1 概述

隨著供暖規(guī)模的不斷擴大，供熱系統(tǒng)能耗逐年增加

。2019年，我國建筑供暖能耗(折合標準煤)為2.3×10

t，占建筑能耗的25%左右

。集中供熱系統(tǒng)以其能提供可靠的高品質(zhì)供熱、熱效率高等優(yōu)勢，成為我國城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)的首選形式

，但部分集中供熱系統(tǒng)存在運行效率偏低、水力和熱力失調(diào)問題，用戶熱負荷波動使熱源(特別是熱電聯(lián)供機組)供熱量的調(diào)控難以符合預期。

對于不規(guī)則地貌，其表面積很難通過常規(guī)的方法來計算。目前，通常使用不規(guī)則三角網(wǎng)法提取地面和地物坐標信息，并進行擬合求解。CASS9.0軟件表面積計算是通過DTM(Digital Terrain Model，DTM)建模，在三維空間內(nèi)將高程點生成為帶坡度的三角網(wǎng)，進行后續(xù)表面積的擬合計算[9]。通過實地測得的地面特征點三維坐標(X，Y，Z)數(shù)據(jù)生成三角網(wǎng)來計算擬定設(shè)計高程下每個三角形的表面積，疊加得到指定區(qū)域的總表面積。

為了解決熱能供需不匹配問題，蓄熱技術(shù)受到了關(guān)注。目前，大部分研究關(guān)注設(shè)置在熱源處的集中蓄熱裝置。但供需不平衡的主要矛盾往往集中在于用戶一側(cè)，而且隨著熱網(wǎng)規(guī)模的擴大，集中蓄熱裝置調(diào)節(jié)的時滯性大、靈活性差的缺點更加明顯。集中式蓄熱裝置遠離用戶，本質(zhì)上相當于一個熱源，雖然可起到削峰填谷的作用，但依然存在很大的輸送延遲。

式中：A0為主閥芯下腔受力面積；A2為主閥芯上腔受力面積；m2為主閥芯當量質(zhì)量；B2為主閥芯黏性阻尼系數(shù)；K2為主閥復位彈簧剛度；y0為主閥復位彈簧預壓縮量；y為主閥芯位移；D0為主閥閥座孔直徑；g為重力加速度；α為主閥芯半錐角。

針對集中蓄熱裝置存在的問題，有專家學者提出將蓄熱罐放置在熱力站、用戶的分布式蓄熱形式。分布式蓄熱裝置時滯性小，能快速地對用戶負荷變化進行響應(yīng)，還能增加供熱可靠性，改善水力與熱力失調(diào)。因此，對分布式蓄熱罐容量和二級管網(wǎng)調(diào)節(jié)方法進行優(yōu)化顯得尤為重要。本文介紹分布式蓄熱、二級管網(wǎng)調(diào)節(jié)方法研究現(xiàn)狀，對分布式蓄熱罐容量優(yōu)化及二級管網(wǎng)調(diào)節(jié)方法改進途徑進行綜述。

2 研究現(xiàn)狀

近年來，國外對蓄熱罐的研究多集中在利用軟件及提出新的算法用于優(yōu)化、比較蓄熱罐容量。Lorgio

提出一種簡化的蓄熱罐容量優(yōu)化數(shù)學模型，并分析得到蓄熱罐的最優(yōu)容量，在最優(yōu)容量范圍內(nèi)可明顯減少調(diào)峰鍋爐的使用量，并減少污染物排放。通過經(jīng)濟分析，指出在蓄熱罐最優(yōu)容量下，可以縮短供熱系統(tǒng)投資回收期。Katufic等人

提出一種新方法計算蓄熱罐的最佳容量，最佳容量取決于熱負荷、電價、燃料價格等因素，但是需要多次計算目標函數(shù)，計算比較復雜。韓國學者提出了一種遺傳算法，不過該算法僅適用于計算集中式蓄熱罐最優(yōu)容量

。

張婷等人

針對分布式蓄熱方式，以蓄熱罐最大容量為基準，分析不同蓄熱罐容量下，熱力站購熱費用的變化。結(jié)果顯示：在熱力站設(shè)置分布式蓄熱罐，能減少熱力站的購熱費用，隨著蓄熱罐容量的增大，減少趨勢變緩。但沒有提出蓄熱罐經(jīng)濟容量，也沒有對蓄熱罐容量進行優(yōu)化。柳文潔

通過建立蓄熱罐經(jīng)濟性數(shù)學優(yōu)化模型，使用Matlab軟件比較了幾個典型方案，驗證了設(shè)置蓄熱罐的優(yōu)勢以及蓄熱罐容量對供熱系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響，并采用遺傳算法(GA)對蓄熱罐容量進行優(yōu)化。

