区域热网中能量和（火用）损失的评估

区域热网中能量和（火用）损失的评估摘要：这篇论文，是对区域热量系统的热量分布中形成的热量和（火用）的损失进行评估。基于这个目的，能量方程和（火用）损失被辨别，并且应用它们，一个有11988米长的热网管道，直径在65-250mm的区域热网可以被分析。发现（火用）损失产生在热量分布中，这份损失占系统总（火用）的16%，并且热水温度的提升和降低都是影响（火用）损失的重要因素。关键词：能量损失；（火用）损失，区域热网1.引言随着工业的发展，城市化进程也在不断的加快，出现了满足人类需要的方法，来自于一个中心除了社会服务,像供水、污水管道系统，公共交通和区域供热系统。1877年，第一个区域热力系统在Lockport建成。自此以后开始在欧洲的其他国家迅速发展。在20世纪初，区域热力系统在德国，丹麦，荷兰，比利时，快速发展，尤其是在瑞典和俄国。比如，在莫斯科区域热力网的网络管道大约有600km。作为区域供热和制冷系统，在当时的经济水平需要消耗大量的燃料来提供建筑内的热量，冷量和生活热水。这些系统在业界引起了广泛的关注。命名CC 圆周通道长度(m)DT 绝缘管道直径(m)Ex （火用）(kJ)kc 通道材料的导热系数(W/mK)ki 绝缘材料的导热系数(W/mK)ks 土壤的导热系数(W/mK)L 管道的长度(m)Pr 普朗特数Qc 供热消费者(kJ)Qi 通过加热设备传递到水的热量(kJ)QLoss 在热网管道的热损失(kJ)Ra 瑞利数Rb 管道孔的热阻(mK/W)Rc 管道的热阻 (mK/W)Ri 绝缘材料的热阻(mK/W)ri 绝缘管道的 (m)rp 绝缘管道 (m)Rs 土壤的热阻 (mK/W)Ta 室外日平均温度 (K)tc 管道的厚度(m)Tc;r 消费者回水温度 (K)Tc;s 消费者供水温度 (K)Tr t 回水温度 (K)Ts 供水温度 (K)Wp 循环水泵所做的功(KJ)区域供热非常重要不仅仅因为能源的使用更有效率，并且由于这种燃料提供的能量比其他的方式更有规律，充足，更便宜。在区域供热系统中，在工厂中产生热量传递到广大的消费区域。这样，它提供一个地区许多建筑物的热量，和来自一个中心的热水。区域供热系统通过用第一级管网从加热设备中传递，通过变电站，到第二级管网的热量最终到达末端的热用户。在这个系统中，能量和（火用）的损失在分布的管道中形成，这归于长距离的传输热量，能量和（火用）的损失因为大大的影响供热系统经济的优势。因此，管道中的热损失应该被减少到最低水平。通过Poredos and Kitonovski完成的研究计算得，在管道中热损失为8%-10%。能源和（火用）分析，表明在最近进行的能源效率发生在进程，能量和（火用）损失增加。能量和（火用）损失可以解释成主要燃料消耗的增加，能量分析是基于关于能量守恒的热力学第一定律，（火用）分析是基于热力学第二定律。许多研究人员提出，一个过程的热力学性能是最佳的（火用）分析评价。从热力学角度来看，（火用）被定义成：当系统由任意状态可逆转变到与环境状态相平衡时，能最大限度转换为功的那部分能量。不想能量，（火用）不符合守恒定律（除了理想状态，或者可逆过程）。当然，（火用）的消耗和损失，是由于在任何实际过程中的不可逆状态。一个过程（火用）的消耗与过程的不可逆性产生熵成正比。（火用）分析的方法是用质量守恒和能量守恒并结合热力学定律进行分析，并对能量和系统的进行设计和改善。（火用）方法是继续推进更有效的能源，资源利用的有用工具，因为它能随地点，类型和浪费和损失真实大小来确定。在这项研究中，对Ataturk校园的热力网中对能量和（火用）损失进行分析。在大学中，通过区域供热产生热提供建筑的供热和生活用水。Ataturk大学在埃尔祖鲁姆，是处于土耳其的一个城市。一个季节，将近10000吨的燃料油在供热系统中被消耗掉。因为管网接近于12km，被认为是非常长的，在供热网路系统中能量和（火用）损失是相当可观的。2.系统的描述与分析该系统由一个分支管道网路分布组成，热量从加热设备到消费用户，这样一个系统必不可少的元素是管道，它是能量运输的通道，也是热量损失的来源。另一个系统重要的组成部分是换热站,是热量从高温传到低温度的媒介,导致热量的量减少。在分析中，管网是直径为65-250mm的绝缘管道，管网的总长度是11988m。主要管网的平均压力(Ts =4175, Tr =4110),是15bar,而在第二级网路(Tc;s =485 , Tc;r =465 ),压力依赖于大气压力。在换热站中从第一级网路到第二级网路热量是通过壳管式热交换器。