基于Fortran的计算程序开发在节能评估中的应用

孙奇　王广飞　丁亮

【摘 要】依据国家发改委要求，新建核电站应进行节能评估计算并单独编制节能评估报告书。在对核电站中的清水离心泵进行节能评估计算时，发现计算工作量大、容易出错。针对这一问题，利用Fortran编写程序，实现清水离心泵目标能效限定值及节能评价值的自动计算，以满足节能评估报告书的编写需求。经设计人员在工程项目中使用，发现该项改进能大大缩减计算时间，并保证计算准确率。

【关键词】节能评估；Fortran；清水离心泵

0 引言

依据国家发改委2010年第6号令要求[1]，年综合能源消费量3000吨标准煤以上，或者电力年消费量500万千瓦时以上，或年石油消费量1000吨以上，或年天然气消费量100万立方米以上的固定资产投资项目，应单独编制节能评估报告书[1]。该文件及其审查意见，将作为项目审批、核准及开工建设的前置性条件以及项目设计、施工和竣工验收的依据。因此，公司对于节能报告书编写给予极高重视。工艺系统设计人员在参与该项工作时，需核算各主要用电设备参数，依据设备參数及相应标准，计算出目标能效限定值及节能评价值，并做出能效评价。由于该项工作一般要求在项目申请阶段完成，设备尚未订货，其参数往往出现变化。手动计算不仅效率低下，而且在计算中稍有疏忽，会大大影响计算结果，经常需要2，3位工程师进行互相验证，以保证计算结果的准确性。针对这一问题，本文以Fortran为开发平台，开发相应工具程序，实现了核岛工艺系统主要耗电设备的数据自动处理，降低设计员工的工作强度，保证了计算结果的准确性。

1 开发工具简介

本程序是利用Compaq Visual Fortran v6.6开发的，该程序也简称为CVF， 编程标准为Fortran 90。随着微型计算机的发展和普及，越来越多的工程技术人员选择编写计算程序来解决一些工程问题。Fortran程序起源于20世纪50年代，具有流程简洁、易懂，矩阵计算能力强大等优点。此外，它还拥有大量丰富、开源的源程序，工程技术人员可以便利地移植到自己的程序中，避免了不必要的重复劳动[2]。

目前常见的Fortran编辑器有两个，分别是Compaq Visual Fortran（CVF） 以及Intel Visual Fortran （IVF）。CVF 与IVF均源于微软的Fortran PowerStation 4.0，与IVF相比，CVF具有应用范围广、下载方便、免费、体积小及配置要求低等优点，完全可以满足正常工程计算编程应用。

2 开发过程

2.1 程序流程图

程序开发及计算流程图如图1所示。

2.2 设计依据

本计算的依据为GB 17962-2007——清水离心泵能效限定值及节能评价值。该标准于2007年11月发布，2008年7月开始实施，部分章节为强制性标准。标准中给出了关于清水离心泵的能效限定值和节能评价值的定义及计算方法，适用于多数单级及多级清水离心泵。标准中还指出，在该标准执行3年之后（即2011年以后），以目标能效限定值取代能效限定值来对清水离心泵的节能水平进行评价[3]。

2.2.1 获取泵的基本参数

获取泵参数，需要输入的泵参数有：泵为单吸还是双吸，泵的级数、流量、扬程及转速等，并给出适当的输入提示，参见图2。使用的参数为基本的Fortran读写参数，并提前规定了参数的数据类型，如果不按照要求进行输入，程序则自动终止。

2.2.2 判断比转速及流量是否符合条件

《清水离心泵能效限定值及节能评价值》中指出，对于流量大于10000m3/h的清水离心泵，其目标能效限定值及节能评估值可以直接给出，无需计算。此外，该标准中只给出了比转速为20到300之间的泵的计算方法，超出该范围的泵也不适用于该标准。

因此，在编程中，利用while if的循环语句，对于上述两种情况进行单独处理，对于满足该标准条件的清水离心泵，利用该标准进行计算。部分代码如图3所示。

2.2.3 对于参数符合条件的清水离心泵的计算

依据国标《清水离心泵能效限定值及节能评价值》对参数符合条件的泵进行计算。计算过程为：首先将标准中参照的图表转化为数据源并存储在程序中，其次依据定义公式计算出泵的比转速，之后结合泵的级数及比转速选取对应的程序内置数据源进行插值，最后得出该清水离心泵的目标能效限定值和节能评价值。

2.2.4 结果输出

在经过上述的计算步骤后，可以选用write函数或者print函数进行结果输出。这两个函数的区别就在于，write函数具有赋值输出位置的能力，print命令只能针对屏幕使用，因此，更建议采用write函数进行输出。此外，如果需要将结果转换到文件汇总，使用WRITE命令的程序改写起来会比较容易，只需将UNIT值指到另一个输出位置就可以了。

2.3 程序运行结果

将程序计算的结果与之前手算的结果相对比，完全一致，详见图4。整个计算过程，从输入数据到得到结果的计算时间约为1、2分钟，大大节约了计算时间。经过多个泵数据的验算，计算结果与之前手算的结果完全吻合。

3 结论

程序开发完成后，经过多个工程项目的节能评估计算测试，手动计算10个泵的目标能效限定值及节能评价值，最少需要半天的时间，而使用该工具进行计算，20分钟即可完成，且能避免由于手动计算带来的错误，大大提高了劳动效率。

利用编程完成一些在设计工作中重复出现的迭代、查表等计算问题，可以减少设计人员的手工计算工作，使设计人员更专注于设计工作。该程序的循环及插值模块，可以在类似的计算编程中得到重复利用。本程序由于囿于时间所限，单纯采用Fortran编程，界面比较简单，之后的工作中，可以考虑利用混合编程提高输入输出界面的美观程度。

【参考文献】

[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会2010年第6号令.

[2]彭国伦.Fortran 95程序设计[M].北京：中国电力出版社，2002.

[3]清水离心泵能效限定值及节能评价值[S].GB19762-2007：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2007.

[责任编辑：朱丽娜]