期望進行金融改革。壟斷的存貸利息差，給銀行帶來幾乎壟斷的利潤，也養(yǎng)成了金融的傲慢。向來是錦上添花，從不雪里送炭。2013年，互聯(lián)網(wǎng)金融出現(xiàn)，大大沖擊了銀行家們。然而，互聯(lián)網(wǎng)金融帶來便利的同時，也帶來了e租寶、泛亞等騙錢的圈套，再想想2015年的股市崩盤、2016年的外匯離境，讓人不寒而栗。所以，中央把防范系統(tǒng)性金融風險放在重點工作的首位。

目前，我國有學者已經(jīng)意識到隨著供熱管網(wǎng)規(guī)模的擴大集中蓄熱的不足，而以熱力站為單位的分布式蓄熱方式距離熱用戶更近、靈活性更強，對供熱系統(tǒng)的節(jié)能作用更加明顯

。也有學者對分布式蓄熱罐的經(jīng)濟性進行了研究，結(jié)果表明：熱力站熱負荷越大、與熱源距離越遠，在熱力站設(shè)置分布式蓄熱罐的經(jīng)濟性越好

。另外，有學者提出分布式變頻泵技術(shù)解決大規(guī)模熱網(wǎng)遠端熱力站資用壓頭不足以及管網(wǎng)水力不平衡的問題，該技術(shù)在保證熱網(wǎng)安全運行方面也取得了很好的效果

。

3 分布式蓄熱罐容量的優(yōu)化

當前，國內(nèi)多采用常壓式蓄熱罐，采用從一級管網(wǎng)蓄熱向二級管網(wǎng)放熱的方式，蓄熱罐冷熱水溫差比較大，儲存相同熱量時所需蓄熱罐的有效體積比較小，可以減小占地面積和降低投資。蓄熱罐與二級管網(wǎng)的連接方式不同，存在不同的效果，確定連接方式后也需要優(yōu)化二級管網(wǎng)調(diào)節(jié)方式，減少水力失調(diào)現(xiàn)象

。

Stuhlenmiller等人

使用模擬程序TRNSYS對現(xiàn)有蓄熱罐進行建模，找到最佳的蓄熱罐容量，使總成本降至最低。Fragaki等人

利用Energy PRO軟件分析了含有蓄熱罐的熱電聯(lián)供機組的經(jīng)濟效益和最佳規(guī)模。結(jié)果表明：含有蓄熱罐的熱電聯(lián)供機組投資回收率超過不含蓄熱罐的熱電聯(lián)供機組，且可有效節(jié)約成本。Lund等人

以實際熱電廠為例，利用Energy PRO軟件確定蓄熱罐的最佳容量，最佳容量不僅與蓄熱罐成本有關(guān)，還受燃料價格、電價等的影響。

盡管老款車型在國產(chǎn)之后針對隔音降噪表現(xiàn)進行了不少改進，但新一代C級轎車在此基礎(chǔ)上進行了進一步優(yōu)化。坐進車內(nèi)，關(guān)上車門，我仿佛被關(guān)進了醫(yī)院的CT室，四周安靜得很不真實。當然，具有48伏智能電機的1.5升渦輪增壓發(fā)動機功不可沒，而48伏電氣系統(tǒng)的介入也讓不少原本需要啟動發(fā)動機的工況變?yōu)閮H需電機工作即可。配合9速自動變速箱合理的齒比，想擁有平順且靜謐的行駛體驗簡直是易如反掌。

在丹麥和法國，小型蓄熱罐廣泛應(yīng)用于供熱調(diào)峰

。北歐一些集中供熱水平較高的國家，通過設(shè)置若干個分布式蓄熱罐配合熱電廠調(diào)整供熱量

。德國有學者以經(jīng)濟指標和生態(tài)指標為目標，分析加裝蓄熱罐對供熱系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明：熱電聯(lián)供供熱系統(tǒng)配置蓄熱設(shè)備既減少了對環(huán)境的影響，也節(jié)省了能源供應(yīng)成本。與集中蓄熱裝置相比，分布式蓄熱裝置更加靈活且更加節(jié)能。并提出一種計算分布式蓄熱罐的最優(yōu)安裝位置、運行方式和容量的算法

。歐洲一些學者提出未來的供熱系統(tǒng)必須足夠靈活，以應(yīng)對用戶熱負荷變化，而熱能儲存是一種成熟有效的技術(shù)，可為供熱提供足夠的靈活性。研究顯示，集中蓄熱裝置的靈活性小于分布式蓄熱裝置