2.1 能量平衡根据图表1，供给热用户的热量时：.Qi+.WP=.Qloss+.Qc (1)这里Qi表示通过加热设备传递到水的热量，WP是管道中的热水通过循环泵所做的功；Qc是为热用户提供的热量，Qloss表示在官网中的热损失。在地下的管道（图表1）。下面，热损失在一两个管道在一定的时间形成的瞬间通道利用该模型表示在图表1.根据这个模型，管道每单位长度所产生的热损失可以表示为：.Qloss=2Tw-TaRi+Rb+Rc+Rs (2)表1 方程（2）用到的热阻管道的温度可认为是Ts和Tr的算术平均值，Tw=(Ts+Tr)/2。Ta是外部日平均温度，R是各种类型的热阻（在表格1中）。在管道分析中常用平均厚度为8mm的玻璃棉（ki=0.65w/mk），通道是由石头和混凝土混合制成的，通道周长CC，通道厚度tc,热导率kc可作为5m,10cm时分别使用，为2.5W/mK。热导率ks因为土壤带着水分所以为0.91W/mK。2.2（火用）平衡（火用）平衡可以用图表1描写Ex，i + Ex，w + Ex，lossA +Ex，lossB + Ex，lossC + Ex，C （3）其中Ex，i是热水的（火用），Ex，w是水泵所消耗的电能（Ex，w=Wp）， Ex，C是提供给热用户的（火用），（火用）损失，Ex，lossA ，Ex，lossB ， Ex，lossC，解释如下：2.21.由热损失Ex，lossA形成的（火用）损失通过管道在传递热水过程中的热损失引起（火用）损失，由已知的方程Ex，lossA可以被定义为：Ex，lossA=（1-T0Tw ）Qloss2.2.2由于热水传递引起的（火用）损失热量用特定焓值的热水从换热设备到热用户，电动抽水机过去常常被用来提供一定流量的水，电能代表纯（火用），这（火用）常常被用来克服流动阻力在供热管网的流动阻力。在一定温度下的热量（火用）远远低于做功的（火用），因此，（火用）损失是 ：Ex，lossB=Wp-（1-T0Tw ）Wp=T0Tw Wp (5)2.2.3在换热器中热量传递的（火用）损失Ex，lossC热量在换热器中的传递是不可逆过程，因此有（火用）损失。总（火用）损失包括由不可逆传热引起的损失和由于摩擦引起的损失两种。依据Kotas的发现，由于流体流动的摩擦引起的（火用）是很小的，所以热量传递过程中产生的（火用）损失：Ex，lossC=T0Q c（1Tw-1Tcw） (6)在换热器流动的水的温度会发生变化，方程（6）是一个微分形式。在换热器中的（火用）损失的计算可用积分的形式进行，两种流体的温度（Tw和Tc,w=（Tc,s+Tc,r）/2）用热力学平均温度来确定。Tm=QcSQ=QcTiT0dQT (7)3.结果与讨论在管道内的能量损失,对热量在供热系统中从加热设备到换热器的分配是非常重要的。用室外平均温度管道的热损失进行计算，管网的年耗热量如表2所示。由网路引起的热损失Qloss大概是由热电厂提供热量Qi的8.62%保温材料厚度是减少管道热量损失的最有效因素，随着保温材料厚度的增加热损失减少，一个增至20厘米厚度的保温层会导致热量损失有一个大幅度的减少。由保温层厚度的引起的热损失的变化如图表2所示。如果用一个绝缘厚度为20厘米的管道来代替8厘米的管道，这样会减少25%的热量损失。而且管道周长也可以减少热量损失，尽管它是非常小的。供回水温度分别是140-180和105-135，因此这篇论文已经将此考虑在分析在内，由于在热水区域管道，换热器和热水循环网路的（火用）损失，热水的供回水温度会发生变化。在图表3,中，可以看出由于供回水温度的变化引起区域管道内热水（火用）损失的变化，（火用）损失随着Ts 的增加而增加，而随着Ts 的增加而减少。当我们看到图表3时，（火用）损失对供水温度有较强的依赖性而不是对回水温度，这就是一个例子。由热水传输引起的（火用）损失Ex，lossB如图表4所示，提供给系统驱动循环泵的热能，始终要求提供一定量的热能,提供质量流量变化的水,因此,提供一定量的电能。图表4表明，在供回热水之间较低的温度（火用）损失比较大。图表5表明，在换热器中热量传递时形成的热损失也是很大的，Ts增加10会引起1.6%的（火用）损失。此外，（火用）损失随着Tr的增大而增加，最后提供给热用户，在换热器中的（火用）损失大约是50%。提供给消费者的热也提供一定数量的(火用),可以使用(3)式计算。如果总(火用)损失减少到燃料(火用)的量,可以从图表6中的曲线较好的获得。最大的一个评价因素几乎达到了16%,这意味着在这种情况下,在传输和热量分配过程中，燃料（火用）有16%的损失。4.结论这篇沦文，对在区域供热管网系统产生的能量和(火用)损失进行了研究；关于供回水的温度。分析热能到热用户的传输过程中产生的(火用)损失表明该损失很大,并且主要依赖于高温水。总