一种集中供暖热力管道保温厚度的优化方法与流程

本发明涉及供暖系统技术领域，尤其涉及一种集中供暖热力管道保温厚度的优化方法。

背景技术：

目前，在集中供热系统中，对热力管道最优保温厚度的研究基于集中供热系统的年总费用，包括管道保温的年投资费用和管道的年热损失费用。这些研究在计算管道年热损失费用时采用度日法计算架空在地上的单管管道的热损失，进而计算管道的年热损失费用，在寻求最优的管道保温厚度(最小的年总费用)时，采用比较法比较最终的优化结果以寻求最小值，目前对集中供暖系统热力管道保温厚度的研究还只是停留在经验值的范围之内。但是生活中供暖的管道更多的是直埋于地下的双管道(供水管和回水管)，基于外部气温的度日法不能用于计算埋地管道的热损失。相反，地面温度应该用于这种计算。此外，用于计算埋地热力管道的热损失的方法不同于用于计算地上热力管道的热损失的方法。因此采用度日法在计算过程中没有考虑供回水温度、土壤温度和相邻管道间的相互作用。

供水和回水温度始终被视为恒定参数，这些参数的设计值用于计算热力管道的热损失，然而这些参数根据热需求，运行策略，加热设备等而变化，埋入的热力管道的热损失应基于运行供水和回水温度而不是设计值来计算。在寻求最优的管道保温厚度(最小的年总费用)时，采用比较法既不准确，效率又低；另外当我们要针对某一个区域来确定保温厚度时，无法得出最优的结果，而且随着经济社会的发展，经验数据也逐渐不精确。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种集中供暖热力管道保温厚度的优化方法，该方法可以克服以往研究只能用于架空地上的单管而不能用于直埋地下双管的缺点，优化集中供热系统直埋管的保温厚度，寻求经济保温厚度，从而使供热系统的年运行费用最小。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种集中供暖热力管道保温厚度的优化方法，所述方法包括：

步骤1、根据标准气象年的室外温度获取供暖季每个月份的室外日干球温度，并根据供暖季的需要分别计算出每个小时的供水温度、回水温度和土壤温度；

步骤2、将供回水温度与土壤温度的温度差求和获得供暖季的管道热损失费用，再采用等效年值法获得管道年保温费用，然后将所述管道热损失费用和所述管道年保温费用相加获得集中供暖系统的年总运行费用ca；

步骤3、将年总运行费用ca对保温材料厚度δin进行求导，得到目标函数；

步骤4、在matlab中对所述目标函数分别利用零点定理和fsolve函数进行求解，得到保温材料厚度δin的最优值和最小的年总运行费用ca。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法可以克服以往研究只能用于架空地上的单管而不能用于直埋地下双管的缺点，优化集中供热系统直埋管的保温厚度，寻求经济保温厚度，从而使供热系统的年运行费用最小。

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集中供暖热力管道保温厚度的优化方法流程示意图；

图2为本发明实施例所使用的集中供暖管道的示意图。

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集中供暖热力管道保温厚度的优化方法流程示意图，所述方法包括：

步骤1、根据标准气象年的室外温度获取供暖季每个月份的室外日干球温度，并根据供暖季的需要分别计算出每个小时的供水温度、回水温度和土壤温度；

步骤2、将供回水温度与土壤温度的温度差求和获得供暖季的管道热损失费用，再采用等效年值法获得管道年保温费用，然后将所述管道热损失费用和所述管道年保温费用相加获得集中供暖系统的年总运行费用ca；

在该步骤中，如图2所示为本发明实施例所使用的集中供暖管道的示意图，参考图2，所述年总运行费用ca计算公式为：

其中，cins代表每立方米保温材料的价格；y代表资本回收系数；dp代表无保温材料时管道的外径；δin代表保温材料厚度；cr代表热价；λin，λs分别代表保温材料的导热系数和土壤的导热系数；tui，tri，tsi分别代表每小时的供水温度，回水温度和土壤温度；n代表一个供暖季的运行小时数；h代表管子距离地面的埋设深度；e代表供水管与回水管中心线之间的距离。

步骤3、将年总运行费用ca对保温材料厚度δin进行求导，得到目标函数；

这里，所得到的目标函数表示为：

理论上数值越接近于0代表该预测模型总体误差越小，模型越精确；反之模型越差。

步骤4、在matlab中对所述目标函数分别利用零点定理和fsolve函数进行求解，得到保温材料厚度δin的最优值和最小的年总运行费用ca。

该步骤中，在matlab中对所述目标函数分别利用零点定理和fsolve函数进行求解的过程具体为：

首先基于零点定理和fsolve函数对保温材料厚度δin的寻优范围[xmin,xmax]以及间隔δx进行设置；例如，本实施中可以设置寻优范围[xmin,xmax]为[0,0.5]，间隔δx为0.0005；

再令x1＝xmin,x2＝xmin+δx，利用零点定理初步寻求最优保温材料厚度δin的模糊解，若满足零点定理将x1存于数组x3中；

若不满足，且x2<xmax，则令x1＝x1+δx，x2＝x2+δx，再重复进行上述求解操作；

然后采用fsolve函数求取数组x3中的精确解，获得保温材料厚度δin的最优值和最小的年总运行费用ca，结束运算。

上述方法在计算过程中考虑了土壤温度，供水、回水温度，在计算管道总热阻时考虑了供回水管之间的相互作用(附加热阻)，且在计算过程中考虑了三个不同城市、三种不同保温材料、四种不同运行策略和三种不同热源的对计算结果的影响，从而可以克服以往研究只能用于架空地上的单管而不能用于直埋地下双管的缺点，优化集中供热系统直埋管的保温厚度，寻求经济保温厚度，使供热系统的年运行费用最小。

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。