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该研究的主要作者包括Kathryn Hinkelman、Jing Wang、Wangda Zuo、Antoine Gautier、Michael Wetter、Chengliang Fan和Nicholas Long。他们分别来自美国科罗拉多大学博尔德分校、美国国家可再生能源实验室、美国劳伦斯伯克利国家实验室以及中国广州大学。该研究于2022年发表在《Applied Energy》期刊上。
该研究的主要科学领域是区域供冷系统（District Cooling Systems, DCS）的建模与仿真。随着全球生活水平的提高和气候变暖，空间制冷需求持续增长。区域供冷技术通过集中制冷设备为社区提供服务，具有经济和环境效益。然而，现有建模工具和方法在考虑管网水力学和实际工厂配置时存在局限性。为此，研究团队开发了基于Modelica的开源模型，以支持详细的能源分析，并进行了案例研究，旨在优化区域供冷系统的能源利用，降低成本并减少碳排放。
研究流程分为八个步骤，具体如下：
问题理解
研究团队首先明确了研究目标，即分析区域供冷系统的热流体和控制性能，并排除了与紧急协议和非典型操作条件相关的设备。
物理系统信息和操作数据收集
研究团队从多个来源收集了物理系统信息和操作数据，包括机械和控制规格文档、现场访问记录以及制造商性能文件。这些数据用于设计系统模型、提供模型输入数据以及验证模型准确性。
测量数据预处理
研究团队对收集到的数据进行了预处理，包括检查数据趋势、消除错误数据点、平滑数据集以及四舍五入数据以减少文件大小。
模型开发
研究团队使用Modelica开发了区域供冷系统的模型，包括中央工厂、管网和建筑负载模型。这些模型基于Modelica Buildings Library中的开源资源，并进行了定制化开发。
数值模拟
研究团队使用Dymola进行数值模拟，并采用CVODE求解器处理复杂的热流体系统模型。模拟过程中，研究团队对模型进行了调试，以提高数值稳定性。
基线模型验证
研究团队通过比较模拟结果与实测数据，验证了基线模型的准确性。验证过程包括电气系统和热流体系统的验证，确保模型能够准确反映实际系统的性能。
系统改进识别
研究团队基于验证后的基线模型，模拟了多种节能措施，包括控制设定点优化、设备修改和泵设定点调整。这些措施旨在提高系统的能源效率。
影响评估
研究团队评估了节能措施对能源消耗、成本和碳排放的影响。评估结果表明，结合优化后的固定接近温度和操作两台冷凝水泵的措施，每年可节省15.3%的能源、8.9%的电力成本和15.0%的碳排放。
研究团队通过案例研究获得了以下主要结果：
基线能源性能
中央工厂的年能源消耗为552 MWh，其中冷水机组、冷凝水泵、冷水泵和冷却塔风扇分别占41.4%、37.1%、10.8%和10.8%。冷却工厂的平均COP（Coefficient of Performance）为7.03。
能源效率改进
通过优化冷凝水供应温度（tcw,set），研究团队发现固定接近温度优化和调整接近温度优化分别节省了4.4%的能源。此外，调整冷凝水泵流量设定点也显著降低了能源消耗。
影响评估
研究团队评估了各项节能措施对能源消耗、成本和碳排放的影响。最佳节能措施组合（固定接近温度优化和操作两台冷凝水泵）每年可节省84.6 MWh的能源、930美元的成本和58.0吨的碳排放。
该研究通过开发基于Modelica的开源模型，支持了区域供冷系统的详细能源分析，并通过案例研究验证了模型的实用性。研究结果表明，通过优化控制设定点和设备操作，可以显著提高区域供冷系统的能源效率，降低成本并减少碳排放。该研究为未来区域供冷系统的建模和优化提供了系统的方法和工具，具有重要的科学和应用价值。
创新性
该研究是首批考虑工厂机械和控制系统细节以及管网水力学的区域供冷案例研究之一。研究团队开发了新的开源模型，并提出了系统的方法论。
实用性
研究团队通过案例研究验证了模型的实用性，并提出了无需额外投资的节能措施，每年可节省15%的能源、9%的电力成本和15%的碳排放。
可扩展性
研究团队还评估了模型的可扩展性，证明了其适用于大规模区域供冷系统的分析。
研究团队还评估了冷却塔旁路和水侧经济器（Waterside Economizer, WSE）的有效性，发现WSE显著减少了冷水机组的运行时间，延长了设备寿命并降低了维护成本。此外，研究团队还提出了进一步改进WSE配置的建议，以提高其能源效率。
该研究为区域供冷系统的建模和优化提供了重要的理论和实践指导，具有广泛的应用前景。