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供暖系统用户正确热负荷的求解模型哈尔滨工业大学 谢鑫 赵华摘要 针对建筑物热负荷不确定的情况，建立了供暖系统用户正确热负荷的求解模型，并通过理论分析，得出了模型的解。从而能够计算出与供暖系统用户正确热负荷相对应的供回水温度，绘制正确的调节曲线。该方法更适合于供水温度分栋调节的供热方式在用户入口调节水温时应用。关键词 供回水温度分栋可调 热负荷求解 供回水温度求解1 概述随着时间的推移，既有建筑的热工性能可能发生不可忽略的变化，原来的供暖系统就保证不了建筑物现今的用热需求，根本原因应该归结于建筑物的热负荷与系统所供应的热量不相匹配。所以有必要重新校正建筑物的热工特性，并且以它为依据来确定用户的供回水温度。此外，对于新建建筑和节能改造的建筑而言，通过计算所得到的建筑热负荷一般都不等于实际值，如果能建立一个模型，实现正确建筑热负荷的求解，上面的问题就能得到解决。图1模型流程图图1描述出欲建模型的具体求解方法，模型的求解过程，主要包括下面几个方面：(1) 整理模型需要用到的基本公式，分析这些公式之间的关系。(2) 求解模型解析公式，并且讨论公式中所包含的参数。(3) 讨论模型的实际运行方案。2 模型的建立图2模型示意图建立模型的出发点是找出一个模型，能够求解出正确的建筑物热负荷。所以，下面就先以最简单的单个房间单组散热器模型来求解热负荷，这样可以简化模型的复杂程度。从上面的模型原理示意图可以写出它满足的基本方程： 式中：设计建筑热负荷,W；正确的建筑热负荷,W；未知系数；室内设计温度, ；设计流量，t/h；水的比热,kJ/kg；设计供回水温度，；建筑物计算热工参数；散热器热工参数；散热器计算面积,m2；室内设计温度, 。可以计算出设计供水回水温度、，即是理论上要求的供回水温度。并且可以通过三个基本方程求解出供回水温度调节曲线，这样在每一个室外温度下都能够对应一组供回水温度。 按计算出来的供水温度给用户供水，能否满足用户的需求，要通过测量室内温度来进行验证。如果室内温度达不到所要求的值，我们把原因归结为的计算错误。由于散热器各类参数是一个既有的可得的资料，我们可以假设所给定值是正确的数据，下面具体讨论对建筑热负荷的修正。如前所述，已知建筑设计热负荷为，建筑供暖水流量为，温度为（在任一室外温度下的供水温度）的热水。待系统稳定以后，我们测量该房间的室温（）和回水温度（），这说明我们给用户供应的热水没有达到要求。所以模型的求解问题就归结于求解的问题，下面我们根据这个反馈参数尝试求得系数。3 模型的求解3.1 正确热负荷求解如果把正确建筑设计热负荷假设为，关系式2-1、2-2、2-3是成立的。我们可以确定，热负荷之所以错误，原因可以归结为建筑物热工特性参数的错误。当建筑水流量为，供水温度为，反馈室温为和回水温度为，假设这样的热水供应实际给用户的热量为，那么很容易得到以下关系式： 式中：系统试运行时室外温度；建筑物正确热工性能参数。如果我们求解出建筑物正确热工性能参数我们就可以得出实际建筑物的设计热负荷为： 由式2-3可以得出： 其中 所以 这样，我们就可以得到正确的热负荷： 3.2 正确的供回水温度的求解根据公式： 式中：正确的设计供水温度，；正确的设计回水温度，。可以求到任意室外温度下的供回水温度： 本模型在质调节时可以直接运用，在其他调节方式比如量调节的情况下，仅仅只在求解散热温差时时稍作改变，但是不影响该模型的使用。对量调节而言，用下面两个公式2-22、2-23替代2-17、2-18式即可求解： 求解方法与质调节下相同。3.3 关于调节由上述模型可以求出某栋建筑比较准确设计热负荷，根据设计热负荷我们就可以求得该栋建筑的设计供回水温度，进而求得任意室外温度下的供回水温度。对某一室外温度下的建筑供应相应参数的热媒，然后通过监测回水温度（或者室内温度）来判断调节曲线的正确性。如果回水温度（或室内温度）不是理论上的回水温度（或理论上的室内温度），那么就应该把所测量的回水温度和室内温度作为观测值，再次代入方程中进行修正。4 模型的完善上述的内容讨论了求解准确建筑热负荷及建筑合适的供回水温度的模型，基本思路已经比较清晰。但是，在具体的实践工程中还存在着一些细节应该注意，下面就针对这些问题加以讨论。4.1 室内温度的采集这里可以模仿热力公司的室温监测方案。那就是选定一个典型用户，分布测点测量室温，并且把这个值作为整栋楼的室内平均温度值。