒng)智能控制技術(shù)；（d）空調(diào)箱冷熱源優(yōu)化配置；（e）耐腐蝕性環(huán)境的水源熱泵技術(shù)；（f）耗能設(shè)備性能模擬軟件平臺(tái)； （g）耗能設(shè)備性能方程式、節(jié)能量計(jì)算模型、能效分析模型等。（1）研發(fā)根據(jù)電子類企業(yè)用能特點(diǎn)，詳細(xì)調(diào)研長(zhǎng)三角和珠三角該類企業(yè)冷熱資源需求和分布狀況，挑選其中有代表性的3～5家，分別制成下表：①熱需求調(diào)研內(nèi)容最高溫度（℃）最低溫度（℃）最大負(fù)荷（GJ/天）平均負(fù)荷（TJ/月）總負(fù)荷（TJ/年）備注空調(diào)原水加熱DI加熱Hot DI加熱生活熱水……②冷需求調(diào)研內(nèi)容最高溫度（℃）最低溫度（℃）最大負(fù)荷（GJ/天）平均負(fù)荷（TJ/月）總負(fù)荷（TJ/年）備注空調(diào)表冷器除濕空壓機(jī)冷卻……③熱資源調(diào)研內(nèi)容最高溫度（℃）最低溫度（℃）最大產(chǎn)量（GJ/天）平均產(chǎn)量（TJ/月）總產(chǎn)量（TJ/年）備注鍋爐蒸汽空壓機(jī)廢熱凝結(jié)水制冷機(jī)組冷凝廢熱廢水廢熱……④冷資源調(diào)研內(nèi)容最高溫度（℃）最低溫度（℃）最大產(chǎn)量（GJ/天）平均產(chǎn)量（TJ/月）總產(chǎn)量（TJ/年）備注制冷機(jī)組純水的原水自然冷量……通過過程能力優(yōu)化技術(shù)分析上述定量數(shù)據(jù)，找出能耗不合理的地方，研究解決方案，匯制下表：①不合理的熱需求及解決方案熱需求加熱方式不合理原因分析解決方案原水余熱蒸汽原水只需預(yù)熱到20℃左右，用高品位、高溫蒸汽加熱，極不合理空壓機(jī)廢熱或提取廢水余熱預(yù)熱原水空調(diào)箱再熱蒸汽夏季新風(fēng)含濕量較大，需要冷凍水經(jīng)表冷器將新風(fēng)及回風(fēng)混合風(fēng)降溫至機(jī)器露點(diǎn)溫度（10～13℃）除濕，除濕后，經(jīng)再熱段由蒸汽加熱至送風(fēng)溫度。項(xiàng)目技術(shù)路線描述項(xiàng)目技術(shù)路線描述本項(xiàng)目采用“研發(fā)→中試→產(chǎn)品化及試銷→產(chǎn)業(yè)化”，分階段循序漸進(jìn)、各環(huán)節(jié)并舉的技術(shù)路線，達(dá)到既可加速產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)進(jìn)程、滿足市場(chǎng)需求的目的，又注重產(chǎn)品化進(jìn)程的工藝技術(shù)，并考核產(chǎn)品在工程應(yīng)用環(huán)境的性能。項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容申報(bào)項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容及涉及的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)指標(biāo)描述（1）項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容（a）通過過程能量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化用能熱網(wǎng)絡(luò)和冷網(wǎng)絡(luò)，利用空氣壓縮機(jī)廢熱（原需要冷凍水全年冷卻）為純水的原水加熱（原用燃油鍋爐蒸汽加熱），既降低冷負(fù)荷，又降低熱負(fù)荷；（b）基于全天候天氣自動(dòng)鑒別和蓄冷的空調(diào)系統(tǒng)智能控制和優(yōu)化運(yùn)行措施，根據(jù)環(huán)境因素和峰谷電價(jià)的差異，最大限度地降低空調(diào)用電高峰期運(yùn)行時(shí)間和過渡季節(jié)運(yùn)行時(shí)間。經(jīng)廣泛調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)工廠、醫(yī)院、公共建筑等場(chǎng)合空調(diào)箱設(shè)計(jì)不合理情況普遍存在，單是本項(xiàng)目空調(diào)箱冷熱源優(yōu)化配置子系統(tǒng)就有很大的市場(chǎng)空間。為此，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了《節(jié)能減排統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)及考核實(shí)施方案和辦法》，明確提出對(duì)各項(xiàng)能耗指標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)施全面監(jiān)測(cè)，而節(jié)能監(jiān)測(cè)也成為國(guó)家發(fā)改委啟動(dòng)的十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一。本項(xiàng)目的出發(fā)點(diǎn)是：在盡量減少余熱產(chǎn)生的基礎(chǔ)上充分利用余熱資源。