基于Eco indicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Eco indicator‑99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法，包括：获取每小时的供水温度、回水温度与土壤温度，根据供水温度及回水温度与土壤温度的差值，并结合供水管与回水管中心线之间的距离计算供暖季燃料的年环境影响值；采用等效年值法结合无保温材料时管道的外径与保温材料厚度，计算管道保温的年环境影响值；将供暖季燃料的年环境影响值与管道保温的年环境影响值相加得出集中供暖系统的年总环境影响值；利用fsolve函数对集中供暖系统的年总环境影响值中的保温材料厚度进行优化，得到集中供暖系统一个供暖季最小年总环境影响值下的最优保温材料厚度。通过上述方法可以减少环境污染。

Thickness optimization method of thermal insulation material for directly buried central heating pipeline based on Eco indicator-99

【技术实现步骤摘要】
基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法
本专利技术涉及供热工程领域，尤其涉及一种基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法。
技术介绍
目前，在集中供暖系统中，对热力管道最优保温厚度的研究主要从经济角度考虑。然而，环境污染与全球变暖的趋势不断加重，仅从经济角度分析管道最优保温厚度是不够的。有少部分国外研究从环境的角度分析供暖管道的最优保温厚度，但是这仅有的研究也是基于供暖系统的架空单管、度日法和系统设计参数分析的。然而，实际生活中的供暖管道更多的是直埋于地下的双管道(供水管和回水管)，用于计算直埋热力管道热损失的方法不同于计算地上架空热力管道的热损失的方法。所以基于室外气温的度日法不能用于计算埋地管道的热损失。而且土壤的温度在计算散热损失时也没有考虑。供回水温度也是随着热量需求，运行策略和设备不断变化的。在计算时应采用运行过程中变化的供回水温度。此外，采用度日法在计算管道散热损失过程中只是计算了单管道，因而相邻管道间温度的相互作用被忽略。据全球统计年鉴统计，2017年中国的二氧化碳排放量达9232.6百万吨，占全球排放总量的27.6％，是全球二氧化碳排放量最多的国家。在中国，2016年的建筑能耗达到了990.6亿吨标准煤，占能源消耗总量的20％。在中国北方供暖地区，2016年供暖能耗达1.91亿tce，占建筑能耗的21％。因此，更多的研究应该从环境角度分析集中供暖直埋管的最优保温厚度以减少环境污染。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法，可以减少环境污染。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法，包括：获取每小时的供水温度、回水温度与土壤温度，根据供水温度及回水温度与土壤温度的差值，并结合供水管与回水管中心线之间的距离计算供暖季燃料的年环境影响值；采用等效年值法结合无保温材料时管道的外径与保温材料厚度，计算管道保温的年环境影响值；将供暖季燃料的年环境影响值与管道保温的年环境影响值相加得出集中供暖系统的年总环境影响值；利用fsolve函数对集中供暖系统的年总环境影响值中的保温材料厚度进行优化，得到集中供暖系统一个供暖季最小年总环境影响值下的最优保温材料厚度。集中供暖系统一个供暖季的年总环境影响包含管道保温年环境影响和燃料燃烧的年环境影响。随着保温材料厚度的增加，管道保温材料产生的年环境影响近乎线性增加。相反，管道的散热损失逐渐减少，即燃料燃烧产生的年环境影响逐渐减少。因此，必然存在一个最小的年总环境影响值。本专利技术所提供的是一种基于减少环境污染的管道保温材料厚度优化方法。当集中供暖系统采用最优保温材料厚度时，集中供暖系统一个供暖季的年总环境影响最小。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，可以得到最优的保温材料厚度和最小的年总环境影响，有效减少环境污染。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的集中供暖直埋管道示意图；图3为本专利技术实施例提供的利用fsolve函数优化保温材料厚度的流程图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。Ecoindicator-99是一种面向损害的生命周期影响评估方法，用于计算各种产品排放对三类(即人类健康，生态系统质量和资源)造成的损害。加权因子用于表示每个类别的重要性(即40％用于人类健康，40％用于生态系统，20％用于资源)。最后，将三个类别(即人类健康，生态系统和资源)合并为一个分数。因此，Ecoindicator-99是评估产品环境性能的实用方法。本专利技术实施例提供一种基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法，分别计算了直埋于地下的供水管和回水管的热损失，在计算过程中考虑了土壤温度和实际的供回水温度。在计算管道总热阻时考虑了供回水管之间的相互作用(附加热阻)。采用Ecoindicator-99方法分别计算了管道保温的年环境影响和燃料燃烧的年环境影响。将两者相加即是供暖系统的年总环境影响。最后在中利用fsolve函数精确求解最优的保温厚度。如图1所示，为本专利技术实施例提供的一种基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法的流程图，其主要包括如下步骤：步骤1、获取每小时的供水温度、回水温度与土壤温度，根据供水温度及回水温度与土壤温度的差值，并结合供水管与回水管中心线之间的距离计算供暖季燃料的年环境影响值。步骤的计算公式为：上式中，ehs代表每千克燃料的环境影响因子，代表每千克二氧化碳的影响因子，代表每千克二氧化硫的影响因子，λins和λg分别代表保温材料的导热系数和土壤的导热系数，tsi，tri和tgi分别代表每小时的供水温度，回水温度和土壤温度，k代表一个供暖季的运行小时数，M代表分子质量，c和s分别代表二氧化碳和二氧化硫的熵值，H代表管道距离地面的埋设深度，fh代表单位供热煤耗，b代表供水管与回水管中心线之间的距离，d代表无保温材料时管道的外径，x代表保温材料的厚度。步骤2、采用等效年值法结合无保温材料时管道的外径与保温材料厚度，计算管道保温的年环境影响值。步骤的计算公式为：上式中，eins代表每立方米保温材料的环境影响因子，ρins代表保温材料的密度，L代表保温材料的使用年限，d代表无保温材料时管道的外径，x代表保温材料的厚度。值得注意的是，步骤1与步骤2不区分执行的先后顺序，二者可以同步执行，也可以先后执行。图2示意性的给出了集中供暖直埋管道示意图，图2中各参数含义参见前文，其中的ts、tr与tsi、tri的含义类似，表示供水温度、回水温度、步骤3、将供暖季燃料的年环境影响值与管道保温的年环境影响值相加得出集中供暖系统的年总环境影响值。集中供暖系统的年总环境影响值E：步骤4、利用fsolve函数对集中供暖系统的年总环境影响值中的保温材料厚度进行优化，得到集中供暖系统一个供暖季最小年总环境影响值下的最优保温材料厚度。上述步骤1～3是预测集中供暖系统一个供暖季的年总环境影响值，并非最终结果；本专利技术实施例，为了减少环境污染，设置优化目标为：计算最小供暖季燃料的年环境影响值下的最优保温材料厚度。如图3所示，本步骤的优选实施方式如下：1)结合集中供暖系统的年总环境影响值对保温材料厚度x一阶求导得到目标函数：2)利用fsolve函数设置保温材料厚度x的寻优范围[xmin,xmax]与间隔Δx。示例性的，可设置寻优范围[xmin,xmax]为[0,3.0]，间隔Δx为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Eco indicator‑99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法，其特征在于，包括：获取每小时的供水温度、回水温度与土壤温度，根据供水温度及回水温度与土壤温度的差值，并结合供水管与回水管中心线之间的距离计算供暖季燃料的年环境影响值；采用等效年值法结合无保温材料时管道的外径与保温材料厚度，计算管道保温的年环境影响值；将供暖季燃料的年环境影响值与管道保温的年环境影响值相加得出集中供暖系统的年总环境影响值；利用fsolve函数对集中供暖系统的年总环境影响值中的保温材料厚度进行优化，得到集中供暖系统一个供暖季最小年总环境影响值下的最优保温材料厚度。

