多熱源環(huán)狀管網(wǎng)可及性分析判定方法及其改善方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多熱源環(huán)狀管網(wǎng)可及性分析判定方法及其改善方法，這種分析判定方法建立在管網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行工況確定的情況下，通過定量分析各熱源所能提供的循環(huán)壓頭能否滿足熱網(wǎng)在該工況下實現(xiàn)預(yù)定的流量分配所需的資用壓頭，來判定管網(wǎng)在這種工況下的可及性；并依據(jù)可及性分析判定結(jié)果，通過對環(huán)狀管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括管段管徑、循環(huán)水泵揚程等，按一定順序進行調(diào)整，使其可及性能夠同時滿足各種運行工況的要求。本發(fā)明利用建立的多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的可及性分析方法可以直觀地判斷出管網(wǎng)的可及性及影響可及性的主要因素；經(jīng)過最后的管徑調(diào)整和循環(huán)水泵調(diào)整后，管網(wǎng)在各種工況下的可及性則均能滿足要求。
【專利說明】多熱源環(huán)狀管網(wǎng)可及性分析判定方法及其改善方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集中供熱系統(tǒng)可及性的判定及改善方法，尤其涉及多熱源環(huán)狀管網(wǎng)集中供熱系統(tǒng)的可及性判定及改善方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多熱源環(huán)狀管網(wǎng)主要通過“根據(jù)供暖季節(jié)熱負荷的變化，熱源按一定順序分期、分批投入和退出運行”的運行機制，實現(xiàn)能源利用效率高、運行成本低的基本熱源優(yōu)先滿負荷運行，而能源利用效率低、運行成本高的熱源僅在熱負荷較大時作為調(diào)節(jié)熱源使用，以彌補基本熱源供熱能力的不足，從而實現(xiàn)多熱源環(huán)狀管網(wǎng)供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性。根據(jù)多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的熱源運行狀況，其運行工況可劃分為基本工況、調(diào)節(jié)工況和設(shè)計工況。基本工況下只有基本熱源投入運行；調(diào)節(jié)工況下有一個或一個以上調(diào)節(jié)熱源分別或同時參與運行；設(shè)計工況下環(huán)狀管網(wǎng)上所有熱源均投入運行。因此，在不同的運行工況下，多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的流體力學(xué)參數(shù)，如各管段的流量、管段流速，各節(jié)點壓力、節(jié)點流量等，均會發(fā)生較大變化，從而導(dǎo)致部分用戶在不同運行工況下的可及性往往也相應(yīng)發(fā)生較大變化，且在不同運行工況下，多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的可及性往往很難同時滿足。所謂管網(wǎng)的可及性分析，是指管網(wǎng)在給定的用戶流量下，分析管網(wǎng)是否具有實現(xiàn)該流量分配的能力。單熱源枝狀管網(wǎng)的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，其可及性分析比較容易實現(xiàn)，而多熱源環(huán)狀由于管網(wǎng)結(jié)構(gòu)及管網(wǎng)水力工況的復(fù)雜性，目前尚沒有合理的可及性分析及改善方法。
[0003]與本申請最接近的現(xiàn)有技術(shù)是《暖通空調(diào)》1999年第29卷第I期公開的“集中供熱網(wǎng)的可及性分析” 一文。在該文中公開了以下技術(shù)，即采用“在環(huán)狀管網(wǎng)的某些管段上設(shè)置閥門，并通過優(yōu)化計算確定這些閥門開度”的技術(shù)措施，使環(huán)網(wǎng)上的某些不可及用戶的水力狀況發(fā)生改變，從而改善其可及性。根據(jù)管網(wǎng)可及性的概念，多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的可及性應(yīng)該是環(huán)狀管網(wǎng)在各用戶按額定流量分配的原則下，管網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)這種分配的能力及狀態(tài)，是管網(wǎng)的是固有屬性。只有可及的管網(wǎng)，才能通過調(diào)節(jié)的方式解決管網(wǎng)的失調(diào)問題，實現(xiàn)所有用戶可及；而不可及的管網(wǎng)，無論怎樣調(diào)節(jié)其閥門開度，均不能保證所有用戶均實現(xiàn)可及。