技术领域
[0001] 本发明涉及管道能量损失技术领域，尤其涉及一种两供一回三管系统及其热损计算方法。
相关背景技术
[0002] 目前供热系统管道多采用单管、双管及双管共壳敷设方式，其中传统单管系统供热和供冷管道共用同一根管道，传输过程中存在较大的热损失，系统能效会显著降低，且管道内同时存在较高温度和较低温度的流体，使得管道的温度差异较大，这种温差会导致管道的热应力增大，从而增加管道的热胀冷缩和老化的风险，管道系统在调节和控制供热和供冷水温度方面较为困难，当需要调节特定区域的温度时，往往需要对整个系统进行调整，不灵活且不经济；尽管双管共壳系统相对于传统单管系统有一定的改进，但仍然会存在较大的热损失。两根管道的热能在共用的外壳中会相互传导，导致能量的损失，降低了系统的能效。当前社会发展注重低碳节能，因此需要更优的管道系统以及管道系统的相关理论计算方法来为满足用户热量需求。
具体实施方式
[0085] 下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0086] 一种两供一回三管系统，包括将高温生活热水管道与低温空间供热管道设置在同一个保温层里，回水管道单独运输。
[0087] 参照图1‑图5，一种两供一回三管系统的热损计算方法，采用等效模型方法将已知的单管并排系统A模型和双管共壳系统B模型的热损失理论计算公式进行等效，从而获得两供一回三管系统C模型的热量损失计算，具体等效方法是：
[0088] 将双管共壳系统B模型等效成与单管并排系统A模型中的供水管道a尺寸大小相同的供水管道a′，套用单管并排系统中热损失计算的理论公式，最终求得两供一回三管系统的热损失计算公式。
[0089] 具体的，在已知的单管并排系统A模型中，供水管道a和回水管道b同槽并行敷设在土壤中，其运行过程中以接触热阻为研究对象，建立热损方程如下：
[0090] 供水管道a的热损失计算公式：
[0091]
[0092] 回水管道b的热损失计算公式：
[0093]
[0094] 式中，Rg表示土壤热阻，Ra与Rb表示管道热阻，R0表示供水管道与回水管道由于温差存在而产生的附加热阻；Ta表示供水管道a温度；Tb表示回水管道b温度；Tg表示土壤表面温度。
[0095] 土壤热阻的计算公式：
[0096]
[0097] 式中，H表示管道距离土壤表面高度；λg表示土壤导热系数；dio表示管道外侧保温层直径。
[0098] 管道热阻的计算公式：
[0099]
[0100] 式中，λi表示保温层导热系数；λP表示管道导热系数；dpo表示单管外直径；dpi表示单管内直径；αp表示管内流体边界换热系数；
[0101] 附加热阻的计算公式：
[0102]
[0103] 式中，r表示两条钢管中心线间的水平距离。
[0104] 具体的，在双管共壳系统B模型中，将供水管道1与回水管道2同槽并行敷设在保温层中，而后整体敷设在土壤中，供水管道1与回水管道2成对称布置，利用复平面内温度场的叠加原理将系统分为对称问题及反对称问题，其运行过程中以接触热阻为研究对象，建立热损方程如下：
[0105] 供水管道1的热损失计算公式：
[0106] q1＝qs+qc
[0107] 回水管道2的热损失计算公式：
[0108] q2＝qs‑(qc
[0109] 对称问题中供水管道1或回水管道2的热损失计算公式：
[0110]
[0111] 反对称问题中供水管道1或回水管道2的热损失计算公式：
[0112]
[0113] 式中，Ts为对称问题中供水管道1或回水管道2流体的温度，Tc为反对称问题中供水管道1或回水管道2流体的温度，Rs为对称问题中供水管道1或回水管道2与土壤之间的传热热阻，Rc为反对称问题中供水管道1或回水管道2与土壤之间的传热热阻；
[0114] 对称问题中流体温度的计算公式：
[0115]
[0116] 反对称问题中流体温度的计算公式：
[0117]
[0118] 对称问题中供水管道1或回水管道2与土壤之间的传热热阻的计算公式：
[0119]
[0120] 反对称问题中供水管道1或回水管道2与土壤之间的传热热阻的计算公式：
[0121]
[0122] 其中，hs和hc为对称问题和反对称问题中的无量纲热损失因子；
[0123] hs计算公式：
[0124]
[0125] hc计算公式：
[0126]
[0127] 其中，βm为供水管道1或回水管道2的无量纲热阻，计算公式：
[0128] βm＝2πλiRpm
[0129] Rpm为供水管道1或回水管道2的热阻，计算公式：
[0130]
[0131] σ为两个热导率的无量纲参数，计算公式：
[0132]
[0133] 以上可得，供水管道1的热损失计算公式表示为：
[0134]
[0135] 回水管道2的热损失计算公式表示为：
[0136]
[0137] 具体的，在两供一回三管系统C模型中，将双管共壳系统B模型等效成与单管并排系统A模型中的供水管道a尺寸大小相同的供水管道a′，套用单管并排系统中热损失计算的理论公式，求得两供一回三管系统的热损失计算公式，其等效公式具体计算方法如下：
[0138] 双管共壳系统总热损失计算公式：
[0139] qT＝q1+q2＝2qs
[0140] 对称问题中热损失计算公式：
[0141]
[0142] 式中，Tiav为保温层表面平均温度；
[0143] Rsi为供水管道1和保温层之间的热阻，计算公式：
[0144]
[0145] 令双管共壳系统B模型中双供水管的流体温度相同，系统总热损表示为：
[0146]
[0147] 可得到等效后供水管道a的热阻Ra′计算公式：
[0148]
[0149] 将C′模型中供水管道a′热阻Ra′代替Ra代入单管并排系统A模型的热损失理论计算公式，流体温度用算术平均温度Ta′代替Ta，等效后的管道温度Ta′计算公式表示为：
[0150]
[0151] 最终将公式进行代入及求解可得到两供一回三管系统C模型的供水管道a″和回水管道b的热损失计算公式；
[0152] 供水管道a″热损失计算公式：
[0153]
[0154] 回水管道b热损失计算公式：
[0155]
[0156] 本实施例中，首先基于第四代智能管网系统的设计理念，充分考虑管道换热及提高管道热量输送效率，延续传统单管及双管共壳系统敷设方式，将不同供应温度的两种供水管道(高温生活热水管道与低温空间供热管道)设计在同一个保温层里，回水管道单独运输，从而得出了两供一回三管系统结构；其次，采用等效模型方法将双管共壳系统B模型等效成与单管并排系统A模型中的供水管道a尺寸大小相同的供水管道a'，套用单管并排系统A模型中热损失计算的理论公式，最终建立了两供一回三管系统C模型热损理论分析模型，可为实际管道结构设计过程与管道敷设过程提高理论指导，最终达到减小热损的目的。
[0157] 其中，图1‑图5中的符号含义见下表：
[0158] 表1图中符号含义
[0159]
[0160] 综上所述，本发明采用分离布局方式，分别设置两条供水管道和一条回水管道，独立管道运输的方式减少热量传导从而降低能耗，且该结构可延用双管的生产线节约研发成本，同时可降低因一管失效以致系统整体暂停运行的投资风险。采用热阻理论计算方法进行热损计算可以使热量流动的计算思路简单、易于理解，可根据公式通过改变管道结构方式实现减小热损的目的。
[0161] 本发明中披露的说明和实践，对于本技术领域的普通技术人员来说，都是易于思考和理解的，且在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，也应视为本发明的保护范围。
