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供暖空调管网流体输配与换热特性的研究

孙多斌  
【摘要】: 随着暖通空调系统规模的不断增大,供暖空调水系统也愈加复杂。而空调能耗也随着空调规模的增大而不断增加。空调系统的能量消耗一般占整个建筑物总耗电量的30~50%以上。2005年实施的新的《公共建筑节能设计标准》对空调节能设计提出了更高要求,本文对空调管网系统特性的研究将有利于降低空调系统的能耗。同时掌握空调管网系统性能的变化规律,有利于管网调节及运行管理。 目前,研究者对用户侧水系统的整体特性研究不够,而且缺少对水系统整体特性的模拟分析。特别是在部分负荷条件下,缺乏对水系统阻力变化规律及水力工况的系统性研究。所以,本课题针对供暖空调输配管网水系统整体特性进行模拟研究,具有一定的实用价值。 本文采用理论分析、计算机模拟和实验验证相结合的方法进行研究。 首先,描述水系统中主要元件的特性方程,引入管网稳态流动数学模型,利用构造的实值函数,推导出流量的迭代公式,并给出满足给定精度条件下的计算过程。同时结合换热方程及热平衡方程,建立管网水系统非稳态流动数学模型和流体换热耦合平衡方程。 其次在拓扑结构及压头不变条件下,参照电网络有关概念给出空调管网微分灵敏度的概念,即管网元件的微小变化对整个管网性能的影响,并用管网增量法推导出空调管网微分灵敏度的数学模型,求得原管网的数值解后进行管网灵敏度分析。 第三,对构造的实值函数进行扩展,用线形逼近法求出元件参数变化对整个管网的变化的影响,即推导出大变化灵敏度理论,并验证该理论的正确性。 第四,引入模糊数学原理,能够处理存在于参数选取过程中的主观因素和模糊现象,在保持网络结构不变的情况下,将网络图论的常规算法适当扩展,即可求得管网的模糊最小树,对空调系统管路阻抗最小或铺设管长最短,以及投资和运行费用最省等组合最优问题提供了又一决策方法; 最后,利用实验室土壤源热泵水系统实验台,在系统用户变负荷情况下,对水系统进行了实验测试分析与模拟结果验证。 通过以上研究,确定管网调节优化方程,使动力源功耗最小,管路阻力最低,达到节能目的。本文对管网水系统输配特性的研究结果,为系统调节与监测提供了理论依据。对实际工程的设计与改造具有指导意义。


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