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玻璃鋼冷卻塔環(huán)評(環(huán)境影響評價(jià))

今天玻璃鋼冷卻塔廠家為大家?guī)?a href=http://idc0757.cn/tags16_0.html target=_blank class=infotextkey>玻璃鋼冷卻塔環(huán)境影響評價(jià)，就是從廣義上評價(jià)玻璃鋼冷卻塔運(yùn)行對環(huán)境的影響。要幫助大家實(shí)現(xiàn)未來生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，需要對整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)有全面的認(rèn)識。作為工藝、機(jī)器和空調(diào)冷卻介質(zhì)的供應(yīng)商，玻璃纖維冷卻塔在各種生產(chǎn)過程和整個(gè)工廠中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。由于運(yùn)行時(shí)間長、能源和水需求高以及相關(guān)的環(huán)境影響，改進(jìn)玻璃纖維冷卻塔的運(yùn)行已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。在此背景下，本文提出了一種分析工業(yè)強(qiáng)制通風(fēng) FRP 冷卻塔的能源和水需求以及全球變暖潛勢的方法。由于 FRP 冷卻塔的能源和水需求受區(qū)域條件的強(qiáng)烈影響，因此在分析區(qū)域氣候數(shù)據(jù)以及特定國家/地區(qū)的電力組合時(shí)考慮了世界各地的不同地點(diǎn)。

1.玻璃鋼冷卻塔簡介

玻璃鋼冷卻塔是一個(gè)熱力學(xué)開放系統(tǒng)，其中溫水在周圍空氣中冷卻，將熱量和蒸發(fā)的水傳遞到環(huán)境中。因此，很明顯，F(xiàn)RP 冷卻塔中的能量和質(zhì)量平衡取決于區(qū)域氣候條件，例如環(huán)境空氣溫度和濕度。

水是我們?nèi)粘Ｉ詈图夹g(shù)應(yīng)用的重要介質(zhì)。水用于各種工業(yè)過程：作為原材料、輔助材料和操作材料，例如用于冷卻過程和洗滌過程。研究表明，與水有關(guān)的工業(yè)過程是過程鏈總能源需求的主要驅(qū)動力之一。因此，重要的是在可持續(xù)生產(chǎn)的背景下關(guān)注這些過程。大部分水不直接用于產(chǎn)品，而是用于離散制造中的能源和質(zhì)量運(yùn)輸。相反，運(yùn)輸和處理水也需要能源。工業(yè)環(huán)境中水和能源之間的這種雙邊關(guān)系被稱為水-能源關(guān)系。玻璃纖維冷卻塔是生產(chǎn)系統(tǒng)中作為技術(shù)建筑服務(wù) (TBS) 一部分的水能關(guān)系的一個(gè)例子。

多項(xiàng)研究使用物理模型和基于數(shù)據(jù)的模型調(diào)查了 FRP 冷卻塔的尺寸和運(yùn)行優(yōu)化。因此，通常以能量需求和冷卻水出口溫度作為目標(biāo)值。然而，工業(yè)CT在運(yùn)行過程中所需的能源和水資源對區(qū)域環(huán)境的影響并未受到如此重視。

因此，本文研究了 FRP 冷卻塔對與能源和水需求相關(guān)的環(huán)境影響的區(qū)域影響。為此，對位于德國汽車制造廠的工業(yè)風(fēng)力 FRP 冷卻塔進(jìn)行了基于數(shù)據(jù)的分析。該系統(tǒng)使用能夠?qū)⒉ＡЮw維冷卻塔虛擬運(yùn)輸?shù)绞澜绮煌攸c(diǎn)的物理模型來研究行為。此外，評估中還使用了特定國家/地區(qū)的能源組合，以實(shí)際估算世界不同地區(qū) FRP 冷卻塔運(yùn)行的全球變暖潛能值 (GWP)。

