小区供暖系统设计论文提纲

论文题目：分布式太阳能供暖系统热节点模型及运行特性研究

摘要：我国西北地区偏远,多采用传统的燃煤供暖方式,造成较重经济负担的同时也造成严重的环境污染问题。而西北地区太阳能资源较为丰富,若能合理高效地利用太阳能解决当地居民的冬季采暖问题,是减少供暖能耗、实现我国“碳达峰”和“碳中和”目标的重要途径。但是建筑密集型城镇受用地面积限制,难以建立集中的太阳能集热场地。若利用城镇中单体建筑的屋顶进行太阳能集热,在满足用户自身热需求后,可将多余热量汇入城镇供热管网,由管网连接各用户,实现各用户热量的消纳。由此形成分布式太阳能供暖系统,不仅解决了太阳能收集场地受限问题,还可通过集群效应协调不同用户间的热量利用差异,在提高太阳能供暖稳定性的基础上,使太阳能最大化利用。分布式太阳能供暖系统中各用户与管网之间的连接部分组成热节点。区别于传统区域供热系统中节点仅承担管网单向输配热量给用户,分布式太阳能供暖系统的单体建筑用户作为“产消者”,其取、放热的特点使用户与管网之间存在双向的热量交换,因此系统中的热节点状态会根据室外气象条件、用户供暖需求及同一热网中其余用户的情况而变化,具有随机性及不可控性,热节点也反映出太阳能逐时波动的属性。故对分布式太阳能供暖系统的热节点进行分类、研究其运行特性是分布式太阳能供暖系统设计优化的关键所在。基于此,本研究针对分布式太阳能供暖系统中管网与用户间存在的双向热量交换的特点,通过分析系统中单个用户内部设备之间以及用户与管网热量的平衡关系,提出了相应的用户系统的运行模式:模式Ⅰ自给自足模式、模式Ⅱ管网供热模式与模式Ⅲ供能运行模式,同时提出了基于热平衡的日热盈亏指标;建立了分布式太阳能供暖系统中用户热节点的数学模型以及相应的MATLAB/Simulink系统仿真模块库,可根据具体系统形式建立仿真求解模型用以求解节点;通过系统仿真研究分析了双管系统中热量从回水管到供水管DP-RS（the heat flows from the return-into supply-pipe of a double-pipe system）,双管系统中热量从供水管到供水管DP-SS（the heat flows from a supply-into supply-pipe of double-pipe system）,和单管系统SP（the heat flows in a single pipe-system）三种用户与管网不同的连接形式、不同管网供水温度以及热媒流量对用户及热节点的影响,包括太阳能有效集热量、用户热盈亏、管网温度波动等,进而得到各节点随机动态接入后系统的热力协调过程和响应特征;最后,基于热平衡理论提出了分布式太阳能供暖系统热节点类型划分依据,建立相应的分布式太阳能供暖系统热节点库,可在进行分布式太阳能供暖系统管网设计时根据实际情况调用该热节点库中的节点。通过以上研究,得到以下主要结论:（1）.建立了分布式太阳能供暖系统节点库,包括取热节点、放热节点与流通节点三大类节点。根据管网系统形式（双管/单管）、用户与管网连接形式、管道水流方向与管道温度波动的不同,具体分为五种取热节点、九种放热节点,且给出每种类型节点的节点特征、适用条件与相应的节点方程。（2）.通过建立的分布式太阳能供暖系统节点库,在给出用户侧与管网侧参数后,建立相应的仿真模型,可求解出节点的状态。放热节点对应的建筑特征为层数较低、敷设集热器面积较大的建筑如农村住宅、商场裙楼等;取热节点对应的建筑特征为层数较高、敷设集热器面积较小的建筑如小区多层住宅、办公楼等。（3）.研究得到单管系统SP连接形式下用户侧太阳能有效集热量相较于双管系统RS连接形式增加了2.3%,相较于双管系统SS连接形式减少了5.4%。产生太阳能有效集热量与盈余热量由小到大依次是:DP-SS连接、SP连接、DP-RS连接。（4）.研究了用户与节点的运行特性,随管网供水温度的提高,三种连接形式下用户的日热盈亏逐渐降低;分布式太阳能供暖系统适宜的工作条件均是供水温度不超过70℃,此时系统具有较好的运行性能。随管网热媒流量的增加,三种连接形式下SP连接的供水温度波动幅度最大,DP-SS连接最小。单管系统的温度峰值出现的时间相较双管系统提前了2小时。本文所提出的研究结论可进一步应用于不同类型的建筑用户纳入的供热管网系统,为分布式太阳能管网的设计优化奠定理论基础。

关键词：分布式太阳能供暖系统;产消者;用户热节点;Simulink;日热盈亏

学科专业：供热、供燃气、通风及空调工程

摘要

abstract

主要符号表

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 太阳能供热技术研究现状

1.2.2 分布式太阳能供暖系统的研究现状

1.2.3 太阳能供热系统及区域供热系统的仿真模拟研究

1.2.4 研究现状总结

1.3 本文主要研究内容

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

2 分布式太阳能供暖系统原理及用户侧系统数学模型

2.1 分布式太阳能供暖系统原理介绍

2.2 用户侧热平衡分析

2.3 用户侧系统数学模型

2.3.1 单体建筑用户热负荷数学模型

2.3.2 太阳能有效集热量的数学模型

2.3.3 蓄热水箱数学模型

2.3.4 板式换热器数学模型

2.4 供热管网数学模型

2.4.1 管网数学模型的矩阵描述

2.4.2 管网三大定律

2.4.3 管网水力计算数学模型

2.4.4 管道导热微分方程

2.5 评价指标选取

2.6 本章小结

3 分布式太阳能供暖系统用户热节点模型及求解方法

3.1 用户与管网连接节点数学模型

3.1.1 双管RS连接与双管SS连接的取热节点方程

3.1.2 双管RS连接的放热节点方程

3.1.3 双管SS连接的放热节点方程

3.1.4 单管连接的取、放热节点方程

3.2 系统各部分组件对应的仿真计算模块

3.2.1 太阳能集热系统仿真计算模块

3.2.2 板式换热器仿真计算模块

3.2.3 管道仿真计算模块

3.3 用户热节点模型及求解方法

3.4 本章小结

4 分布式太阳能供暖系统用户及热节点特性分析

4.1 典型建筑选取

4.1.1 建筑模型及围护结构热工参数

4.1.2 建筑用户热负荷计算

4.1.3 仿真求解参数设置

4.2 不同连接形式对用户热特性影响分析

4.2.1 太阳能集热器有效集热量

4.2.2 用户日热盈亏

4.3 管网供水温度对用户及热节点影响分析

4.4 管网热媒流量对用户及热节点影响分析

4.5 本章小结

5 分布式太阳能供暖系统用户热节点类型划分及节点库

5.1 用户热节点类型划分依据

5.2 分布式太阳能供暖系统用户热节点库

5.2.1 取热节点

5.2.2 放热节点

5.2.3 流通节点

5.3 用户侧参数对节点类型影响研究

5.3.1 太阳能集热器面积对节点类型的影响

5.3.2 建筑层数对节点类型的影响

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要研究结论

6.2 研究创新点

6.3 课题展望

参考文献

A 图表目录

B 建筑围护结构材料构成

C 分布式太阳能供暖系统节点库

D 研究生阶段学术成果

致谢