因此，文獻中提出的環(huán)狀管網(wǎng)的可及性改善方法，實際上是一種管網(wǎng)水力失調(diào)狀況的改善方法，而不屬于改善管網(wǎng)可及性的范疇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有集中供熱網(wǎng)可及性分析技術(shù)不能對多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的可及性進行正確分析判定的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種合理的多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的可及性分析判定方法，這種分析判定方法建立在管網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括管段管徑、循環(huán)水泵性能參數(shù))和運行工況確定的情況下，通過定量分析各熱源所能提供的循環(huán)壓頭能否滿足熱網(wǎng)在該工況下實現(xiàn)預(yù)定的流量分配所需的資用壓頭，來判定管網(wǎng)在這種工況下的可及性。
[0005]本發(fā)明同時提供多熱源環(huán)狀管網(wǎng)可及性的改善方法，該方法依據(jù)多熱源環(huán)狀管網(wǎng)在各種運行工況的可及性分析判定結(jié)果，通過對環(huán)狀管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)(管段管徑、循環(huán)水泵揚程等)按一定順序進行調(diào)整，使其可及性能夠同時滿足各種運行工況的要求。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明的可及性分析判定方法采取的技術(shù)方案是在計算機上實現(xiàn)的，詳細步驟如下:
[0007]第一步:確定需要進行可及性分析評價的工況，并將多熱源環(huán)狀管網(wǎng)分解為供水環(huán)網(wǎng)和回水環(huán)網(wǎng)，分別繪出該工況下供水環(huán)網(wǎng)和回水環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)計算圖；選定設(shè)有定壓裝置的基本熱源的供回水環(huán)網(wǎng)節(jié)點作為供水環(huán)網(wǎng)和回水環(huán)網(wǎng)的壓力基準點，并分別對供水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)的節(jié)點和管段進行相應(yīng)編號，其中:
[0008]供水環(huán)網(wǎng)的節(jié)點編號分別用G1，G2，...表示，回水環(huán)網(wǎng)的相應(yīng)節(jié)點編號分別用HI, H2,...表示；供水環(huán)網(wǎng)的管段編號分別用1G，2G，...，回水環(huán)網(wǎng)的相應(yīng)管段編號分別用1H，2H，...表示；編號時，壓力基準點編號為最大編號；在此基礎(chǔ)上，分別寫出供水環(huán)網(wǎng)的連接矩陣Ae，轉(zhuǎn)置連接矩陣A' e、阻力數(shù)矩陣瓦、節(jié)點額定流量矩陣仏、管網(wǎng)流通面積方
陣Fe，以及回水環(huán)網(wǎng)的連接矩陣Ah、轉(zhuǎn)置連接矩陣A' H、阻力數(shù)矩陣毛、節(jié)點額定流量矩陣
H 4網(wǎng)流通面積方陣Fh;
L_y」上述供水環(huán)網(wǎng)或回水環(huán)網(wǎng)的流量矩陣的各元素，流入為負值，流出為正值；
[0010]上述供水環(huán)網(wǎng)的管網(wǎng)流通面積方陣Fe或回水環(huán)網(wǎng)的管網(wǎng)流通面積方陣Fh是由供水環(huán)網(wǎng)或回水環(huán)網(wǎng)各管段的流通面積構(gòu)成的對稱方陣，主對角線元素為各管段的流通面積
ft ，式中Cli表示管段內(nèi)徑，非主對角線元素為零；
[0011]第二步:建立多熱源環(huán)狀管網(wǎng)相對于基準點的節(jié)點壓降求解模型；
[0012]y-p = q
[0013]式中，
[0014]Y—環(huán)狀管網(wǎng)節(jié)點壓降方程的系數(shù)矩陣，Y=A-(S') '-A';
[0015]A—環(huán)狀管網(wǎng)的連接矩陣((n-1) Xb階矩陣，η為節(jié)點數(shù)，b為管段數(shù))；
[0016]A1 —環(huán)狀管網(wǎng)連接矩陣A的轉(zhuǎn)置矩陣(bX (n-1)階矩陣)；
[0017]S'—環(huán)狀管網(wǎng)管段阻耗方陣，P =左調(diào)；
[0018]E—環(huán)狀管網(wǎng)各管段阻力數(shù)構(gòu)成的對稱方陣，主對角線上元素分別為各管段阻力數(shù)，非主對角線元素為O ;
[0019]\Q\—環(huán)狀管網(wǎng)各管段流量絕對值構(gòu)成的對稱方陣，主對角線上元素分別為各管段流量絕對值，非主對角線元素為O ;
[0020]P—環(huán)狀管網(wǎng)的節(jié)點壓降矩陣；聲=UVAnA,)''，
[0021]q-環(huán)狀管網(wǎng)各節(jié)點額定流量矩陣，f = ，…，％/，
