CN110334877A - 一种优化集中供暖热力管道比摩阻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优化集中供暖热力管道比摩阻的方法，首先通过线性回归法获得各项指标的环境影响参数；将所获得的各项指标的环境影响参数相加后，得到关于比摩阻Pd的目标函数E；采用微分法对目标函数E关于比摩阻Pd求导，并使导函数等于零，得出最优环境比摩阻；将求导后的目标函数进行化简整理，获得最优环境比摩阻Pod的表达式。该方法以最小环境影响为依据对供暖管网比摩阻单目标参数进行优化，有效获得了热力管道的最优环境比摩阻，对集中供暖系统设计具有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及供热工程技术领域，尤其涉及一种优化集中供暖热力管道比摩阻的方法。
背景技术
随着我国城镇化的飞速发展，北方城市建筑冬季供暖也有了显著改善。城市供暖的主要问题已经从室温低、高投诉、热费上缴率低转变成室温过热、高能耗和降低污染物排放等面向生态文明发展的新要求。在室外热水管网的设计中，已知网路上各热用户的热水流量或热负荷，确定网路各管段的管径和压力损失，是供暖管网进行水力计算的诸多任务中最基本的、也是最重要的一步。利用水力计算表或图进行设计计算时，为了确定各管段的管径，在己知其流量或热负荷的条件下，还必须知道管段上平均比摩阻的大小，通常情况下，管段的压降值是未知的，这就要求在计算时预先选定一个平均比摩阻值，这一预定的平均比摩阻的大小直接关系到集中供暖管网的环境影响高低，如选用的比摩阻值越大，则需要的管径越小，管网的基建环境影响和热损失的环境影响也就越少，但网路循环水泵的电耗随之增大；如选用的比摩阻值越小，效果则相反。因此，需要确定一个最佳的比摩阻减少供暖系统的环境污染。
现有技术在进行室外管网水力计算时，推荐比摩阻30～70Pa/m，但这一范围是否环保、是否适合生态文明发展的要求，则有待于进一步的研究。每个集中供暖系统都有自己的设计参数，运行策略，供暖管网等，因此使用经验值无法准确得指导集中供暖系统的设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种优化集中供暖热力管道比摩阻的方法，该方法以最小环境影响为依据对供暖管网比摩阻单目标参数进行优化，有效获得了热力管道的最优环境比摩阻，对集中供暖系统设计具有重大意义。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种优化集中供暖热力管道比摩阻的方法，所述方法包括：
步骤1、首先通过线性回归法获得各项指标的环境影响参数；
步骤2、将所获得的各项指标的环境影响参数相加后，得到关于比摩阻Pd的目标函数E；其中，目标函数E的公式为：
上式中，a代表线性回归方程中的常数；Y代表管网的使用寿命；b代表线性回归方程中的回归系数；ec代表煤的环境影响因子；M代表管网的材料特性；Gd代表网路循环水的设计流量；Goi代表每小时网路的运行循环水流量；Uh代表单位供暖能耗；Up代表单位供电煤耗；ρ代表热水的密度；η代表供暖系统的效率；Hhs代表热源厂和换热站的阻力；Pas代表比摩阻的假设值；Pd代表比摩阻的设计值；k代表管道的平均传热系数；L代表管网的主干线长度；tavi代表每小时的供回水平均温度；tg代表土壤温度；m代表一个供暖季的运行小时数；i代表运行小时是数的指数；n代表管道管径的总数量；j代表管道直径的指数；θhl代表热损失系数；θlr代表局部阻力系数；
步骤3、采用微分法对目标函数E关于比摩阻Pd求导，并使导函数等于零，得出最优环境比摩阻；其中，求导后的目标函数表示为：
步骤4、将步骤3中求导后的目标函数进行化简整理，获得最优环境比摩阻Pod的表达式，具体为：
由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法以最小环境影响为依据对供暖管网比摩阻单目标参数进行优化，有效获得了热力管道的最优环境比摩阻，对集中供暖系统设计具有重大意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的优化集中供暖热力管道比摩阻的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的优化集中供暖热力管道比摩阻的方法流程示意图，所述方法包括：
步骤1、首先通过线性回归法获得各项指标的环境影响参数；
在该步骤中，所述各项指标的环境影响参数具体包括：
单位管长的管道的环境影响参数、年折算管道的环境影响参数、泵的年运行环境影响参数、管道的年热损失环境影响参数。
步骤2、将所获得的各项指标的环境影响参数相加后，得到关于比摩阻Pd的目标函数E；其中，目标函数E的公式为：
