供热、空调管网动力匹配方式的研究

摘要

供热、空调系统，基本上是水系统和风系统。在系统中水泵、风机的作用是驱动流体的循环，以满足民用和工业中的供热、供冷的需求。调节阀的作用是增加阻力，以消耗多余部分压头，实现调节流量的作用，调节阀所消耗的压力占总的压力损失比例愈大，调节性能愈好。这样，要获得好的调节效果就需要消耗水泵或风机更多的电能。对输配系统动力进行优化匹配，有可能将调节阀所消耗能量的很大一部分节省下来，因此这一方式有重要的节能意义。如何对于管网进行优化动力匹配，其中又蕴涵的哪些规律，是本文主要研究的内容。 本文首先运用水压图对分布式动力系统的水力特性、稳定性作了定性分析。接着从管网图的基本理论模型出发，对独立回路压力平衡方程组的矩阵形式进行求解，分析解的形式，总结出最佳动力匹配理论，其中包括有管网运行的最低能耗、最少动力装置匹配方式等。以具体某管网为例，运用“环状管网水力计算与水力工况分析软件”进行仿真模拟。分析了四种典型匹配情况下各自的能耗以及与传统设计方法比较分析，可知采用最低能耗匹配方式比传统设计方法节约能耗28﹪左右。 然后对于管网调控方法中几种压差控制点的选取进行比较，分析在流量变化时各种压差控制点选取方案的调节方法，可知采取恒定供回水压差为零时节能效益最好。并对四种典型情况和传统设计方法的经济性做出了综合评价，可知管网最佳动力匹配方式为：热源+管网树枝处设置动力装置。 由于管网数枝分布位置有很多种，所以这种最佳动力匹配方式有很多种形式，对于具体的管网根据具体情况设置在不同位置均能实现最低能耗运行，同时要便于操作和控制管理。 最后以RC医院地下埋管为例应用最佳动力匹配方法匹配动力装置，模拟数据显示这种方式对能很好地解决水力失调，它的节能效果更是显著。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究的历史、现状及发展

1.2.1供热、空调系统历史、现状

1.2.2供热、空调输配系统的研究历史、现状

1.3供热、空调系统的发展趋势

1.4提出问题

1.5本文的基本内容、构思

1.5.1运用图论的相关知识建立最佳动力匹配理论

1.5.4基于管网最佳动力配结构形式的设计计算方法。

1.6研究手段及预计目标

1.6.1所采用的研究手段

1.6.2预期达到的目标

2分布式管网分析理论模型

2.1沿线流量、节点与节点流量

2.1.1沿线流量

2.1.2节点与节点流量

2.2管网图

2.3图论的基本概念

2.3.1节点、分支、图和有向图

2.3.2关联

2.3.3链、基本链、回路和基本回路

2.3.4通路和基本通路

2.3.5有向赋权图

2.3.6树

2.3.7生成树和最小树

2.4流体输配管网图的矩阵表示

2.4.1管网图的关联矩阵和基本关联矩阵

2.4.2管网的基本回路矩阵和独立回路矩阵

2.4.3关联矩阵与基本回路矩阵的关系

2.5供热、空调工程输配管网分析理论模型

2.5.1供热、空调工程输配系统网络图

2.5.2供热、空调工程输配系统网络分析模型

2.6供热、空调工程输配管网分析理论模型的求解

2.6.1求解方法概述

2.6.2回路风量及其与分支风量之间的关系

2.6.3回路方程法的数值解法

2.6.4求解步骤

2.7环状管网水力计算的基本步骤

2.8本章小结

3现有管网形式及动力装置的匹配

3.1流体输配管网的基本功能与基本组成

3.2管网分类

3.2.1单相流与多相流管网

3.2.2重力驱动管网与压力驱动管网

3.2.3开式管网与闭式管网

3.2.4枝状管网与环状管网

3.2.5异程式管网与同程式管网

3.3流体输配管网的动力匹配

3.3.1流体输配管网的动力来源

3.3.2动力装置与管网系统的匹配。

3.3.3动力装置的工况调节

3.3.4变速泵、风机的使用

3.4本章小结

4管网最佳动力匹配理论

4.1分布式动力系统定性分析

4.1.1系统水力特点

4.1.2系统稳定性

4.1.3系统调控性

4.2管网最佳动力匹配的核心命题

4.2.1特殊情况

4.2.2实现管网最低能耗运行管网匹配的最少动力装置个数

4.3管网本身的构成对最低能耗的影响

4.3.1流量初始分配对最低能耗的影响

4.3.2管网阻力对最低能耗的影响

4.3.3动力装置效率对最低能耗的影响

4.4管网最佳动力匹配水力计算的基本步骤

4.5管网最佳动力匹配的典型情况

4.6本章小结

5最佳动力匹配方式的综合评价

5.1不同调节控制方法及其能耗特性

5.1.1调节控制方法

5.1.2四种方案的比较

5.2不同动力匹配方式的经济性

5.2.1各种匹配方式的能耗比较

5.2.2各种匹配方式的初投资比较

5.3综合评价

5.4本章小结

6工程案例应用

6.1 RC地源热泵工程

6.1.1 RC地源热泵工程概况

6.1.2 RC地源热泵工程方案

6.1.3地下管网网络图

6.1.4地下管网网络解算

6.2本章小结

7成果与建议

7.1本文的主要研究成果

7.2对下一步工作的建议

致谢

参考文献

附录

A.设备选型详表

B.作者在攻读硕士学位期间发表的论文