2023年5月19日,圣法瑞特公司在北京發(fā)布了他們的研究成果,公布了供熱理論——舒效比理論體系及其相關(guān)的數(shù)學(xué)公式。據(jù)了解,舒效比理論與傳統(tǒng)供熱理論不同,它量化了傳統(tǒng)供熱理論供熱效率與供熱舒適性之間的平衡。舒效比理論或?qū)⒔K結(jié)傳統(tǒng)供熱理論,在供熱理論發(fā)展史上留下濃墨重彩的一頁。在會上,發(fā)布會主講人鄭本強總經(jīng)理介紹了經(jīng)典物理學(xué)的案例,供大家理解舒效比及其相關(guān)的數(shù)學(xué)公式。隨后介紹了數(shù)學(xué)公式的應(yīng)用場景。
自由落體過程
在經(jīng)典物理學(xué)里,自由落體過程中處于自由落體狀態(tài)下的物體,在不考慮空氣阻力的情況下,其能量是守恒的。物體的重力勢能不斷轉(zhuǎn)換為動能,表現(xiàn)在物體的速度不斷加快。基于此,我們考慮兩個小球分別從不同的高度落到地面,可以推導(dǎo)出小球的重力加速度之比等于兩個小球下落的高度之比。我們可以將小球下落過程類比為傳熱過程,將溫度的平方類比為小球的高度,可以推導(dǎo)出在傳熱過程中熱力學(xué)溫度也存在類似的關(guān)系式。
鐘擺運動過程
鐘擺運動也是經(jīng)典物理學(xué)中一個重要的模型。在不考慮空氣阻力的情況下,小球由繩子牽引做鐘擺運動,其周期與繩長和重力加速度有關(guān)。我們可以將鐘擺運動類比為傳熱過程,亦可以推導(dǎo)出在傳熱過程中熱力學(xué)溫度存在和自由落體運動相同的關(guān)系式。不同的模型推導(dǎo)出相同的公式,有助于讀者加深理解。
球殼傳熱實驗
發(fā)布會介紹了一個實驗場景來驗證所推導(dǎo)的公式:球心有內(nèi)熱源的三層球體,層與層之間為通過不銹鋼球面封閉的空氣。測量不同球體表面的溫度與環(huán)境溫度,已知其中兩個面的溫度數(shù)據(jù)時,可以計算出第三個面的溫度數(shù)據(jù)。計算結(jié)果同實驗裝置采集的數(shù)據(jù)高度吻合。為了檢驗實驗裝置的穩(wěn)定性并對實驗進行驗證,還依據(jù)實驗裝置參數(shù)及部分實驗數(shù)據(jù),設(shè)計了數(shù)字仿真的驗證性實驗。數(shù)值模擬結(jié)果也與推導(dǎo)的數(shù)學(xué)公式計算結(jié)果吻合。
公式應(yīng)用場景
傳統(tǒng)供熱控制以恒定的室內(nèi)溫度為控制目標(biāo),通過室外溫度的變化來進行室溫控制。但實際應(yīng)用中,室內(nèi)、外溫度的采集都存在很大的困難。溫度傳感器的測量值受其所在位置以及室內(nèi)外人類行為的影響。根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的數(shù)學(xué)公式,我們只需要測量出供熱管道的供回水溫度,即可推算出室內(nèi)溫度并對其進行控制。該方法體現(xiàn)了明確的控制目標(biāo),簡潔的控制方法,得到了實際應(yīng)用的驗證。在北京、新疆、山東等不同區(qū)域的多個換熱站,投入該算法進行供熱控制,獲得了同傳統(tǒng)室外溫度補償算法相類似的供熱效果。
對于二次管網(wǎng)而言,它需要直接連接各個住戶的供熱設(shè)備從而形成熱網(wǎng)。對每個用戶而言,用戶所處的位置不同,各自的需求也各不相同。如何平衡用戶舒適度與供熱效率的關(guān)系,鄭本強總經(jīng)理提出了舒效比的概念。它會綜合評價供熱系統(tǒng)的維護,人們的居住習(xí)慣,管網(wǎng)損耗,室外溫度、一、二次管網(wǎng)平衡及維護等指標(biāo),并進行量化,形成獨有的供熱系統(tǒng)特性參數(shù)值。為了更好的了解并調(diào)節(jié)這種不平衡關(guān)系,可以計算建筑物的特性參數(shù)值。通過觀察并調(diào)節(jié)特性參數(shù)值,即可實現(xiàn)對一、二次管網(wǎng)平衡的調(diào)節(jié)。鄭本強總經(jīng)理把該特性參數(shù)值命名為拓撲等效K值。借鑒了拓撲學(xué)的思路,該值代表了建筑物或供熱系統(tǒng)整體的熱需求情況,包含了室外環(huán)境、建筑物圍護結(jié)構(gòu)、室內(nèi)熱負荷變化、一、二次管網(wǎng)平衡程度等信息。此舉使得一、二次管網(wǎng)平衡的調(diào)節(jié)更加簡便快捷。在調(diào)節(jié)過程中,不再需要關(guān)注建筑物間管網(wǎng)流量的相互影響,調(diào)節(jié)流程也得以簡化。
城市供熱管道一般深埋于地下,一旦泄露,不僅加劇耗能,還會對周邊環(huán)境造成影響。對傳統(tǒng)供熱管道進行分析后,可以發(fā)現(xiàn):供水溫度、回水溫度、地表溫度和地下溫度間存在著相同的溫度數(shù)學(xué)關(guān)系式。基于此,在現(xiàn)場應(yīng)用此方法,可以對不同管線或熱力小井進行泄露風(fēng)險的排名判斷。該排名即為拓撲等效K值。應(yīng)用此排名算法可以簡單便捷的判斷管線的泄露以及外來水侵入。
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