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大气压等离子体在处理废气方面的应用与研究
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供热管网的建模分析及水力平衡调节（可复制论文）.pdf89页
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供热管网的建模分析及水力平衡调节
供热管网是一个复杂的流体网络系统，它的运行工况受多方面的影
响。对供热管网水力工况进行建模计算是对供热管网运行状况进行分析以
及对其进行优化计算的基础。随着城市建设规模的扩大和热用户的不断增
多，我国政府已经越来越重视供热管网的优化规划及改造工作。进行城市
集中供热管网的优化研究，不但对节约投资有着重要的意义，而且是实现
供热安全可靠，改善供热水平的重要环节。水力失调是供热管网普遍存在
的现象，如何克服水力失调，实现供热管网的水力平衡，改善供热质量，
是供热行业所面I临的问题。基于此，本文主要研究了以下几方面的问题。
本文首先利用流体网络及网络图论的有关定理定律，建立供热管网水
力工况的数学模型，对供热管网进行流体网络分析。通过供热管网水力工
况的数学模型，分析和计算管网系统中流量、压力等参数的变化规律。然
后分析了供热管网设计优化的数学模型，建立了年折算费用的目标函数，
不仅考虑了管网的建设费用，还考虑了每年运行消耗的电费以及热损失的
费用，除了将各个管段的管径作为决策变量还将循环水泵的扬程作为决策
变量考虑到优化当中，使优化结果更接近工程实际。在水力约束条件下，
本文利用粒子群优化算法和模拟退火算法分别进行了供热管网的优化设
计的计算，并提出了对粒子群算法的改进，利用分层思想解决供热管网多
目标设计优化问题。本文编制了MATL心程序，对算例进行了计算，首
北京化工大学硕士学位
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从各方面分析南方供暖需求现状及技术
提要：地源热泵是利用地球所储藏的能资源作为冷热源进行能量转换的能源技术，如土壤源热泵、地表水源热泵、地下水源热泵、污水源热泵等。除了地源热泵，在南方解决供热的能源问题，还可以利用工业废热、太阳能即热式供暖等新能源。　　引言 　　2012年年末，在两会上全国政协委员张晓梅提出，传统的秦岭-淮河供暖线已经过时，南方冬季的阴冷天气远比北方难熬，而且近年来南方地区屡遭“冷冬”，在2012年12月中旬，上海、杭州、南昌、长沙、重庆等南方城市纷纷降雪，降雪范围比北方还要大，气温再创新低。南方寒潮再次引发了一些市民对于集中供暖的呼吁。南方供暖是关乎民生之大计。但是传统采暖习惯造成的南方区域没有集中供暖管网系统，环境污染，资源浪费，以及南方寒冷期较短且居住分散都造成集中采暖的困难，给南方区域的集中供暖问题带来了很多的障碍和阻力。那么，怎么才能最大限度兼顾供暖需求和可实施性，让南方居民在享受温暖冬季的同时，还享受低碳环保、经济舒适的生活呢?针对此问题本文进行了调研，分析南方供暖的技术路线和难题，提出解决方案。 　　1南方供暖的现状及需求 　　1.1南方供暖的现状 　　本文通过实地调研和网络调研两种方式，了解百姓对于南方供暖的现状及需求。 　　1.1.1实地调研以重庆主城区为例，进行调研，通过发放调查问卷，收回有效问卷210份，其中86%的人冬天采用采暖措施，其中常用的采暖措施有家用式、小型电暖。同时，从供暖时间上看，南方地区的供暖时间一般为12月、1月和2月，而北方的供暖时期为11月-3月，长达五个月。南方地区每天的供暖时间一般为3-4小时，与北方相比，时间较短。 　　从上述中，可以看出主要的供暖方式所用能源为电能，即81%的用户在采用电能。假设家用空调采用的是1.5级，每小时消耗1.2度电，其他加热设备平均每小时消耗1.5度，根据供暖天数和供暖小时，确定南方地区冬季供暖共需3.5×106度·h。采用电能供暖不仅仅能耗逐渐增大，对于环境也造成了一定的破坏，所以南方供暖问题迫切需要解决。 　　1.1.2网络调查 　　通过“问卷星”软件调研，在网上发放问卷，通过对IP地址和回答问卷的时间来筛选，确定收回有效问卷为56份，图3看出网络调研数据来源广泛，涉及中国各大省份。全国范围内来看，其中66%的人支持南方供暖。