（3）余熱資源綜合、循環(huán)利用技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究、開發(fā)現(xiàn)狀余熱資源被認(rèn)為是繼煤、石油、天然氣和水力之后的第五大常規(guī)能源，是指在目前條件下有可能回收和重復(fù)利用而尚未回收利用的那部分能量，它不僅決定于能量本身的品位，還決定于生產(chǎn)發(fā)展情況和科學(xué)技術(shù)水平。我國(guó)熱泵技術(shù)研發(fā)工作與國(guó)外相比有較大差距，但自上世紀(jì)90年代以來，我國(guó)完整的熱泵工業(yè)體系正逐步形成。隨著本項(xiàng)目的大規(guī)模推廣應(yīng)用，過程能量?jī)?yōu)化技術(shù)的應(yīng)用深度和廣度將不斷增加，節(jié)能減排工作將取得長(zhǎng)足進(jìn)步。下表列出部分單位的研究開發(fā)情況：?jiǎn)挝涣鞒棠M技術(shù)系統(tǒng)分析能量綜合清華大學(xué)換熱網(wǎng)絡(luò)模擬換熱網(wǎng)絡(luò)柔性分析換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化合成AI及MP法能量綜合青島化工學(xué)院ECSS流程模擬軟件、換熱網(wǎng)絡(luò)模擬軟件換熱網(wǎng)絡(luò)柔性分析AI法換熱網(wǎng)絡(luò)合成復(fù)雜塔能量綜合某石油設(shè)計(jì)院ASPEN PLUS應(yīng)用煉油裝置能量分析及癰分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成軟件開發(fā)應(yīng)用洛陽石化工程公司Process應(yīng)用換熱網(wǎng)絡(luò)模擬煉油裝置能量分析及癰分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成軟件開發(fā)應(yīng)用石油大學(xué)糠醛、酮苯裝置模擬煉油裝置能量分析及癰分析換熱網(wǎng)絡(luò)合成，應(yīng)用挾點(diǎn)技術(shù)于糠醛、酮苯裝置大連理工大學(xué)合成氨流程模擬面向?qū)ο蠼－h(huán)境合成氨癰分析MP法雙溫差換熱網(wǎng)絡(luò)合成挾點(diǎn)技術(shù)工程開發(fā)應(yīng)用AI方法結(jié)構(gòu)框架華南理工大學(xué)Pro/II應(yīng)用能量流程模擬轉(zhuǎn)化三環(huán)節(jié)癰經(jīng)濟(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)合成軟件開發(fā)應(yīng)用目前國(guó)內(nèi)過程能量?jī)?yōu)化技術(shù)主要集中在石油化工行業(yè)。因此，過程能量?jī)?yōu)化技術(shù)已成為西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)計(jì)最佳工況、提高生產(chǎn)效率、降低消耗、強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)力、占領(lǐng)市場(chǎng)的重要手段。盡管中國(guó)研究這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)間與西方發(fā)達(dá)國(guó)家同步，但應(yīng)用相對(duì)較慢。圖10 項(xiàng)目實(shí)施前的能源結(jié)構(gòu)及能源流向圖圖11 改造后的能源結(jié)構(gòu)及能源流向圖注釋：1) 創(chuàng)新類別包括理論創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新；2）按創(chuàng)新點(diǎn)分條目描述創(chuàng)新內(nèi)容：如果是技術(shù)創(chuàng)新，請(qǐng)說明目前一般采用什么技術(shù)，申報(bào)項(xiàng)目對(duì)什么技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新；如果是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新，需進(jìn)行新舊結(jié)構(gòu)或工藝對(duì)比，并畫出新舊結(jié)構(gòu)圖和工藝流程圖。（2）總體上講，節(jié)能是傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)的一個(gè)分支。如圖8所示，工藝未改進(jìn)前，空壓機(jī)的冷凍水冷卻過程和原水的蒸汽加熱過程是完全獨(dú)立的，消耗的冷負(fù)荷為A，消耗的熱負(fù)荷為C，浪費(fèi)的余熱為B。主要問題是電子類企業(yè)一般根據(jù)訂單安排生產(chǎn)，產(chǎn)品數(shù)量和品種是非穩(wěn)態(tài)的，因而對(duì)冷熱資源的需求和可循環(huán)利用的冷熱資源量也是非穩(wěn)態(tài)的。比如，若回歸的線性方程式為y＝－，則系數(shù)A0＝，A1＝。