【技术特征摘要】
1.一种基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法，其特征在于，包括：获取每小时的供水温度、回水温度与土壤温度，根据供水温度及回水温度与土壤温度的差值，并结合供水管与回水管中心线之间的距离计算供暖季燃料的年环境影响值；采用等效年值法结合无保温材料时管道的外径与保温材料厚度，计算管道保温的年环境影响值；将供暖季燃料的年环境影响值与管道保温的年环境影响值相加得出集中供暖系统的年总环境影响值；利用fsolve函数对集中供暖系统的年总环境影响值中的保温材料厚度进行优化，得到集中供暖系统一个供暖季最小年总环境影响值下的最优保温材料厚度。2.根据权利要求1所述的一种基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法，其特征在于，所述计算供暖季燃料的年环境影响值的公式为：上式中，ehs代表每千克燃料的环境影响因子，代表每千克二氧化碳的影响因子，代表每千克二氧化硫的影响因子，λins和λg分别代表保温材料的导热系数和土壤的导热系数，tsi，tri和tgi分别代表每小时的供水温度，回水温度和土壤温度，k代表一个供暖季的运行小时数，M代表分子质量，c和s分别代表二氧化碳和二氧化硫的熵值，H代表管道距离地面的埋设深度，fh代表单位供热煤耗，b代表供水管与回水管中心线之间的距离，d代表无保温材料时管道的外径，x代表保温材料的厚度。3.根据权利要求1所述的一种基于Ecoindicator-99的集中供暖直埋管道保温材料厚度优化方法，其特征在于，所述计算管道保温的年环境影响值的公式为：上式中，eins代表每立方米保温材料的环境影响因子，ρins代表保温材料的密度，L代表保温材料的使用年限，d代表无保温材料时管道的外径，x代表保温材料的厚度。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：介鹏飞，潘慧杰，李法庭，焉富春，赵廷奉，张玉梅，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京,11