在能力足够的情况下，选择中央空调集中供暖达到100%，44%的人在能力足够的情况下仍会选择空调，与现场调研结果相近，所以要解决空调系统所产生的能耗是关键问题。 　　样本IP地址归属地分布图 　　民众对南方供暖的支持率分布图 　　1.2南方供暖的需求 　　1.2.1气候的需求 　　上世纪50年代，周恩来总理亲自主导以秦岭、淮河为界，划定北方为集中供暖区，南方不集中供暖，此即为南北供暖线。划定理由是秦岭在冬季可以阻挡西伯利亚冷空气入侵，而且当时能源短缺。所以划定年日均气温稳定低于或等于5℃的日数大于或等于90天被界定为集中供暖的地区，其他地区则不供暖。 　　南北供暖线，是资源匮乏的计划经济时代的产物，这种用南北分界线一刀切来决定是否集中供暖的做法已经十分不合理。近年很多南方城市，冬季日平均最低气温低于6℃的天数都在90天左右，甚至超过了100天。随着全球气候变化，厄尔尼诺等现象导致极端气候频现，冰雪南移，南方城市供暖需求越来越迫切。 　　1.2.2生理的需求 　　美国心理学家马斯洛将人的需求划为5个层次，分别是：生理的需求，安全的需求，社交的需求，受尊重的需求，自我价值实现的需求。 　　在这五层需求中，生理需求和安全需求同属于基本需求。在基本需求的定义中，有两条：缺少它会引起疾病，有了它能免于疾病。很明显，保持建筑舒适温暖是基本需求中必不可少的一项，温度对于人的健康有着显著的影响。 　　图8温度对健康的影响图 　　冬季供暖不仅是求舒适，更是求健康，求生存之必需。 　　1.2.3民众的需求 　　通过调研，我们看出，90%的南方居民都赞成冬季供暖，使用家用式空调的居民中47%的人认为这种方式不舒适。民以食为天，国以民为本，我们要满足居民的需求。国家应该加大力度，尽快提出解决南方供暖的有效措施。 　　2南方供暖的核心技术及难题 　　2.1市政热力管网集中供暖 　　南方冬季需要供暖已是不争的事实。但供暖并不等同于集中供暖。首先，从能耗上来看，清华大学江亿教授的课题组完成了“中国建筑节能的技术路线图研究”，研究结果为中国建筑总能耗画了一条“红线”：不能逾越10亿吨标准煤。而2012年，中国建筑用能总量已超7亿吨标准煤，我国南方地区城镇需要供暖的住宅约70亿平米，如果全采用集中供热，与目前比较，每年能耗要增加5000万吨标煤。这将让目前的紧缺的能源更加不堪重负。同时南方建筑不同于北方的建筑，其外围护结构不同，南方的围护结构不利于的特性，将带来更大的能耗。其次，从经济角度来看，南方城镇在早期时并未考虑集中供热时管道的敷设问题，而且南方城市现在发展已成规模，如果采用集中供热，管道敷设、房屋改造等问题设将会带来巨大的财政负担和不便。另外，南方供暖周期短，若照搬北方集中供热的方式，将造成设备的大量长时间的闲置。因此，本文认为市政热力管网集中供热的方式不适合南方建筑。 　　2.2小区集中供暖方式 　　小区集中供暖也属于集中供热的方式之一，但由于小区集中供暖不需要采用大规模的集中热源，可应用许多新型能源，且管网的敷设相对简单。在南方要推广小区集中供暖的核心问题是能源，而南方的能源结构以天然气和电力为主，许多城市禁止使用燃煤。小区集中供暖早已在南方多个城市试用，如武汉2006年启动“冬暖夏凉”工程，此工程热源来源主要有两种，一是利用热电厂发电余热供暖，二是利用天然气集中供暖。由于武汉市三环线内设有“禁燃区”，发电厂只用天然气等清洁能源发电，目前“冬暖夏凉”工程基本是热电厂利用天然气发电产生的余热供暖，若天然气紧张，集中供暖就很难实现。而国内天然气严重不足，2012年天然气产能达到1056亿立方米，但进口了442亿立方米，对外依存度接近30%。由此可见，小区集中供暖若以天然气为能源其可行性似乎并不太高。 　　地源热泵是利用地球所储藏的能资源作为冷热源进行能量转换的能源技术，如土壤源热泵、地表水源热泵、地下水源热泵、污水源热泵等。不仅可以在夏季供冷，冬季供暖，还可以提供生活热水，且其还具有节能环保等优点。近几年来在南方发展迅猛，对于规模不大的小区，应积极采用适宜的热泵技术实行南方地区的供暖。由于热泵也存在一系列问题，因而在利用热泵技术为小区供暖时，在中应考虑现已出现的一些问题，保证系统有效的运行。 　　除了地源热泵，在南方解决供热的能源问题，还可以利用工业废热、即热式供暖等新能源。开发利用新能源是实现南方小区集中供暖核心技术，也是任重道远的。&延伸阅读
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