上式中，a代表线性回归方程中的常数；Y代表管网的使用寿命；b代表线性回归方程中的回归系数；ec代表煤的环境影响因子；M代表管网的材料特性；Gd代表网路循环水的设计流量；Goi代表每小时网路的运行循环水流量；Uh代表单位供暖能耗；Up代表单位供电煤耗；ρ代表热水的密度；η代表供暖系统的效率；Hhs代表热源厂和换热站的阻力；Pas代表比摩阻的假设值；Pd代表比摩阻的设计值；k代表管道的平均传热系数；L代表管网的主干线长度；tavi代表每小时的供回水平均温度；tg代表土壤温度；m代表一个供暖季的运行小时数；i代表运行小时是数的指数；n代表管道管径的总数量；j代表管道直径的指数；θhl代表热损失系数；θlr代表局部阻力系数；
具体实现中，在获得目标函数E的过程中，还需要对系统的供回水温度、循环水流量等运行参数随着室外气象参数的变化而进行相应的调整。
步骤3、采用微分法对目标函数E关于比摩阻Pd求导，并使导函数等于零，得出最优环境比摩阻；其中，求导后的目标函数表示为：
步骤4、将步骤3中求导后的目标函数进行化简整理，获得最优环境比摩阻Pod的表达式，具体为：
进一步的，在获得最优环境比摩阻之后，采用单敏感性分析法对各环境因素进行敏感性分析并计算其权重，得出影响最优环境比摩阻的敏感性因素及不敏感性因素。
举例来说，下面以具体实例对上述方法进行详细说明：
1、采用线性回归方法获得每单位长度供暖管道的环境影响参数。由回归方程可得：a＝368.92，b＝4236.3；
2、计算年折算管道的环境影响参数。在案例中，Y＝16、Mas＝9800.45、Pas＝1、l＝9442；
3、在计算泵的年运行环境影响参数时，ec＝134.65、Upo＝0.309、n＝3192h、Gd＝1129.8、Goi＝4603282137929.66、L＝4548、η＝0.8、ρ＝958.65、θlr＝1.2、Hhs＝225561。
4、在计算管道年热损失环境影响参数时，Uh＝151.2、tg＝6.01、tavi＝234628.02、θhl＝1.15、k＝0.76。
5、将以上环境影响参数数值代入目标函数E，对目标函数求导并使导函数等于零，最终得到最优环境比摩阻Pod＝18.16。
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种优化集中供暖热力管道比摩阻的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、首先通过线性回归法获得各项指标的环境影响参数；
步骤2、将所获得的各项指标的环境影响参数相加后，得到关于比摩阻Pd的目标函数E；其中，目标函数E的公式为：
上式中，a代表线性回归方程中的常数；Y代表管网的使用寿命；b代表线性回归方程中的回归系数；ec代表煤的环境影响因子；M代表管网的材料特性；Gd代表网路循环水的设计流量；Goi代表每小时网路的运行循环水流量；Uh代表单位供暖能耗；Up代表单位供电煤耗；ρ代表热水的密度；η代表供暖系统的效率；Hhs代表热源厂和换热站的阻力；Pas代表比摩阻的假设值；Pd代表比摩阻的设计值；k代表管道的平均传热系数；L代表管网的主干线长度；tavi代表每小时的供回水平均温度；tg代表土壤温度；m代表一个供暖季的运行小时数；i代表运行小时是数的指数；n代表管道管径的总数量；j代表管道直径的指数；θhl代表热损失系数；θlr代表局部阻力系数；
步骤3、采用微分法对目标函数E关于比摩阻Pd求导，并使导函数等于零，得出最优环境比摩阻；其中，求导后的目标函数表示为：
步骤4、将步骤3中求导后的目标函数进行化简整理，获得最优环境比摩阻Pod的表达式，具体为：
2.根据权利要求1所述优化集中供暖热力管道比摩阻的方法，其特征在于，在步骤1中，所述各项指标的环境影响参数具体包括：
单位管长的管道的环境影响参数、年折算管道的环境影响参数、泵的年运行环境影响参数、管道的年热损失环境影响参数。
3.根据权利要求1所述优化集中供暖热力管道比摩阻的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在获得最优环境比摩阻之后，采用单敏感性分析法对各环境因素进行敏感性分析并计算其权重，得出影响最优环境比摩阻的敏感性因素及不敏感性因素。
4.根据权利要求1所述优化集中供暖热力管道比摩阻的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在获得目标函数E的过程中，对系统的供回水温度、循环水流量运行参数随着室外气象参数的变化而进行相应的调整。
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