地热区域供热系统的管道网络设计——论文翻译 2.docx

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1、地热区域供热系统的管道网络设计一对一所大学校园案例研究。摘要地热区域供热系统的设计包括两部分：供热系统和管道网络设计。区域供热系统的设计和以一所大学校区为例的研究在耶尔德勒姆等著的中给出了详细介绍。在这项研窕中，管道网优化设计的基础上进行评估后，热中心位置的成本和管道网络，这是由管道材料，目标单位管道压力损失和安装类型(TP1)的共同设计参数而定，并为同一个校园案例进行了分析。关键词：地热区域供热系统管网设计热泵1、绪论地热集中供热，在某些情况下区域供冷网络的设计提供加热和/或冷却空间，从一个或多个领域。该系统开发的地热集中供热已成为全球一个直接使用的应用程序资源中增长最快的领域，占到世界地热

2、空间利用的80%多。由于多数地热资源为中低温度，并可以直接使用的资源，因而地热集中供热系统在土耳其得到广泛应用。考虑到大约40()兆瓦装机容量的20个区域供热系统，所以土耳其是世界上地热直接利用主要国家之一。供暖系统在地热区的研究大多集中在现有的评估系统的能量及火用分析，热效应的控制逻辑，经济评估系统，模型和相应的计算机模拟系统，包括模拟集中供热管网和供热系统的设计忽略了管网系统。管道网络占据了高达60%的地热采暖系统的总投资成本，因此，优化区域供热管道是提高整个系统经济性的重要途径。这项研究不同于以往的管道设计，它主要在成本和管道网络中常见的设计参数中进行优化，包括热中心位置，单位管长的压力

3、损失，管道材料和安装类型。伊兹密尔技术研究所(IZTECH)校园是2000年以来兴建的。这些建筑的数量目前已达到15栋约有50730平方米楼面面积，总的建筑热负荷约3662千瓦。一旦开发完成后，校园总热负荷将达到11207Nomenc1aturemf1uidf1owrate(kgs)Costcrannua1operationa1pumpingcost(US$)ggravitationa1acce1erationconstant(9.81ms2)Z1ptota1dynamicheadofpump(m)Pe1unitcostofe1ectricity(USS/kWh)ImOCormotoreffi

4、ciency(-)DPUmPpumpefficiency(-)千瓦。独立供暖，通风和空调系统(HVAC)应用于每个建筑群。另一方面，从1995年和2002年之间，在校园附近的地方进行了探索研究表明存在地热资源。五梯度井钻探，其中个位于Gu1bahce湾的海岸，被发现生产井冷却的温度是33C,流量和30kgs,并审议通过用于校园暖气。由于对低温地热资源，热泵区域供热系统（HPDHS）进行了研究，并与现有的锅炉校园区个别燃油锅炉供暖系统（IFBHS）和一燃料为主的燃油锅炉加热系统（FBDHS）做了对比。每个系统进行了模拟每小时室内空气温度的控制参数，各种加热形式下进行了研究各种替代品冷凝器出口温度

5、和地热流体流速。最后，经济分析表明，HPDHS比IFBHS和FBDHS更具优点。在这项研究中，校园的管网HPDHS设计优化的基础上进行评估后，热中心位置的成本和管道网络是由管材，管单位类型的长度和安装TP1共同设计参数而定。Pipe1ab2、管网设计管网设计参数包括热中心位置，TP1,管道材料，安装类型和供暖系统设计参数，如冷凝器出口温度和地热流体的流速等。该中心位置的热量是至关重要的，因为它决定了压力损失，管道长度，从而对整个系统的成本集中供热。TP1是一个管道网络中常见的设计参数。区域供热的做法是将系统比摩阻设为50-200帕/米24。如图4区域供热管网：方案4表1压力下降，管长，总抽水管

6、和热运行中心的成本地点选择(设计温度:45/35度，TP1：62.5帕/米)。A1ternative1A1ternative2A1ternative3Tota1pressuredrop(m)14317.1112Campus1ooppipeDN804136413641361ength(m)DNI63928632.17632.17DN125494.644949749497DN15030458423邱4238DN2728568942889428DN25O537625343853468DN317536374.47374.47DN35O1933400DN4003242670.4470.44DN45O39

7、2711205292Tota13479374586253519.17Gcothemu11oopDN31223pipe1ength(m)DN35O1513DN4533Pipecost(USS)Campus1oop182562.7335.725.4159.6572Gcotherma1174J)2438265D71(O131pTota1(supp1y+713.774687981532.117return)Operaboru1pumping23.44627Q8917,743cost(US$)果压力损失高，管径小而降低了投资成本，那么系统运行费用便会增加。另一方面，如果压力损失低，管径越大而使投资成本增