2.玻璃鋼冷卻塔環(huán)境評價(jià)背景

2.1 玻璃鋼冷卻塔能源需求評價(jià)方法

為了綜合評價(jià)玻璃鋼冷卻塔的環(huán)境影響，應(yīng)考慮其完整的生命周期。目前，沒有根據(jù) DIN ISO 14040 評估整個(gè)生命周期的生命周期評估 (LCA)。但是，一些方法提供了側(cè)重于使用階段的簡化 LCA。機(jī)械工程工業(yè)協(xié)會 (VDMA) 發(fā)布的評估蒸發(fā)式和混合式 FRP 冷卻塔的經(jīng)濟(jì)效益和 CO2 足跡的指南提供了尺寸標(biāo)注的方向點(diǎn)，并提供了計(jì)算投資和運(yùn)營成本的建議。 FRP 冷卻塔的使用階段顯然值得關(guān)注，因?yàn)?FRP 冷卻塔制造階段的 CO2 排放量估計(jì)占整個(gè)生命周期 CO2 排放總量的不到 1%。

其他出版物在案例研究中闡述了 FRP 冷卻塔的使用階段，或?qū)⑵湟暈槠渌信d趣對象（例如發(fā)電廠或建筑物）使用階段的一部分。此外，已經(jīng)發(fā)表了各種方法來描述基于物理模型的工業(yè) FRP 冷卻塔中的能量和質(zhì)量平衡。正如經(jīng)常引用的那樣，物理模型用于計(jì)算能量和質(zhì)量平衡。一些作者用氣象數(shù)據(jù)擴(kuò)展了這些模型，用于 FRP 冷卻塔的設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化。

此外，F(xiàn)RP 冷卻塔 EIA 還開發(fā)了一種模擬或基于數(shù)據(jù)的方法，重點(diǎn)關(guān)注 FRP 冷卻塔的運(yùn)行策略。使用基于工業(yè) FRP 冷卻塔或?qū)嶒?yàn)室規(guī)模 FRP 冷卻塔的測量數(shù)據(jù)的模型，一些作者通過結(jié)合聚類和回歸分析或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得出了關(guān)于運(yùn)行冷卻性能和能源需求的預(yù)測。另一種方法是使用基于物理模型的模擬研究來進(jìn)行規(guī)模調(diào)整和運(yùn)營優(yōu)化。提出了一種過程建模和物流分析的綜合方法，解決經(jīng)濟(jì)和生態(tài)關(guān)鍵績效指標(biāo) (KPI) 以改善 FRP 冷卻塔的運(yùn)行。在水能關(guān)系的背景下?？紤]將玻璃纖維冷卻塔作為供水系統(tǒng)的一部分，以提高生產(chǎn)用水效率。蒂德等人。為工業(yè)玻璃鋼冷卻塔水能關(guān)系的系統(tǒng)分析提供框架，并通過基于系統(tǒng)動力學(xué)的仿真提出節(jié)能節(jié)水建議[3]。

大多數(shù) FRP 冷卻塔資源需求研究的作者都指出了考慮現(xiàn)場氣候條件的重要性。然而，在文獻(xiàn)中沒有找到方法來比較 FRP 冷卻塔在不同氣候下的運(yùn)行情況（比較表 1）。

2.2影響玻璃鋼冷卻塔運(yùn)行的區(qū)域氣候條件

在使用階段，工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行往往受到區(qū)域氣候條件的顯著影響。特別是，通過與環(huán)境直接接觸來交換能量和質(zhì)量的系統(tǒng)，例如空調(diào)和建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，會受到影響。這一觀察既適用于生產(chǎn)系統(tǒng)，也適用于汽車等消費(fèi)品。 FRP 冷卻塔 EIA 是影響生產(chǎn)的區(qū)域因素的典型研究，重點(diǎn)關(guān)注汽車工廠的能源效率。在這項(xiàng)研究中，氣候條件被確定為工廠能源需求的一個(gè)重要因素。受氣候帶影響很大的電動汽車的使用階段也得到了類似的結(jié)果。

由于玻璃鋼冷卻塔也是與環(huán)境直接接觸的技術(shù)設(shè)備，氣候條件預(yù)計(jì)會產(chǎn)生重大影響。下圖說明了工業(yè)玻璃纖維冷卻塔的主要元件。

冷卻需求的來源是需要冷卻機(jī)器余熱的生產(chǎn)工廠。大量溫水被泵入玻璃纖維冷卻塔，在那里它被內(nèi)部的空氣團(tuán)冷卻。為了增加空氣的冷卻能力，風(fēng)扇運(yùn)行以產(chǎn)生額外的氣流。由于從 CT 輸送加熱和水飽和的空氣，增加的氣流增強(qiáng)了能量和質(zhì)量傳遞。冷卻后的水被泵回生產(chǎn)廠。制冷量（空氣側(cè)）和制冷需求（水側(cè)）之間的關(guān)系可以用默克爾定理[18]來描述：

