冷库的最优化设计
三 目标函数的建立
优化设计的首要任务是研究和建立设计问题的数学模型即:目标函数的建立。在冷库的优化设计中,冷库的初期建设投资、冷库结构布局、冷库建成后包括能耗在内的问题,都是我们关注的主要目标,因此,冷库的优化设计属多目标函数优化问题。然而,在具有约束条件的情况下,由于多目标函数的可行域交迭程度的不同,可能会使优化结果相对于多目标函数,产生相互矛盾的现象,即相对于f 1 ( x ) 的优化,会导致相对于f 2 ( x ) 的劣化,或者相反。所以,为解决多目标函数的择优,一般将多目标函数转化为单目标函数,寻找出实际设计可能接受的相对优化解。常用的方法有:主目标函数法和加权求和法。显然,在我们所讨论的冷库的优化设计中,可以将大部分问题转化为:消耗费用最省的问题,建立起单目标函数 。同时为了简化方程的建立和解析,特作如下假设:
①库体使用统一规格的库板建造。
②计算冷库体积时忽略库板厚度,并以增加修正系数的方法,加以补偿。
③冷库各冷间的长、宽、高度均使用统一尺寸。
④冷库的年管理总费用(包括:工资、劳保、税务、管理费等) 为常数。
冷库的优化目标函数
min E = Ek ·Zk + Ey + Eg
sub 1 ≥1min
W ≥wmin
h ≥hmin
B ≤S ≤A
1·w·h = v0
其中:
E :冷库年总使用成本(元/ 年) Ek :冷库库体总造价(元) Zk :冷库的平均折旧率 Ey :制冷机年运行总费用(元/ 年)
Eg :冷库年管理总费用(元/ 年) l :冷库气调间长度(mm) W :冷库气调间宽度(mm) h :冷库气调间高度(mm)
S :冷库占地面积(mm2) v0 :单位气调间的体积(mm3) A :冷库占地面积最大容许值(定值) (mm2)
B :冷库占地面积最小容许值(定值) (mm2)
此处假设各气调间的长、宽尺寸均为1000mm 时的冷库总占地面积,从而缩小冷库可行设计方案的计算范围,提高计算机优化设计的计算的速度和结果的合理性。引入松弛变量x 、α,建立松弛函数[1 ]后,新的
数学模型为:
min E = Ek ·Zk + Ey + Eg (1)
sub 1min - 1 + x2 = 0 (2)
S = ( A - B) ·sin2α M>+ B (3)
1·w·h = v0 (4)
四 结论
(1) 以上计算经过了一些简化处理,忽略了施工、土地等费用,对年制冷量的计算也仅是采用了年平均温度的方法 ,更为精确的计算可采用“动负荷计算法” ,计算出冷库中各个不同工作温度的冷间全年逐时的冷间负荷,进而求出冷库的全年总负荷。所以,以上费用计算结果和实际费用情况有所不同,可以将计算结果近似看成是实际费用情况的线性缩小,但是,其不同方案的费用差距仍然较明显。综合费用最省的设计方案,可比未经过优化的一般设计方案节省占地面积38. 5 %、节省运行费用16. 6 %。根据工程经济学原理可知:由于资金时间价值的存在,不同时刻发生的资金支出或收入不能直接相加或比较,为了达到支出或收入的时间可比性要求, 必须进行资金的等值计算。如果,土地价格按200 元/ 平方米计算,将节省的占地投资支出和每年节省的综合费用进行时间等值计算后可知:最优化设计方案,可比未经过优化的一般设计方案节省投资在12. 4 %以上。如果,土地价格较高,这个比值会更高。由图1 的等高线形态可见:在优化值附近,冷库综合费用在冷库长度方向上梯度值较大,对冷库长度的变化较敏感,而对冷库宽度方向上的变化相当迟钝。所以,在工程设计中,对于结构形式如图3 的冷库,其长度尺寸的确定尤为重要,必须更为谨慎和精确,否则,冷库综合费用差别会较大,冷库长、宽比例一般为1 :1. 8680～2. 1451 左右。
(2) 由三维曲面形态可见:冷库综合费用的最优化值在曲面凹底,是全局唯一最小值。也就是说冷库设计的最优化方案必定存在,且是唯一的;而凹底的非尖锐特征,则表明:在最优化值附近的一定范围内,不同的冷库设计方案其费用差别并不特别大,考虑到实际工作情况引起的误差,可以认为在这个较小的范围内,不同的冷库设计方案其实际运行结果均接近最优化。土建式冷库比较容易实现精确的设计尺寸,而装配式冷库由于库板规格有限,无法精确实现最优化设计值,选择不同规格的库板, 会较大地影响装配式冷库的经济性能,图2此时,所得的最优化值在设计过程中的指导意义更加明显。
(3) 在以上计算过程中,从研究的角度出发,没有限制冷库的高度值,而在实际设计中,冷库的高度一般在5～12 m 之间,计算结果过高过低显然都是不合理的,此时,可以增加约束条件,而得到冷库的局部最优化解。在莆田的冷库设计方案中,考虑到用户要求冷库的高度不允许大于6 m ,而最终得到了在这一约束条件下的最优化方案。
正在销售 
的诚信联盟企业有：
相关评论0条
关注度最高的资讯
