[发明专利]基于改进经济评价指标体系的供热管网管径优化设计方法

说明书

本申请公开了基于改进经济评价指标体系的供热管网管径优化设计方法，步骤包括：获取供热管网的拓扑结构，按约束条件构建管径组合的样本空间，并选出若干管径组合样本；获取供热管网的设计运行参数，计算经济性子指标并对其进行归一化处理；基于管径组合样本，应用熵权法计算各经济性子指标的权重；判断权重数值是否与样本数量无关，若否，则增加样本数量并再次计算权重；若是，则基于权重数值建立供热管网改进经济评价指标体系；根据改进经济评价指标体系，使用寻优算法寻找供热管网的最优管径组合设计方案。本申请解决了传统管径优化设计不考虑各经济性子指标对管径设计的影响程度差异性，从而所导致的子指标轻重权衡缺失的问题，有助于获得更为合理的管径优化设计方案。

技术领域

本发明属于城市集中供热能效提升技术领域，尤其涉及基于改进经济评价指标体系的供热管网管径优化设计方法。

背景技术

供热一次管网的投资成本在整个城市集中供热系统总投资成本中占据主导地位，而构建管网的各管道的长度和管径是影响管网投资成本的决定性因素，同时管道长度和管径也会显著影响管道热损失及水泵能耗。在进行供热管网设计时，管网拓扑结构受城市供热规划的限制基本给定，导致各管道长度的优化空间有限，此时各管道的管径优化设计就成为影响供热管网乃至整个集中供热系统的经济效益和能源效率的关键因素。

管网投资成本及运行能耗是管径优化设计的重点，二者相互影响与制约：随着管段管径的增大，管网投资增大，运行能耗减少；随着管段管径的减小，管网投资减少，运行能耗升高。因此，针对管网内所有管段的管径构成的管径组合，存在一个最优的管径搭配设计方案，使得管网投资与运行能耗同时达到最优。《城镇供热管网设计规范》CJJ 34-2010给出了管段管径的工程设计方法：对于供热管网主干线，采用经济比摩阻确定管径(经济比摩阻是综合考虑管网投资、运行电耗及热损失费用等，按照设计、施工及运营经验提出的最佳管道设计比摩阻值建议值)，根据规范建议的经济比摩阻范围及主干线各管段设计流量，从热力网路水力计算表中确定管径；对于供热管网支干线和支线，根据上述确定的主干线各管段比摩阻和总当量长度(管段长度+局部阻力当量长度)计算主干线压力损失，然后依据节点平衡原理，确定各支干线和支线的资用压差，根据资用压差及各管段设计流量，即可从热力网路水力计算表中确定管径，同时考虑到水力稳定性等问题，规范规定支干线及支线的供热介质流速不应大于3.5m/s，支干线比摩阻不应大于300Pa/m，连接一个热力站的支线比摩阻可大于300Pa/m。上述工程设计方法虽然隐含优化过程，但在规范建议的比摩阻范围内，热力网路水力计算表中通常有若干个管径规格可选取，考虑到不同管径下管网投资成本及运行能耗之间的相互影响与制约关系，无法从候选管径规格中直接选取出综合性能最优的管径。因此，亟需发展供热管网管径优化设计方法，为同时降低管网投资成本和运行能耗提供理论依据。

传统的管径优化设计方法大多考虑经济效益，以年折算投资费用、年运行费用及年热损失费用等经济性子指标为优化目标，或将各子指标直接相加得到年折算费用作为管径设计的综合评价指标。然而，各经济性子指标的简单相加，意味着各子指标在综合评价中的作用相同，并未考虑不同子指标对管径设计影响程度的客观差异，导致综合评价指标中各子指标的轻重权衡缺失，无法对管网综合经济性能进行客观评价，使得供热管网管径优化设计缺乏科学合理的优化目标。

发明内容

本发明针对现有管径优化设计方法的不足，提出了基于改进经济评价指标体系的供热管网管径优化设计方法。该方法充分考虑各经济性子指标对管网建造成本的影响程度的差异，并结合管网管径组合样本构建方法与熵权法量化上述差异性，从而建立一种改进的经济性综合评价指标体系，作为管网管径设计的优化目标。

本发明通过以下技术方案解决现有管径优化设计方法的技术难题。

本发明提供了基于改进经济评价指标体系的供热管网管径优化设计方法，包括以下步骤：

获取供热管网的拓扑结构，按约束条件构建供热管网管径组合的样本空间，并从所述样本空间中选出若干管径组合样本；