[0022]第三步:求解供水環(huán)網(wǎng)的節(jié)點壓降矩陣/λ:
[0023]應(yīng)用第二步的求解模型對供水環(huán)狀管網(wǎng)的節(jié)點壓降矩陣A進行求解時，由于供水管網(wǎng)的節(jié)點額定流量矩陣知是已知量，而其系數(shù)矩陣Ye是由& =木.(?)-1.名和筆=見.|么|經(jīng)計算確定的，由于管段流量是未知量，則其系數(shù)矩陣Ye
也是未知量；因此，利用上述方程直接求解節(jié)點壓降矩陣瓦是不可能的；在這種情況下，利用如下的迭代算法可獲得節(jié)點壓降矩陣再?;詳細算法如下:
[0024]第3.1步:任意設(shè)定管網(wǎng)的初始流速矩陣％ = (%,ν?2,...νω,/，矩陣各元素代表各管段初始流速，根據(jù)g，求得管段的初始流量矩陣a=(0^,0^,及相應(yīng)的管段初始流量構(gòu)成的對稱方陣|?|;
[0025]上述0代表管網(wǎng)流量矩陣，元素為各管段流量；
[0026]上述F代表管網(wǎng)流通面積方陣,供水環(huán)網(wǎng)為Fe,回水管網(wǎng)為Fh ；
[0027]上述V代表管網(wǎng)流速矩陣，元素為各管段流速；
[0028]第3.2 步:根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種多熱源環(huán)狀管網(wǎng)可及性分析判定方法，其特征在于，該分析方法是在計算機上實現(xiàn)的，詳細步驟如下: 第一步:確定需要進行可及性分析評價的工況，并將多熱源環(huán)狀管網(wǎng)分解為供水環(huán)網(wǎng)和回水環(huán)網(wǎng)，分別繪出該工況下供水環(huán)網(wǎng)和回水環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)計算圖；選定設(shè)有定壓裝置的基本熱源的供回水環(huán)網(wǎng)節(jié)點作為供水環(huán)網(wǎng)和回水環(huán)網(wǎng)的壓力基準點，并分別對供水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)的節(jié)點和管段進行相應(yīng)編號，其中: 供水環(huán)網(wǎng)的節(jié)點編號分別用G1，G2，...表示，回水環(huán)網(wǎng)的相應(yīng)節(jié)點編號分別用H1，H2，...表示；供水環(huán)網(wǎng)的管段編號分別用1G，2G，...，回水環(huán)網(wǎng)的相應(yīng)管段編號分別用1H, 2H,...表示；編號時，壓力基準點編號為最大編號；在此基礎(chǔ)上，分別寫出供水環(huán)網(wǎng)的連接矩陣Ae，轉(zhuǎn)置連接矩陣A' e、阻力數(shù)矩陣瓦、節(jié)點額定流量矩陣^、管網(wǎng)流通面積方陣Fg,以及回水環(huán)網(wǎng)的連接矩陣Ah、轉(zhuǎn)置連接矩陣A' H、阻力數(shù)矩陣毛、節(jié)點額定流量矩陣^、管網(wǎng)流通面積方陣Fh; 上述供水環(huán)網(wǎng)或回水環(huán)網(wǎng)的流量矩陣的各元素，流入為負值，流出為正值； 上述供水環(huán)網(wǎng)的管網(wǎng)流通面積方陣Fe或回水環(huán)網(wǎng)的管網(wǎng)流通面積方陣Fh是由供水環(huán)網(wǎng)或回水環(huán)網(wǎng)各管段的流通面積構(gòu)成的對稱方陣，主對角線元素為各管段的流通面積ft 古，式中Cli表 示管段內(nèi)徑，非主對角線元素為零； 第二步:建立多熱源環(huán)狀管網(wǎng)相對于基準點的節(jié)點壓降求解模型；
Y-p = q 式中， Y—環(huán)狀管網(wǎng)節(jié)點壓降方程的系數(shù)矩陣，Y = A-(S1)^-A', A—環(huán)狀管網(wǎng)的連接矩陣； k'——環(huán)狀管網(wǎng)連接矩陣A的轉(zhuǎn)置矩陣； ^—環(huán)狀管網(wǎng)管段阻耗方陣，S'=S-\q\ ; 5—環(huán)狀管網(wǎng)各管段阻力數(shù)構(gòu)成的對稱方陣，主對角線上元素分別為各管段阻力數(shù),非主對角線元素為O ; Q\—環(huán)狀管網(wǎng)各管段流量絕對值構(gòu)成的對稱方陣，主對角線上元素分別為各管段流量絕對值，非主對角線元素為O ; P——環(huán)狀管網(wǎng)的節(jié)點壓降矩陣j = q-環(huán)狀管網(wǎng)各節(jié)點額定流量矩陣，^^LcZi ^ cZ ， 第三步:求解供水環(huán)網(wǎng)的節(jié)點壓降矩陣A?; 利用如下的迭代算法獲得節(jié)點壓降矩陣再;;詳細算法如下: 第3.1步:任意設(shè)定管網(wǎng)的初始流速矩陣％=(%，％,..仏，/，矩陣各元素代表各管段初始流速，根據(jù)0 = ，求得管段的初始流量矩陣G及相應(yīng)的管段初始流量構(gòu)成的對稱方陣βο|; 上述G代表管網(wǎng)流量矩陣，元素為各管段流量； 上述F代表管網(wǎng)流通面積方陣，供水環(huán)網(wǎng)為Fe，回水管網(wǎng)為Fh ； 上述7代表管網(wǎng)流速矩陣，元素為各管段流速；
第3.2步:根據(jù)公式.
