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玻璃钢冷却塔环评(环境影响评价)

今天由玻璃钢冷却塔厂家为大家带来的是玻璃钢冷却塔环评,也就是评估一般意义上的玻璃钢冷却塔运行对环境的影响。帮助大家对未来生产系统的可持续发展需要对整个生产系统有全面的了解。作为工艺、机器和空调冷却介质的供应商,玻璃钢冷却塔在各种生产过程和整个工厂中发挥着关键作用。由于运行时间长、能源和水需求量大以及相关的环境影响,玻璃钢冷却塔运行的改善已成为行业关注的焦点。除此背景外,本文还提出了一种分析工业用强制通风玻璃钢冷却塔的能源和水需求以及全球变暖潜力的方法。由于玻璃钢冷却塔的能源和水需求受区域条件的影响很大,因此在关于区域气候数据以及特定国家的电能组合的分析中考虑了世界各地的不同地点。
 
1.玻璃钢冷却塔简介
玻璃钢冷却塔是热力学开放系统,其中温水在环境空气中冷却,将热量和蒸发的水传递到环境中。因此,很明显,玻璃钢冷却塔中的能量和质量平衡取决于区域气候条件,例如环境空气温度和湿度。
 
水是一种重要的介质 - 对于我们的日常生活以及技术应用。水用于各种工业生产过程:作为原材料、辅助材料和操作材料,例如用于冷却过程和洗涤过程。研究表明,与水相关的工业过程是过程链总能源需求的主要驱动因素之一 。因此,在可持续生产的背景下关注此类过程非常重要。水的主要份额不是直接用于产品,而是用于离散制造中的能源和质量运输 。相反,运输和处理水也需要能源。工业环境中水和能源的这种双边关系被称为水-能源关系 。作为生产系统中技术建筑服务 (TBS) 的一部分,玻璃钢冷却塔是水能关系的一个例子。
 
一些研究已经使用物理模型和基于数据的模型研究了玻璃钢冷却塔的尺寸和操作优化。因此,通常将能源需求和冷却水出口温度作为目标值。然而,工业CT在运行过程中所需的能源和水对区域环境的影响尚未得到这样的关注。
 
因此,本文研究了与能源和水资源需求相关的玻璃钢冷却塔对环境影响的区域影响。为此,介绍了对位于德国汽车制造厂的工业力-草案玻璃钢冷却塔的基于数据的分析。系统使用物理模型研究行为,该模型能够虚拟地将玻璃钢冷却塔传输到世界上的不同位置。此外,评估中使用了特定国家的能源组合,以实际估计世界不同地区玻璃钢冷却塔操作的全球变暖潜能值 (GWP)。
 
玻璃钢冷却塔环评

2.玻璃钢冷却塔环评背景
2.1玻璃钢冷却塔能源资源需求评估方法
为了全面评估玻璃钢冷却塔的环境影响,应考虑其完整的生命周期。目前,还没有根据 DIN ISO 14040 评估整个生命周期的全生命周期评估 (LCA)。然而,一些方法提供了专注于使用阶段的简化 LCA。机械工程行业协会 (VDMA) 发布的评估蒸发和混合玻璃钢冷却塔的经济效益和 CO2 足迹的指南提供了尺寸标注的方向点,并为计算投资和运营成本提供了建议。玻璃钢冷却塔的使用阶段是明确关注的,因为来自玻璃钢冷却塔制造阶段的 CO2 排放估计占整个生命周期中 CO2 排放总量的不到 1%。
其他出版物针对案例研究中的玻璃钢冷却塔使用阶段,或将其视为其他感兴趣对象(如发电厂或建筑物)的使用阶段的一部分。此外,已经发表了各种方法来描述基于物理模型的工业玻璃钢冷却塔中的能量和质量平衡。正如经常引用的那样,使用物理模型来计算能量和质量平衡。一些作者利用气象数据对这些模型进行了扩展,用于玻璃钢冷却塔的设计和运行优化。
 