比如，若回歸的線性方程式為y＝－，則系數(shù)A2＝。如何選擇合適的，且具有普遍意義的回歸函數(shù)，則是本項(xiàng)目能效監(jiān)測(cè)必須解決的另一個(gè)理論問題。其中的難點(diǎn)則是回歸方程式的選擇和驗(yàn)證。P，P為所評(píng)價(jià)設(shè)備單位時(shí)間的電能/蒸汽/熱水/燃料消耗，Q為單位時(shí)間產(chǎn)量（流量）。（4）降低用電高峰期空調(diào)主機(jī)運(yùn)行時(shí)間60%以上，降低過渡季節(jié)空調(diào)主機(jī)運(yùn)行時(shí)間50%以上；（5）通過能效監(jiān)測(cè)和控制，使電子類企業(yè)同類產(chǎn)品的單位能耗由原來發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍。設(shè)備性能方程式必須能綜合反應(yīng)設(shè)備工況、產(chǎn)量、天氣等因素。調(diào)整量可正可負(fù)。因此，設(shè)備節(jié)能量在線監(jiān)測(cè)是能效在線監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證的前提。高效水源熱泵利用常年保持21～25℃的廢水，消耗1kWh的電可制取4kWh的熱，（），折合標(biāo)煤（等價(jià)而非當(dāng)量，）；假設(shè)鍋爐燃燒效率為90%，消耗重油（熱值為9800kcal/kg），（油價(jià)以平均4200元/t計(jì)算），折合標(biāo)煤（）。這種由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程所構(gòu)成的循環(huán)成為卡諾循環(huán)。通過某能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和Ecosmart智能控制系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)上述冷熱需求、冷熱資源以及生產(chǎn)狀況，定量分析預(yù)期內(nèi)的冷熱資源需求量，以保持制熱/制冷過程、儲(chǔ)熱/蓄冷過程和用能過程的動(dòng)態(tài)平衡：①冷量不夠時(shí)，提前12小時(shí)預(yù)報(bào)，以便在低谷電價(jià)時(shí)段啟動(dòng)制冷機(jī)組補(bǔ)充冷量等；②過渡季節(jié)冷量需求下降時(shí)，電價(jià)高峰期采用全蓄冷模式供冷；③熱量不夠時(shí)首先利用空壓機(jī)廢熱，其次利用制冷機(jī)組的冷凝廢熱，再次利用廢水廢熱，最后才利用蒸汽。（4）動(dòng)態(tài)智能儲(chǔ)熱/蓄冷技術(shù)原理電子類企業(yè)一般根據(jù)訂單安排生產(chǎn)，產(chǎn)品數(shù)量和品種是非穩(wěn)態(tài)的，因而對(duì)冷熱資源的需求是動(dòng)態(tài)的。圖6 冷熱資源優(yōu)化配置后夏季空氣處理過程（焓濕圖）優(yōu)化配置后各狀態(tài)點(diǎn)標(biāo)注：W為室外新風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；N為車間空氣狀態(tài)點(diǎn)；L′為新風(fēng)的機(jī)器露點(diǎn)溫度；C′為新風(fēng)與回風(fēng)的混風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；O為空調(diào)箱送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。空氣處理過程：室外新風(fēng)W 及車間回風(fēng)N混合至狀態(tài)C點(diǎn)（假設(shè)新風(fēng)量占總風(fēng)量Qm的體積比為10%），經(jīng)表冷器由冷凍水降溫至機(jī)器露點(diǎn)溫度L，除濕后經(jīng)再熱段由蒸汽加熱至送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)O。本項(xiàng)目增加全新風(fēng)空調(diào)箱，對(duì)新風(fēng)進(jìn)行集中冷卻除濕處理后再送至空調(diào)箱與回風(fēng)混合，夏季回風(fēng)不再需要冷卻至露點(diǎn)溫度，新風(fēng)與回風(fēng)混合后不需要再熱，避免了原空調(diào)箱冷熱兩端雙向耗能的現(xiàn)象，節(jié)約了制冷系統(tǒng)耗電量及再熱燃料消耗量。冷熱資源優(yōu)化配置前的空調(diào)箱工作原理如圖3所示。圖1 優(yōu)化前的冷熱網(wǎng)絡(luò)圖2 優(yōu)化后的冷熱網(wǎng)絡(luò)顯然，優(yōu)化設(shè)計(jì)前，冷熱網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，熱負(fù)荷（蒸汽）A和冷負(fù)荷（冷卻水）B都是最大的。西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家近十年的綜合技術(shù)，就是應(yīng)