即使这个温度值不一定能够准确代表楼栋的室内平均温度值，但是作为指导初调节趋势的室内温度还是不存在太大问题的。具体测点的布置应该根据具体户型具体分析，尽量使所测量的温度值能够反映室内的平均温度。4.2 室温测定周期的确定室内温度的测量中，存在一个问题，那就是室内温度的测量周期如何取值。一方面要考虑建筑物的热惰性的影响，另一方面要考虑在调试测量的过程中的人力及经济方面的因素。周期过短，可能会产生由于建筑物热惰性所导致的室内温度不真实。周期过长就会给调节带来不便，所以就要分析建筑物的热特性，从而能够得出最佳的室温测定周期。4.3 室温波动范围的分析冬季最佳室内供暖温度目前被定为18，所以室内温度在调节和波动范围应该围绕这个值上下波动。在利用这个模型进行调节的过程中，温度的变化趋势可能有下面两种情况。4.3.1 初始供热条件下，当系统稳定以后，室内温度较标准温度低。利用模型的校核计算，计算出更合适的供回水温度对建筑物供热，接下来发生的是一个升温过程。4.3.2 初始供热条件下，当系统稳定以后，室内温度较标准温度高。利用模型进行校核计算，计算出更合适的供回水温度对建筑物供热，供热过程则为一个先降温后升温的过程。4.3.3 在升温过程中按照比较差的温度条件，最初室内温度值可取16，这种情况下温度波动值应该为1618。在降温过程中初始室内温度值可取22，调节过程中的室内温度波动值为2218。4.3.4 室温测定周期的确定上面的分析表明温度的变化有两过程，一个是升温过程，另一个是降温过程，下面分别就这两种过程分析其各自可能需要的时间。5 可供参考的数据和文献5.1 变室温供暖热过程分析及其简化计算方法1哈尔滨工业大学建筑热能系赵华老师硕士论文1，本文在分析了变室温供暖热过程基本特征的基础上建立了解析的描述任意变工况房间整体热平衡的简化数学模型。分析了在间歇供暖期间室内温度的变化情况，通过理论分析和计算绘制出了几个周期的室内温度随时间的变化曲线，并且给出了哈尔滨建筑工学院王东光所提供的实验结果进行比较。下面这条曲线是三阶段办公楼式间歇供暖系统的室内温度在24小时之内变化的实验曲线：图2-4 室内温度变化曲线从上图可以看出，系统升温过程显然要较降温过程要短。所以，在模型的实际操作当中，升温过程的情况相对而言比较简易。5.2 实验数据哈尔滨工业大学建筑热能工程系实验中心张彬老师在供暖期内于北京和长春进行了建筑实际降温过程的室温变化测试，并且整理出了实验曲线。从实验数据中，可以整理出建筑物在停止供暖后室内温度在一定范围内变化的时间，从而可以分析在实际的调节模型操作中的调节周期。图2-5，2-6给出了两个参考房间的室温变化曲线，当时测定的房间有8个，下面给出各个房间温度由16升温到18所需的时间（单位：小时）：表2-1 各个房间温度变化所需时间房间619616615611421424522523时间20208814161213图2-5 619房间室内温度变化曲线图2-6 421房间室内温度变化曲线5.3 事故工况下建筑物室内温度下降规律的研究哈尔滨工业大学热能工程系赵奇峰硕士论文2，本文通过实验和计算的方法得出我国北方主要城市的不同类型建筑在冬季供暖计算温度条件下的允许停止供热时间，其中给出了不同建筑物在停止供暖时的室内温度变化曲线。在实际调节过程中，加入系统供给建筑的热量使特征房间的室内温度低于18度，假设为16度。那么，就需要调节供水温度来满足用户的需求。调整完供水温度后，温度取样时间应该设定到20个小时左右。根据张彬老师的实验数据，这个时间应该足够使得室温从16度上升为18度了。针对不同的建筑物有可能这个周期不相同，具体情况根据实际测定数据的波动情况可以很简单得判断，可以取半小时到一小时之间的室温波动值来确定。5.4 系统设计流量的确定对于不同的系统而言，要在满足用户热力工况的前提之下，我们还得考虑到系统的水力工况。设计流量的确定要考虑下面几个方面的因素，一是系统的水力失调，建筑内供暖系统的形式要求大流量小温差的供暖系统用来减小水力失调。二是散热器的散热特性的约束。参考哈尔滨工业大学热能工程系刘丽旺硕士论文3，所讨论的系统最佳供回水温差为1015，可以作为确定设计流量的参考。6 结论本文介绍了建筑物正确热负荷的近似求解模型，从最基本的热平衡方程式出发，导出了求解建筑正确热负荷的理论公式，并且结合实例探讨了该模型的实施方案。最后分析了模型的相关细节问题，进一步完善了模型。参考文献1 赵华. 变室温供暖热过程分析及其简化计算方法D. 哈尔滨工业大学硕士论文.1987: 7678 2 赵奇峰. 事故工况下建筑物室内温度下降规律的研究D. 哈尔滨工