此外,玻璃钢冷却塔环评还制定了侧重于玻璃钢冷却塔操作策略的模拟或基于数据的方法。使用基于工业玻璃钢冷却塔或实验室规模玻璃钢冷却塔测量数据的模型,一些作者通过组合聚类和回归分析 或人工神经网络得出有关运行冷却性能和能源需求的预测。进一步的方法使用基于物理模型的模拟研究来进行尺寸设计和操作优化。提出一种过程建模和物流分析的综合方法,解决经济和生态关键绩效指标 (KPI),以改善玻璃钢冷却塔操作。在水能源关系的背景下。将玻璃钢冷却塔视为水系统的一部分,以提高生产中的用水效率。蒂德等人。为工业玻璃钢冷却塔的水-能源关系的系统分析提供框架,并通过基于系统动态的模拟提出节能和节水建议 [3]。
大多数对玻璃钢冷却塔资源需求进行研究的作者都指出考虑该地点气候条件的重要性。然而,在文献中没有找到比较不同气候条件下玻璃钢冷却塔操作的方法(比较表 1)。
 
2.2 影响玻璃钢冷却塔运行的区域气候条件
在使用阶段,工业设备的运行往往受到区域气候条件的显着影响。特别是,通过与环境直接接触来交换能量和质量的系统,例如空调和建筑外壳会受到影响。这种观察既适用于生产系统,也适用于汽车等消费品。对影响生产的区域因素进行了示例性研究,玻璃钢冷却塔环评重点是汽车工厂的能源效率。在这项研究中,气候条件被确定为工厂能源需求的重要因素。在电动汽车的使用阶段方面得出了类似的结果,该阶段受气候带的影响很大。
 
由于玻璃钢冷却塔也是与环境直接接触的技术设备,因此可以预期气候条件会产生重大影响。下图说明了工业玻璃钢冷却塔的主要元件。
 
冷却需求的来源是需要冷却机器余热的生产工厂。温水质量流被泵入玻璃钢冷却塔并在那里被内部的空气团冷却。为了提高空气的冷却能力,风扇运行用于产生额外的气流。由于将加热和水饱和的空气输送出 CT,增加的空气流量增强了能量和质量传递。冷却后的水被泵回生产工厂。冷却能力(空气侧)和冷却需求(水侧)之间的关系可以用默克尔 [18] 的定理来描述:
 
在等式的一侧,空气的冷却能力由空气质量流量 (mair) 以及入口空气 (hairin) 和出口空气 (hair out) 的焓差来描述。因此,空气的比焓取决于空气温度和湿度,这些可测量的参数被考虑用于进一步分析。等式的另一边描述了热源的冷却需求。表示为水质量流量 (mwater)、比热容 (cwater) 以及出水 (jwate7 QUt ) 与进水 (jwate7 in) 的温差的数学乘积。描述热力学的能量和质量平衡的最常用方法是方程和图表的形式。然而,为了提高对复杂系统的理解,需要进行简化和可视化。
 
3. 区域影响对玻璃钢冷却塔环境影响的评估方法
将玻璃钢冷却塔解释为复杂系统的另一种方法是开发的系统动力学方法。它提供了通过可视化识别和研究功能链及其相当简单的解释的能力。关于玻璃钢冷却塔中能量和质量平衡的功能链形式的定性系统动力学如图所示。
 
该图显示,以进气口温度和湿度表示的气候条件正在影响能源和水的需求。能量需求主要受到进入空气的焓的影响,随着气温和湿度的升高,该焓会增加。因此,这些因素会影响空气的冷却能力,从而影响出水温度,需要通过风扇操作来增加空气质量流量。需水量主要受到水分损失的影响,水分损失会随着气温升高而增加。
 
3.1 玻璃钢冷却塔环评概念
本文提出了一种以玻璃钢冷却塔环评区域环境影响评估为目的的综合方法。这种方法包括三个主要步骤。第一步是基于数据的分析,其中根据测量数据评估玻璃钢冷却塔的性能。结果,接收到有关系统参数随时间变化的行为以及运行 KPI(如出水温度和风扇速度)的经验信息。在第二个工作步骤中,使用基于代理和系统动力学建模范式将玻璃钢冷却塔的系统行为转换为仿真模型。该模型允许进行基于场景的模拟研究,以计算生命周期库存 KPI (LCI KPI),例如能源需求和水损失。在第三步中,考虑到全球升温潜能值和淡水使用量,对世界上选定的区域进行区域影响评估。因此,气候数据和电能混合数据在模拟模型内是变化的。最后,将这些产生的生命周期影响评估 KPI (LCIA KPI) 进行比较和可视化。
 