在方程的一側(cè)，空氣的制冷量是確定的通過空氣描述了入口空氣 (hairin) 和出口空氣 (hair out) 之間的質(zhì)量流量 (mair) 和焓差。因此，空氣的比焓取決于空氣溫度和濕度，這些可測量的參數(shù)被考慮用于進(jìn)一步分析。等式的另一邊描述了熱源的冷卻要求。表示為水的質(zhì)量流量 (mwater)、比熱容 (cwater) 以及出水溫差 (jwate7 QUt ) 和進(jìn)水溫差 (jwate7 in) 的數(shù)學(xué)乘積。描述熱力學(xué)能量和質(zhì)量平衡的最常用方法是采用方程式和圖表的形式。然而，需要簡化和可視化以提高對復(fù)雜系統(tǒng)的理解。

3.玻璃鋼冷卻塔環(huán)境影響的區(qū)域影響評價(jià)方法

將玻璃鋼冷卻塔解釋為復(fù)雜系統(tǒng)的另一種方法是發(fā)展的系統(tǒng)動力學(xué)方法。它提供了通過可視化識別和研究功能鏈及其相當(dāng)簡單的解釋的能力。圖中顯示了關(guān)于 FRP 冷卻塔中能量和質(zhì)量平衡的功能鏈形式的定性系統(tǒng)動力學(xué)。

該圖顯示，以入口溫度和濕度表示的氣候條件正在影響能源和水的需求。能源需求主要受進(jìn)入空氣的焓影響，隨著空氣溫度和濕度的增加而增加。因此，這些因素會影響空氣的冷卻能力，進(jìn)而影響出水溫度，需要風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來增加空氣質(zhì)量流量。需水量主要受水分流失的影響，水分流失會隨著溫度升高而增加。

3.1 玻璃鋼冷卻塔環(huán)境影響評價(jià)的概念

本文提出了一種以玻璃鋼冷卻塔環(huán)境影響評價(jià)為目的的區(qū)域環(huán)境影響評價(jià)的綜合方法。該方法包括三個(gè)主要步驟。第一步是基于數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)測量數(shù)據(jù)評估 FRP 冷卻塔的性能。因此，系統(tǒng)參數(shù)隨時(shí)間變化的行為以及運(yùn)行 KPI（例如出水溫度和風(fēng)扇速度）會收到經(jīng)驗(yàn)信息。在第二個(gè)工作步驟中，使用基于代理和系統(tǒng)動力學(xué)建模范例將 FRP 冷卻塔的系統(tǒng)行為轉(zhuǎn)換為仿真模型。該模型允許基于場景的模擬研究來計(jì)算生命周期清單 KPI (LCI KPI)，例如能源需求和水損失。第三步，對世界選定區(qū)域進(jìn)行區(qū)域影響評估，同時(shí)考慮全球變暖潛能值和淡水使用。因此，氣候數(shù)據(jù)和電力組合數(shù)據(jù)在模擬模型中是變化的。最后，對這些生成的生命周期影響評估 KPI (LCIA KPI) 進(jìn)行比較和可視化。

3.2 實(shí)施

由于玻璃鋼冷卻塔環(huán)評方法是基于經(jīng)驗(yàn)案例的數(shù)據(jù)，因此第一步需要對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行分析。因此，本研究基于德國一家汽車廠用于冷卻壓縮空氣系統(tǒng)的工業(yè)玻璃纖維冷卻塔近一年的測量數(shù)據(jù)。由于必須全年可靠地供應(yīng)冷卻水，因此使 FRP 冷卻塔的運(yùn)行適應(yīng)環(huán)境條件非常重要。操作的可變參數(shù)，特別是供氣和供水，在技術(shù)上受風(fēng)扇和泵的操作的影響。由于尺寸限制，在此方法中，泵向 FRP 冷卻塔供水被認(rèn)為是恒定的。相比之下，送風(fēng)的適應(yīng)性強(qiáng)，主要由風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制。此用例中的風(fēng)扇標(biāo)稱功率為 20 kW，可以在三種狀態(tài)下運(yùn)行：關(guān)閉、平均速度和全速。

