供热管网的动态热特性.docx

《供热管网的动态热特性.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《供热管网的动态热特性.docx（12页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、供热管网的动态热特性研究不仅对于供热系统的优化运行是非常重耍的，比如说确定热源和水泵的启停时间、根据热负荷调节热源的供热量以满足建筑的热需求，减少建筑供热能耗,提供建筑供热质量等；同时对于研究可再生能源供热（比如风能、太阳能等）也是必须的研究内容。再生能源具有随机性、波动性、不确定性的特点，当利用可.再生能源供热时，势必会造成供热系统的波动，影响供热系统的安全稳定运行和供热质量。而供热系统动态热特性的研究不仅可以为可再生能源供热提供安全供热的保障，同时通过供热系统热动态特性研究获得并利用供热系统的热惯性，可以提高可再生能源供热的经济性和环保性。但是与供热管网稳态热特性建模相比，动态热特性建模需

2、要追踪流体在管道中的传递时间、流体在传输中的热损失以及管网在当前时间之前的温度分布，所以动态热特性建模将更加复杂。国内外对供热管网动态热特性建模方法主要有统计方法和物理方法。统计方法是利用相关参数的历史数据来预测管网的温度，这种方法并未考虑管网的具体结构,使用起来很方便。但是统计方法并不能很好地应对管网结构或者运行模式改变时的温度预测,同时当热源的温度发生大的波动的时候，统计方法并不能准确的追踪管网流体的传递时间。所以近十几年来，统i方法已经很少用于供热管网动态热特性建模。树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。物理方法是目前使用最广泛地用于供热管网动态热特性建模的方法。物理方法综合考虑了整个供热系

3、统的结构，能够很好地适应管网结构或者运行模式的改变。物理方法主要包括元素法、节点法、特征线法。根据文献对元素法和节点法的数值计算的研究，元素法相对于温度预测的准确度和稳定性上都劣于节点法。同时，在元素法和特征线法中，都需要将每一根管道离散成各个元素，并对每一元素进行离散求解.，势必会增加计算所需时间并提高对计算机计算能力的要求，这对于实现供热系统在线监控和运行是不利的。节点法的原理是首先考虑流体在管道中的传递时间，根据管道进口的温度计算得到管道出口的初始节点温度，然后考虑管道的热惰性以及热损失，计算得到管道出口的温度。由于对温度预测的准确性和稳定性以及对流体传递时间的有效追踪性，节点法是目前世

4、界上使用最广泛的用于供热管网动态热特性建模的方法.Gabrielaitiene为了研究供热管网的动态温度分布,同时研究有限的热用户负荷数据对管网动态温度模拟的影响，使用节点法和商业软件TERMIS对丹麦Naestved供热管网中换热站的供水温度进行模拟，并与实测数据进行对比分析,结果表明：1）节点法和软件TERMIS的预测精度基本相同；2）由于流体流经远端换热站经过更多的弯道、三头、阀门等简化处理附件，换热站进口温度预测精度低于近端换热站的供水温度；3）同时使用越多的热用户年平均负荷代替热用户实际负荷，对热源回水温度的预测精度越低。同时作者也指出节点法和软件TERMIS预测精度都比较高原因可能

5、是管网的温度波动不大。但是在文中作者也指出节点法与TERMIS的不同在于：TERMIS的传热方程中并未考虑管道的热容以及管道之间的热作用，而节点法考虑了，所以在利用TERMIS计算时，采用了节点法的传热系数，这也是两者计算结果相差不大的一个原因。因此本文利用节点法对某实际供热管网模拟快速且大幅度的温度变化，分析节点法对供热系统动态热特性的模拟能力。一、供热系统建模（1）模型假设在研究供热系统动态热特性时，为了研究管道的主要热动态特性，做出如下假设：1）水力工况保持恒定；2）假设流体为理想流体；3）忽略水力、热力扩散、轴向传热的影响；4）忽略保温层、保护壳、土壤的热惯性。（2）节点热平衡节点连接

6、着所有供水管道和回水管道，如图lo从图1可以看出，与节点i相关的温度有3个：管道出口温度、节点温度、管道进口温度。管道出口温度是指管道出口未在节点i处混合的流体温度。如果两个管道之间没有混合（如与散热器等效管道相连的管道），那么管道出口的温度可以认为等于节点温度。假设有m根管道的热水流向节点i,同时有n根管道的热水流出节点i,那么每个节点的热平衡方程可以写成方程（1） omm（1）心酸通冢族(G) =(e) z 5 =0,1,2,)(3)k =t-nI (匕加) Z + Vt z (m=0,1,2,)k = / - m(4)变量KR,S分别由式(5) 式(7)获得,其物理含义见图2。/ 一口

