广一优化设计冷冻水泵组的型号

　　中央空调冷冻水泵组系统的设计中存在大量变量,使用常用的最优化设计较难求解。同时泵组实际运行工况与设计工况的差异使对己有系统能耗难以评价。本文对中央空调冷冻水泵组系统型号设计使用以全年能耗为评价指标的一种经优化的随机走步法进行优化解群计算，并对优化后解群提出一种次优化的全年能耗评价方法。

　　此次优方法在广一离心泵的选型中具体描述为：由于同时对系统所有负荷率综合的全年能耗进行最优化问题不可解，所以弱化对各个负荷率下的最优化要求为次优化要求，从而在各个负荷率下形成一定的次优化区域。不同的弱化条件则形成不同的次优化能耗区域，弱化程度的大小决定了能耗区域的大小，同时决定了全负荷率下系统型号的可选性与求解的稳健性。

一、全年能耗结算模型

　　将全年的不同负荷工况等分成若干离散工况，对不同工况下的冷冻水泵组总能耗使用的时间频数进行加乘运算。假设系统冷水机组冷冻水进出口温差不变，则该系统负荷率与系统冷冻水用户侧流量呈线性关系，即中央空调系统负荷率与冷冻水泵组负荷率100%相等。该系统全年能耗有：，其中为系统在负荷率m下的运行时数，m=0为冷冻水泵组系统在负荷率m下的总能耗。以计算冷冻水泵组全年总能耗为评价指标，对冷冻水泵组型号设计进行次优化解群求解。

二、单负荷率解群随机走步求解

　　在能耗区域化分析中需要求解次优化解群，求解的方法多种多样。水泵组选型优化中，变量参数与目标能耗之间存在高度的非线性关系而难以应用传统的解析式寻优，而其他方法大多存在容易陷入局部最优或计算量过大等缺陷。经广一水泵厂的多番尝试，发现随机走步法是较为理想的优化方法。本文以经优化的随机走步法为例，求解冷冻水泵组全年能耗的区域化分析。

　　针对冷冻水系统水泵型号组合寻优这一特定问题，对随机走步中的走步进行优化。以基点为中心，在随机向各方向走步寻优时，当找到更优点时，并不马上把基点移动到该点处，而是继续按一定数量进行走步搜寻，最后在所有更优点中以最优点为下一步的基点。当进行规定数量的搜寻后，仍不能发现更优点时，则缩小步长继续进行更仔细的搜索，直到满足寻优要求。将搜寻过程中的各可用点进行记录，作为单负荷率下随机走步寻优的解群。

三、全负荷率能耗解群求解

　　由于对水泵组的选型优化必须考虑所有负荷率下的各种工况，而能耗的计算每次只能针对某单一的负荷率，而对单独负荷率下进行最优化计算也显然不能满足优化全年能耗的要求。因此，对各个负荷率下工况的选型优化都不能仅仅使用最优化计算，只能使用次优化的解群评价。

　　由于全年负荷的不均匀性，对不同负荷下使用同一能耗差控制裕度明显不合理。例如，10%负荷率的解群使用的能耗差控制裕度对于100%负荷率的解群明显不适用，而全年出现20%的负荷率对应的解群能耗差控制裕度也不应该与全年出现2%的负荷率对应的解群一致。所以，本文提出使用全年负荷分布对各负荷下的能耗差控制裕度进行修正。

　　规定时间频数、控制裕度与该负荷率下解群的最低能耗三者的积为常量，保证了对时间频数不大、能耗不高的负荷下选型能为宽裕，而时间频数大、能耗较高的负荷下选型将更为严格，且各负荷率下的全年控制能耗差保持为一常量，符合解群稳健性及负荷适应性的要求。

四、全负荷率能耗解群区域化分析

　　针对广一化工泵的某工况进行随机走步次优求解，经大量计算后将求解路径进行记录分析，则可得出一系列负荷下各能耗区间内可用水泵型号组合搭配个数频数的分布曲线。该频数分布曲线呈若干峰值，将各负荷率下最低能耗的型号频数峰值点(此对应能耗简称峰值能耗)进行连接，可得该系统在全年各负荷下拥有可用水泵选型搭配最多的能耗曲线在此命名为频数峰值能耗曲线。假设在频数峰值能耗曲线上有足够数量的可用水泵型号组合以供其余负荷率下组合进行搭配，则可要求一冷冻水系统在各个负荷率下能耗均不高于频数峰值能耗曲线。

　　对于任意确定的能耗区域分布而言，最低能耗曲线代表了各负荷率下，经优化选型的最低能耗。由于各负荷率下的优化选型不一定能满足其他负荷率下的要求，所以最低能耗曲线只代表了各负荷率下经优化后的最低能耗，是系统的理想能耗。

　　频数峰值能耗曲线代表了在型号搭配次优解群求解中，最接近最低能耗的选型数量的峰值。经正态处理后，频数峰值能耗曲线上的各点与各最低能耗之间，至少存在最接近最低能耗选型数量50%的可选型号数量，这是在保证选型数量的基础上得出的能耗曲线，其于最低能耗曲线之间的范围，即低能耗区域代表了解群中能耗的分布情况，范围越小代表越多能耗接近最低能耗，而范围约则代表大部分选型远离最低能耗。

　　对于一固有的系统，低能耗区域约窄越好。中能耗区最大能耗曲线代表了在保证各负荷率下选型频数均不低于50%(即能耗不低于峰值能耗时，广一离心泵的各负荷率偏离最低能耗之差的全年累计能耗差相等下的能耗情况。在此曲线之上，各负荷的选型数量均保证不低于50%，这样就保证了型号选择在全年负荷中的适用性;同时全年总能耗的偏差均相等，则充分的权衡了各负荷率下由于出现频率不一造成的选型不公平，保证了负荷率分布变化不大的能耗情况，保证了系统全年能耗的稳健性。