基于室外温度变化的供热系统运行参数的优化.doc

基于室外温度变化的供热系统运行参数的优化关键词：室外温度变化供回水温差散热火用损费用流动火用损费用针对供热系统运行的经济性差，工况调节与室外温度变化同步性差的特点，本文根据工程热力学、传热学、流体力学、热经济学及高等数学的有关原理，通过一系列分析推导，得到了供热系统优化运行且反应供热系统运行参数与室外温度关系的函数关系式，提出了基于室外温度变化的供热系统优化的调节的思想。供热系统运行过程中产生的火用损主要由散热器散热过程产生的散热火用损和系统热媒流动阻力引起的流动火用损两部分组成。而系统热媒的供回温差，一方面决定着系统散热火用损的大小，同时也决定着热媒流动火用损的大小。供回水温差越大，则系统的水流量越小，系统的阻力损失也越小，由此引起的流动火用损越小；而系统的散热火用损却越大；反之，供回水温差减小，系统的流动火用损将增大，而散热火用损将减小。因此，从热经济学的角度，必然存在一个最优的温差值，使得由这两种火用损引起的费用损失最小。本文首先根据传热学的有关理论，通过对供热系统的模型进行适当简化，推导出了系统热媒水的供回水平均温度与室外温度的函数关系。在此基础上，分别对供热系统散热火用损费用与热媒供回水温差及室外温度之间的函数关系以及流动火用损费用与热媒供回水温差及室外温度之间的函数关系进行了推导，进而得到了供热系统总火用损费用与热媒供回水温差及室外温度之间的函数关系。然后，根据数学的极值理论，得到了系统总火用损费用最小条件下供回水温差及室外温度之间的函数关系。利用该函数关系，就可以得到任意室外温度下，使系统的总火用损费用最小的供回水温差（即最优温差）之值，由此可以求出一系列与之相关的参数值（流量，流速，供回水温度等）。按照这些参数对系统进行工况调节，就可以实现供热系统运行工况的优化调节。1前言供热系统的运行调节，主要有质调节、量调节、间歇调节及分阶段改变流量的质调节等几种形式。以上几种运行调节方式，虽然分别在不同程度上提高了系统运行的经济经济性，但由于系统工况调节与室外温度变化不同步，所以仍然存在着较大的能源和经济浪费。鉴于此，本文提出了基于室外温度变化的供热系统运行调节方法，并从热力学第二定律出发，利用热经济学的观点，推导出供热系统运行参数的最优值与室外温度的函数关系。利用该函数关系，就可以根据室外温度的变化情况，实现对供热系统运行参数的优化调节，从而实现供热系统的经济运行。2基于室外温度变化的供热系统运行参数的优化2.1基于室外温度变化的供热系统运行调节基于室外温度变化的供热系统运行调节,是指系统以室外温度作为输入变量，以系统的供回水温差及流量等参数作为输出变量的系统运行调节方式。输出变量与输入变量之间的对应关系，就是通过系统的优化过程实现的。2.2系统热媒水的供回水平均温度与室外温度的函数关系为了分析问题的方便，对供热系统进行如下简化。设室外温度为，外围护结构的折和面积（冷风侵入、冷风渗透散热量均折合为围护结构散热量）为，外围护结构的传热系数为，室内温度为。则系统的总散热量可表示为室外温度的函数，即：(1)设散热器的传热系数为，散热器内热媒的平均温度为。则散热器的传热系数可表示为其传热温差的函数，即：（2）忽略管道系统散热，假定所有热量全部通过散热器散之采暖房间。设散热器总的传热面积为，则系统的总散热量又可表示为：(3)对于已投入使用的系统而言，、、、、、可均视为常数。则由式（1）、（3），可将表示为的函数，即：（4）2.3系统供回水温差与室外温度的函数关系在对供热系统作上述简化及假定的基础上，系统运行产生的火用损可认为仅由散热器散热过程产生的散热火用损和系统热媒流动阻力引起的流动火用损两部分组成。而系统热媒的供回温差，一方面决定着系统散热火用损的大小，同时也决定着热媒流动火用损的大小。供回水温差越大，则系统的水流量越小，系统的阻力损失也越小，由此引起的流动火用损越小；而系统的散热火用损却越大；供回水温差减小，系统的流动火用损将增大，而散热火用损将减小。因此，从热经济学的角度，必然存在一个最优的温差值，使得由这两种火用损引起的费用损失最小。2.3.1散热火用损费用与热媒供回水温差的关系设系统供回水温差为，则水的质量流量可表示为：（5）热媒水的供回水温度可分别表示为：（6）（7）散热过程的散热火用损可表示为环境温度与由温差传热引起的系统熵变的乘积，即：（8）而为室内空气的熵增量和热媒的熵增量之和。（9）（10）设为散热火用损费用因子，则散热火用损费用可表示为：（11）2.3.2流动火用损费用与热媒供回水温差的关系系统正常运行时，管内流体的流态处于阻力平方区，系统的阻力损失与热媒体积流量的平方成正比。为了简化计算，忽略热媒在散热器内的阻力损失。设热媒水供路的总阻抗为，管内流体密度为，则热媒水供路的阻力损失可表示为：（12）由此可