。日本學者提出將蓄熱裝置安裝在用戶端，研究發(fā)現(xiàn)，這種分布式蓄熱方式可縮短熱量調(diào)整時間，降低安裝成本，減少二氧化碳排放

。

蓄熱罐容量過小，易因罐體自身限制而不能充分發(fā)揮蓄熱技術(shù)的節(jié)能潛力。容量過大，易造成蓄熱罐空間閑置，蓄熱效率降低的同時也增加供熱系統(tǒng)的投資。籍舒然

以實際熱力站在整個供暖期的模擬熱負荷為基礎(chǔ)，計算逐日所需蓄熱量，從而確定蓄熱罐的最大容量。計算結(jié)果顯示：最大所需蓄熱量在供暖期僅出現(xiàn)數(shù)日。部分國內(nèi)企業(yè)降低白天供熱量，在保證一定室溫的前提下蓄熱，將原有室內(nèi)溫度與蓄熱工況室內(nèi)溫度產(chǎn)生的熱負荷差作為分布式蓄熱罐的蓄熱量，但這并非是對蓄熱罐容量的優(yōu)化

。

4 二級管網(wǎng)調(diào)節(jié)的改進途徑

隨著供熱系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，國外許多學者開始對熱網(wǎng)的優(yōu)化運行進行研究。Bojic等人

建立了供熱系統(tǒng)的數(shù)學模型，分析結(jié)果顯示：在合適的地方設(shè)置循環(huán)泵、閥門可以緩解供熱系統(tǒng)的冷熱不均與水力失調(diào)。Sarbu等人

、Green

建模比較調(diào)節(jié)閥、變頻泵在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)：當采用變頻泵變流量調(diào)節(jié)時，供熱系統(tǒng)的節(jié)能效果比采用調(diào)節(jié)閥時更好。Truschel

通過對變流量系統(tǒng)的研究指出，將變頻泵應(yīng)用在二級管網(wǎng)，能耗和電力成本均有大幅下降。Bahnfleth等人

通過對設(shè)置變頻泵的變流量系統(tǒng)進行數(shù)值模擬得出，二級管網(wǎng)設(shè)置變頻泵每年可節(jié)能2%～5%，節(jié)省投資4%～8%。

國內(nèi)學者也對熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)方式提出了很多新的想法并進行了研究。紀博淵

研究得出分布式供熱系統(tǒng)比傳統(tǒng)熱集中供熱系統(tǒng)能耗低，分布式供熱系統(tǒng)只有選擇合適的調(diào)節(jié)方式，才能更好地發(fā)揮節(jié)能效果。馬婉路

分析了采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的二級管網(wǎng)的水力、熱力工況。結(jié)果顯示：在有限制的條件下，閥門調(diào)節(jié)可以滿足需求，但造成了明顯的能源浪費。王紅霞等人

指出采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)方式至少要損失30%的能量，而采用用戶混水變頻泵、加壓變頻泵和主循環(huán)變頻泵相結(jié)合的方法，可節(jié)能75%。尹榮杰

通過研究發(fā)現(xiàn)，分布式變頻泵技術(shù)可以保證供熱質(zhì)量，并最大限度保證供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長設(shè)備的使用壽命。

薛林

采用TRNSYS軟件搭建居住建筑系統(tǒng)，模擬發(fā)現(xiàn)采用分布式變頻泵系統(tǒng)可以有效地降低供暖初期和末期的室內(nèi)過熱情況，提高室內(nèi)舒適度，建筑能耗有所降低。張昆

詳細闡述了分布式變頻泵系統(tǒng)的基本形式、特點、設(shè)計方法和節(jié)能效果，并針對運行控制策略進行了重點分析。對水力工況特性對比分析可知，分布式變頻泵系統(tǒng)具有更好的水力穩(wěn)定性和節(jié)能性；并對采用變頻泵變流量調(diào)節(jié)的二級管網(wǎng)水力平衡過程進行了動態(tài)仿真模擬，制定了合理有效的調(diào)節(jié)方案。

5 結(jié)論

國內(nèi)外均重視分布式蓄熱、二級管網(wǎng)調(diào)節(jié)方法的研究。采用蓄熱罐在帶來良好經(jīng)濟效益的同時，還能實現(xiàn)節(jié)能減排，蓄熱罐容量對供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性存在較大影響。對分布式蓄熱罐容量進行優(yōu)化，是提高供熱系統(tǒng)經(jīng)濟性的有效方法。在熱網(wǎng)的運行調(diào)節(jié)方面，變頻泵技術(shù)受到了廣泛關(guān)注，對變頻泵變流量調(diào)節(jié)與分布式蓄熱系統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)化研究還比較缺乏。

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