8、力口，那么运营成本便会下降。管径优化计算要根据TP1,水流速度，管网中的压头损失和网管投资。由于管网投资占投资总份额的很大一部分，所以管道直径的优化对整个系统的经济性能来说是很重要的。管道直径的选择对今后的运行成本也有很大的影响。管网总成本费用包括管道成本、附件装置成本以及运行过程中校园内各种泵的成本，包括地热系统循环泵和补给水泵。地热区域供热系统的管道材料已经拥有很多类型与和较高的耐用性，但成本差异很大。地热流体的质量和化学温度，包括成本，通常决定了管网材料使用的类型。碳素钢，是目前使用最广泛的热网传愉材料，特别是当流体温度超过100Co另一方面，由于流体的腐蚀作用，复合材料(FRP)的管道

9、也被广泛使用。预热绝缘管道在地热采暖中的应用十分普遍,它能最大限度地减少热量在流体传输过程中的损失。预绝缘管道包括运输流体的管道，一个绝缘层和护套材料。管道传输温度为115C流体在管道直径为1米,运输长度超过3km时，在使用预热绝缘管道是，流体温度降低月IC,因此，流体的热损失在传输过程中可以忽略不计。管道安装在地上或地下。地上的安装类型通常是使用混凝土管和滚筒来支撑。这种安装方式消除直埋的弊端，更容易维护。然而，地上设施也容易受损害和破坏。管道支持和约束，公路路口，管道排气和膨胀的规定是绝缘保护所要考虑的重要考虑因素。埋地管道系统，是管网敷设的最常见的类型，它比地上敷设更安全，遇到的风险较少

10、。对于地下管道安装有两个选择，一是直接埋到土壤，二是埋在混凝土管道中。混凝土隧道的优势，在于能提供维修空间，减轻未来的扩展和方便增加其他的隧道通道的管道路线，例如生活用水，电力电缆，电话线等，但因为成本投入较高，般首选直接埋到土壤类型的安装类型2,3,33。3、方法网络设计流程图如图1所示。供暖系统设计参数是耶尔德勒姆等著的1中提到的。表2管径，管，运行水泵各种TP1S运行成本(方案3,TP1：150帕/米TPt(1m)62.5100150Campus1oopOothcrnu11oopCampus1oopGcochemu1kpCampus1oopGcothcrma11oopPipeIength

11、()DN65DN80DNIooDN125DN150DN200DN2501223DN312231223DN0DNooDN450Pipectxt(USS)Supp1y1oop159a657106.402I36J9631M4D2134,49592348ToU1(supp1yreturn)532.117486.7304M887OpcrjDoruipumpingcost(USS)17.74320.12521.966Operationa1pumpingcost*PipecostTargetpressure1oss(Pam)图5运行水泵和管道网络的成本区供热管网的设计不仅要考虑现有建筑物，而且还要考虑未来的

12、发展规划。3.1、 热中心位置对热中心位置的几个备选方案进行了研究，并给出了三个研究的数据结果。每一个选择是由Pipe1ab软件来模拟的25,它使用图形理论来解决在设计阶段网络流量和管道热分配问题，并分析了现有的网络问题。为PiPe1ab输入所需的文件包含系统中的节点数量,它们的XYZ坐标，与管长的关系，直径和粗糙度，边界条件，所需的流量和初始段的压头。首先对管径进行假设，然后对每个管道直径进行Pipe1ab优化计算。压力成直线下降和管道的直径计算出校园网路设计温度和默认PiPe1ab对TP1的影响。根据最低管道、运行水泵的成本以及压力损失，替代品之一可被评为最佳的选择。3.2、 目标压力损失

13、Diameterofthepipe(DN)(UO*.必一JOtnSu3图6校园循环主管道的管径0.Q50.10.IS0.20.25030.350.4Pipediameter(tn)352s2I(VuoAVOOPAud为了获得最佳的热中心位置的选择，对各种TP1进行测试，以便在PiPe1ab管道直径内进行选择。区域供热的做法是设计系统压力损失为50-200帕/米24。管道直径的选择取决于管道和运行水泵的成本。运行水泵成本的计算方法是根据公式(Dor.HighpdCOStCir=nn-e1IUUUNmOtOrpumphp可以由取决于流速的Pipe1ab的系统压力损失计算出。3.3、 材料选择图7管

14、径与流体流速之间的关系3.4、管道安装考虑到其优势，管道安装首选地埋管道系统，即直接I掩埋，并与隧道掩埋进行了具体的成本的比较。隧道设施的单位建设成本与混凝土的单位造价成本分别为33.4美元/米和200美元/米34。配件的成本和工人工资被假定为管道网络的总成本的30%。4、结果4.1采暖系统设计参数到rasource()1400图8校园H/1主干线图在土耳其碳素钢和更合材料常被用于管道材料应用在地热采暖地区。对这两种管材进行的比较依赖于流体性质，温度和管道的成本。在给定的地热流体温度（Tgi）33C和冷凝器入口温度35C的系数热泵性能（COP）的系统中，各种冷凝器出口温度（40-55C）,根据流体绘制流量曲线。涉及到与制造商的产品类型和进出口温度差冷凝器。根据缔约方会议,供暖系统液体流量设计参数的冷凝器出口温度和地热流量被确定为645C和120806040200WNMUCuAPICIOE-501150200250300F1owratc(kgs)公斤/秒