運(yùn)營 KPI 由圖 4 中的時(shí)間序列說明。從上到下，示例性地展示了環(huán)境溫度、出水溫度、風(fēng)扇速度和冬季時(shí)段產(chǎn)生的能源需求的測量值。

由于出水溫度必須與目標(biāo)溫度相匹配，所以它對玻璃鋼冷卻塔的整體控制和性能起著關(guān)鍵作用。一旦出水溫度超過目標(biāo)溫度，就必須通過提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來增加風(fēng)量。觀察提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速后，出水溫度迅速下降，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間明顯很短。最后一張圖顯示了玻璃纖維冷卻塔的總電能需求，包括泵和風(fēng)扇需求。知道泵的需求相當(dāng)恒定，可以觀察到風(fēng)扇速度對能量需求的顯著影響。

在此分析的基礎(chǔ)上，導(dǎo)出系統(tǒng)行為和參數(shù)值級別以構(gòu)建仿真模型。因此，來自先前應(yīng)用的基于數(shù)據(jù)的分析的關(guān)鍵參數(shù)的動態(tài)系統(tǒng)行為被集成到模型中。例如，環(huán)境溫度和相對濕度等氣候條件在模型中作為時(shí)間序列實(shí)現(xiàn)。進(jìn)水和出水溫度用作尺寸參數(shù)，并根據(jù)黑匣子熱源保持恒定。風(fēng)扇速度控制和水損失是根據(jù)潮濕空氣的測量數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出的。因此，根據(jù)濕空氣的空氣溫度，考慮了空氣的比焓、比密度和水負(fù)荷表。使用基于代理的方法以及在多方法仿真工具中實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)動力學(xué)方法進(jìn)行建模。使用基于代理的方法，速度控制邏輯被實(shí)現(xiàn)到模擬中。使用系統(tǒng)動力學(xué)方法，可以根據(jù)公式實(shí)現(xiàn)能量和質(zhì)量平衡。在每個(gè)模擬時(shí)間步長，能量和質(zhì)量平衡以及風(fēng)扇的運(yùn)行都被重新計(jì)算。 FRP 冷卻塔系統(tǒng)的能量需求取決于風(fēng)扇運(yùn)行的階段，并在模擬完成時(shí)匯總。為了解釋模型結(jié)構(gòu)，提出了一個(gè)擴(kuò)展的定性系統(tǒng)動力學(xué)模型（見圖 5）。

此外，以環(huán)境溫度和濕度為代表的可變氣候條件以及特定國家/地區(qū)能源組合的 GWP 被視為模擬情景的可變參數(shù)。 LCI 的主要結(jié)果是 FRP 冷卻塔的能源需求以及由于蒸發(fā)、吹散和液滴損失造成的水損失。

如前所述，玻璃鋼冷卻塔中的主要反應(yīng)鏈包括根據(jù)出水溫度通過風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量流量。如果玻璃鋼冷卻塔位于氣候溫暖潮濕的地區(qū)，冷卻能力會降低。因此，需要更多的空氣來帶走相同的熱量：隨著出口溫度的升高，風(fēng)扇速度增加以增加空氣質(zhì)量流量。因此，玻璃鋼冷卻塔的能源需求進(jìn)一步增加。

玻璃鋼冷卻塔環(huán)評區(qū)域的環(huán)境影響確定分為兩個(gè)工作步驟：首先，計(jì)算LCI結(jié)果，即玻璃鋼冷卻塔的能源需求和由此產(chǎn)生的水需求。其次，為了評估區(qū)域環(huán)境影響，模擬考慮了氣候條件和能源組合的 GWP。 GWP 和淡水使用（= 需水量）計(jì)算為 LCIA 結(jié)果。

4. FRP冷卻塔EIA應(yīng)用

為了廣泛了解FRP冷卻塔EIA對區(qū)域氣候條件的潛在影響，該方法應(yīng)用了來自全球10個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，涵蓋了不同的氣候帶.為了考慮季節(jié)性氣候變化的影響，使用了一年內(nèi)平均溫度和相對濕度的月度數(shù)據(jù)。