2.一種利用權(quán)利要求1所述的可及性分析判定方法對多熱源環(huán)狀管網(wǎng)可及性進行改善的方法，其特征在于， 第一步:對設(shè)計工況下多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的可及性進行判定及調(diào)整； 對多熱源環(huán)狀管網(wǎng)在設(shè)計工況下的管網(wǎng)可及性進行分析判定后，根據(jù)各管段的流速值，首先對流速大于0.8m/s的管段進行調(diào)整，通過增大這些管段的管徑，使其流速不大于.0.8m/s ;然后再次對調(diào)整后的管網(wǎng)的可及性進行判定，若仍有部分管段的流速大于0.Sm/s，需再次對相應(yīng)管段進行調(diào)整，如此反復(fù)，直至所有管段的流速在設(shè)計工況下不大于0.Sm/s ； 第二步:對調(diào)節(jié)工況下多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的可及性進行判定及調(diào)整； 在上述調(diào)整后的管網(wǎng)的基礎(chǔ)上，按照第一步的方法，對多熱源環(huán)狀管網(wǎng)在調(diào)節(jié)工況下的可及性進行分析判定并對不滿足要求的管徑進行調(diào)整。通過反復(fù)判定及調(diào)整，使管網(wǎng)各管段在調(diào)節(jié)工況下的流速不大于0.8m/s ； 第三步:對基本工況下多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的可及性進行判定及調(diào)整； 在調(diào)節(jié)工況管段調(diào)整完成的基礎(chǔ)上，仍按第一步的方法，對多熱源環(huán)狀管網(wǎng)在基本工況下的可及性進行分析判定并對不滿足要求的管徑進行調(diào)整。通過反復(fù)判定及調(diào)整，使管網(wǎng)各管段在調(diào)節(jié)工況下的流速不大于0.8m/s ； 第四步:對基本工況下管網(wǎng)循環(huán)水泵的調(diào)整； 對經(jīng)過了上述三步調(diào)整的管網(wǎng)，再利用前面介紹的多熱源環(huán)狀管網(wǎng)的可及性分析方法，對多熱源環(huán)狀管網(wǎng)在基本工況下的可及性進行分析判定，根據(jù)分析判定結(jié)果，可獲得多熱源環(huán)狀管網(wǎng)基本熱源在基本工況下所需提供的資用壓頭，若基本熱源在該工況下能夠提供的循環(huán)壓頭小于基本工況所需的資用壓頭，則應(yīng)更換基本熱源相應(yīng)的循環(huán)水泵，使在基本工況下，基本熱源能夠提供的循環(huán)壓頭不小于其在基本工況下所需的資用壓頭要求；第五步:對調(diào)節(jié)工況下管網(wǎng)循環(huán)水泵的調(diào)整； 在基本工況循環(huán)水泵調(diào)整完成的基礎(chǔ)上，對多熱源環(huán)狀管網(wǎng)在調(diào)節(jié)工況下的可及性進行分析判定；然后按照第四步的方法，判定并調(diào)整該工況下投入運行的各熱源的循環(huán)水泵，使在調(diào)節(jié)工況下，管網(wǎng)各運行熱源的循環(huán)水泵能夠提供的循環(huán)壓頭不小于該熱源在調(diào)節(jié)工況下所需的資用壓頭要求； 第六步:對設(shè)計工況下管網(wǎng)循環(huán)水泵的調(diào)整； 在調(diào)節(jié)工況循環(huán)水泵調(diào)整完成的基礎(chǔ)上，對多熱源環(huán)狀管網(wǎng)在設(shè)計工況下的可及性進行分析判定；然后按照第 四步的方法，判定并調(diào)整該工況下投入運行的各熱源的循環(huán)水泵，使在設(shè)計工況下，管網(wǎng)各運行熱源的循環(huán)水泵能夠提供的循環(huán)壓頭不小于該熱源在設(shè)計工況所需的資用壓頭要求。
【文檔編號】G06F17/50GK103605837SQ201310537328
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】徐文忠, 呂鯤, 張婭玲, 張永勝, 張丹 申請人:河南理工大學(xué)