基于Fortran的計算程序開發在節能評估中的應用

孫奇　王廣飛　丁亮

【摘 要】依據國家發改委要求，新建核電站應進行節能評估計算并單獨編制節能評估報告書。在對核電站中的清水離心泵進行節能評估計算時，發現計算工作量大、容易出錯。針對這一問題，利用Fortran編寫程序，實現清水離心泵目標能效限定值及節能評價值的自動計算，以滿足節能評估報告書的編寫需求。經設計人員在工程項目中使用，發現該項改進能大大縮減計算時間，并保證計算準確率。

【關鍵詞】節能評估；Fortran；清水離心泵

0 引言

依據國家發改委2010年第6號令要求[1]，年綜合能源消費量3000噸標準煤以上，或者電力年消費量500萬千瓦時以上，或年石油消費量1000噸以上，或年天然氣消費量100萬立方米以上的固定資產投資項目，應單獨編制節能評估報告書[1]。該文件及其審查意見，將作為項目審批、核準及開工建設的前置性條件以及項目設計、施工和竣工驗收的依據。因此，公司對于節能報告書編寫給予極高重視。工藝系統設計人員在參與該項工作時，需核算各主要用電設備參數，依據設備參數及相應標準，計算出目標能效限定值及節能評價值，并做出能效評價。由于該項工作一般要求在項目申請階段完成，設備尚未訂貨，其參數往往出現變化。手動計算不僅效率低下，而且在計算中稍有疏忽，會大大影響計算結果，經常需要2，3位工程師進行互相驗證，以保證計算結果的準確性。針對這一問題，本文以Fortran為開發平臺，開發相應工具程序，實現了核島工藝系統主要耗電設備的數據自動處理，降低設計員工的工作強度，保證了計算結果的準確性。

1 開發工具簡介

本程序是利用Compaq Visual Fortran v6.6開發的，該程序也簡稱為CVF， 編程標準為Fortran 90。隨著微型計算機的發展和普及，越來越多的工程技術人員選擇編寫計算程序來解決一些工程問題。Fortran程序起源于20世紀50年代，具有流程簡潔、易懂，矩陣計算能力強大等優點。此外，它還擁有大量豐富、開源的源程序，工程技術人員可以便利地移植到自己的程序中，避免了不必要的重復勞動[2]。

目前常見的Fortran編輯器有兩個，分別是Compaq Visual Fortran（CVF） 以及Intel Visual Fortran （IVF）。CVF 與IVF均源于微軟的Fortran PowerStation 4.0，與IVF相比，CVF具有應用范圍廣、下載方便、免費、體積小及配置要求低等優點，完全可以滿足正常工程計算編程應用。

2 開發過程

2.1 程序流程圖

程序開發及計算流程圖如圖1所示。

2.2 設計依據

本計算的依據為GB 17962-2007——清水離心泵能效限定值及節能評價值。該標準于2007年11月發布，2008年7月開始實施，部分章節為強制性標準。標準中給出了關于清水離心泵的能效限定值和節能評價值的定義及計算方法，適用于多數單級及多級清水離心泵。標準中還指出，在該標準執行3年之后（即2011年以后），以目標能效限定值取代能效限定值來對清水離心泵的節能水平進行評價[3]。

2.2.1 獲取泵的基本參數

獲取泵參數，需要輸入的泵參數有：泵為單吸還是雙吸，泵的級數、流量、揚程及轉速等，并給出適當的輸入提示，參見圖2。使用的參數為基本的Fortran讀寫參數，并提前規定了參數的數據類型，如果不按照要求進行輸入，程序則自動終止。

2.2.2 判斷比轉速及流量是否符合條件

《清水離心泵能效限定值及節能評價值》中指出，對于流量大于10000m3/h的清水離心泵，其目標能效限定值及節能評估值可以直接給出，無需計算。此外，該標準中只給出了比轉速為20到300之間的泵的計算方法，超出該范圍的泵也不適用于該標準。

因此，在編程中，利用while if的循環語句，對于上述兩種情況進行單獨處理，對于滿足該標準條件的清水離心泵，利用該標準進行計算。部分代碼如圖3所示。

2.2.3 對于參數符合條件的清水離心泵的計算

依據國標《清水離心泵能效限定值及節能評價值》對參數符合條件的泵進行計算。計算過程為：首先將標準中參照的圖表轉化為數據源并存儲在程序中，其次依據定義公式計算出泵的比轉速，之后結合泵的級數及比轉速選取對應的程序內置數據源進行插值，最后得出該清水離心泵的目標能效限定值和節能評價值。

2.2.4 結果輸出

在經過上述的計算步驟后，可以選用write函數或者print函數進行結果輸出。這兩個函數的區別就在于，write函數具有賦值輸出位置的能力，print命令只能針對屏幕使用，因此，更建議采用write函數進行輸出。此外，如果需要將結果轉換到文件匯總，使用WRITE命令的程序改寫起來會比較容易，只需將UNIT值指到另一個輸出位置就可以了。

2.3 程序運行結果

將程序計算的結果與之前手算的結果相對比，完全一致，詳見圖4。整個計算過程，從輸入數據到得到結果的計算時間約為1、2分鐘，大大節約了計算時間。經過多個泵數據的驗算，計算結果與之前手算的結果完全吻合。

3 結論

程序開發完成后，經過多個工程項目的節能評估計算測試，手動計算10個泵的目標能效限定值及節能評價值，最少需要半天的時間，而使用該工具進行計算，20分鐘即可完成，且能避免由于手動計算帶來的錯誤，大大提高了勞動效率。

利用編程完成一些在設計工作中重復出現的迭代、查表等計算問題，可以減少設計人員的手工計算工作，使設計人員更專注于設計工作。該程序的循環及插值模塊，可以在類似的計算編程中得到重復利用。本程序由于囿于時間所限，單純采用Fortran編程，界面比較簡單，之后的工作中，可以考慮利用混合編程提高輸入輸出界面的美觀程度。

【參考文獻】

[1]中華人民共和國國家發展和改革委員會2010年第6號令.

[2]彭國倫.Fortran 95程序設計[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3]清水離心泵能效限定值及節能評價值[S].GB19762-2007：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2007.

[責任編輯：朱麗娜]