3.2 实施
由于玻璃钢冷却塔环评该方法基于来自经验案例的数据,因此需要在第一步中对现实世界系统进行分析。因此,本研究基于工业玻璃钢冷却塔近一年的测量数据,该工业玻璃钢冷却塔用于冷却德国汽车厂内的压缩空气系统。由于必须全年可靠地供应冷却水,因此使玻璃钢冷却塔操作适应环境条件非常重要。运行的可变参数特别是空气供应和供水,在技术上受风扇和泵的运行影响。由于尺寸限制,在此方法中,通过泵向玻璃钢冷却塔供水的情况被视为常数。相比之下,送风的适应性强,主要由风扇的转速控制。此用例中的风扇标称功率为 20 kW,可以在三种状态下运行:关闭、平均速度和全速。
 
运行 KPI 由图 4 中所示的时间序列说明。从上到下,示例性地呈现了环境温度、出水口温度、风扇速度以及冬季数小时内产生的能源需求的测量数据。
 
由于出水温度必须与目标温度相匹配,因此它对整体玻璃钢冷却塔控制和性能起着关键作用。一旦出水温度超过目标温度,就必须通过提高风扇速度来增加空气流量。观察提高风扇转速后出水温度迅速下降,系统反应时间明显很短。最后一张图显示了玻璃钢冷却塔的总电能需求,包括泵和风扇的需求。知道泵需求相当恒定,可以观察到风扇速度对能量需求的显着影响。
 
基于此分析,推导出系统行为以及参数值级别以建立仿真模型。因此,来自先前应用的基于数据的分析的关键参数的动态系统行为被集成到模型中。例如,环境温度和相对湿度等气候条件在模型中实现为时间序列。进水口和出水口温度作为尺寸参数,根据黑盒热源保持恒定。风扇速度控制以及水损失是根据湿空气的测量数据和经验数据计算的。因此,根据湿空气的空气温度,空气的比焓、比密度和水负荷的表格被考虑在内。建模是使用基于代理的方法以及在多方法模拟工具中实现的系统动力学方法进行的。使用基于代理的方法,速度控制逻辑被实施到仿真中。使用系统动力学方法,能量和质量平衡是基于公式实现的。在每个模拟时间步长,能量和质量平衡以及风扇的运行都被重新计算。玻璃钢冷却塔系统的能量需求取决于风扇运行阶段,并在模拟完成时进行汇总。为了解释模型结构,提出了一个扩展的定性系统动力学模型(见图 5)。
 
此外,由环境温度和湿度表示的可变气候条件以及特定国家能源组合的 GWP 被视为模拟场景的可变参数。主要的 LCI 结果是玻璃钢冷却塔的能量需求和蒸发、吹散和水滴损失造成的水损失。
如前所述,玻璃钢冷却塔中的主要反应链包括根据出水温度通过风扇操作来调节空气质量流量。如果玻璃钢冷却塔位于气候条件温暖潮湿的地区,则冷却能力会降低。因此,需要更多的空气来去除相同数量的热量:随着出水口温度的升高,风扇速度增加以增加空气质量流量。结果,玻璃钢冷却塔的能量需求进一步增加。
 
玻璃钢冷却塔环评区域环境影响分两个工作步骤确定:首先,计算 LCI 结果,即玻璃钢冷却塔的能源需求和由此产生的需水量。其次,为了评估区域环境影响,模拟同时考虑了气候条件和能源组合的 GWP。 GWP 和淡水使用量(= 需水量)计算为 LCIA 结果。
 
4.玻璃钢冷却塔环评申请
为了对区域气候条件的玻璃钢冷却塔环评潜在影响有一个广泛的了解,该方法应用于来自世界各地 10 个地点的数据,涵盖了不同的气候带。为了考虑季节性气候变化的影响,使用了一年期间关于平均温度和相对湿度的月度数据。