7、1y= (匕(,*4)(5)k =f-m+ 1R= (匕4)(6) (K-0k = t-m+Rif m nif n - n(7)2)考虑管壁热容的作用( j, t)根据能量守恒，流体传给管壁的能量等于流体内能的变化,建立流体温度在管壁热容作用下的变化方程，见式(8) o= Vp%,f3(TjH)式中:Tp, t1为前1个时间周期的管壁温度， ;Cp为管道热容，J/K; P为水的密度,kg/m3; cp为水的定压比热，J/( kg K);下标f表示流体，其他参数含义同前。3)考虑管道热损失(T卜t)将管道流体分成多个微元，对每个微元进行抬态传热计算并根分，可得考虑管道热损失后流体的温度变化，见式

8、(为。广小二+( ,t _ Q ep0.25tt62 pfcp,f匕-J A力2 ”、七暖通曾9二、工程应用实例本实验验证是针对某实际供热系统进行测试、模拟完成的。(1)供热系统该供热系统一次网平面图见图3。在该供热系统中，热源的装机容量为406 MW，供热半径6.6 km,连接着71个换热站，为290万m2的住宅提供热量。图3供热系统一次网平面图上度通强(2)运行策略在整个供暖季，该供热系统米用“分阶段改变流量质调节”的运行策略，而在具体的某天,流量由“分阶段改变流量质调节”确定，而供暖温度则由室外温度确定，有时候在中午温度高时，锅炉停止运行，利用供热管网和建筑的热惯性维持室内温度在合适的水

9、平。此外，在该供热系统中，换热站的一次侧没有安装自动调节装置，同时也没有为热用户提供生活热水，所以当热源处的供水流量保持不变，则整个供热系统的水力工况将保持恒定这种情况在供热系统中普遍存在。（3）测量本实验测量针对与热源具有不同距离的3个换热站的供水温度以及热源的供水温度进行测量（见图3）,而供热系统的水力工况采用数据采集系统上传的流量数据。3个换热站EX1 EX3与热源的距离分别为1324 m, 3 429 m和6 080 m0本次测量在2015年1月15日进行，每10 min测量1次。热源处的测量流体流速和环境温度见图4。-6-10-I4P-S -流速2 8 41 oo.00:0006:0

10、012:0018.0024:00时间图4热源处的测量流体流速和环境温度暖通空施从图4中可以看出，热源处的流体流速在1. 16- 1. 19 m s的范围内波动，所以可认为整个供热系统的水力工况保持稳态。（4）结果与分析为了突出模型对于不同温度变化阶段的模拟精度，同时去除用于模拟计算初始化所需数据,本节对于换热站供水温度的模拟结果展示从6:00- 21: 00（见图5 图7）。75图5热源供水温度以及EX1测量和模拟供永常度00P/经理图6热源供水温度以及EX2测量和模拟供求流度70值值源量拟热测模18:0021:0006:0009:0012:0015:00时间图7热源供水温度以及EX3测量和模

11、拟供求温度为了分析流体流动过程中的传输热损失，本节首先根据测量数据分析各个换热站单位长度的温降。从表1中可以看出，每个换热站的总温降与距离热源的远近成正比；但是每单位长度的温降与距离热源的远近没有必然关系。表1热源到换热站的温降换热站热源 EX1 EX2 EX3与热源的距离m1 3243 4296 080温度 t64.7363.863.361.2单位长度温降/（工km）0.70.42,七唠嗓从图5 图7中可以看出，节点法模拟的结果与测量结果基本吻合，模拟值与实测值的差别很小。通过计算6:00-21:00期间2个模型的平均误差和标准差来分析模型的精度（见表2）。从表2可得，节点法的平均误差和标准

12、差分别为0. 46 和1. 18,模拟的结果可以满足工程的实际应用。表2节点法模拟换热站供水温度的平均误差和标准差单位:工换热站EX1EX2EX3平均值平均误差0. 240. 450. 690. 46标准差0. 501.361.69从图5图7中也可以看出，节点法的模拟结果在不同的温度变化阶段与实测值的偏差幅度是不同的，所以针对不同温度变化阶段的模拟结果进行比较分析，包括快速下降阶段（阶段1）、快速上升阶段（阶段2）和相对平稳阶段（阶段3）,结果见表3。表3中每个阶段平均误差和标准差的计算时间都是3h,对于阶段1就是到达温度最低点的前3h,对于阶段2就是温度最低点之后的3h,对于阶段3则是阶段2结束后的3ho表3节点法在不同温度变化阶段模拟换热站供水温度的平均误差和标准差EX1EX2EX3平均值阶段平均误差平均误差平均误差平均误差（标准差）（标准差）（标准差）（标准差）0. 19 ( 0. 53)0. 12 (0. 63)0. 35 ( 0. 34)1.39 ( 2. 04)-0.61 ( 1.43)0. 52 ( 0. 55)2. 47 (3. 11)-1.46 (2. 64)1.03 (0. 96)1.35 ( 1.89)-0.61 ( 1.57)0. bj除6为