2023年5月19日,圣法瑞特公司在北京发布了他们的研究成果,公布了供热理论——舒效比理论体系及其相关的数学公式。据了解,舒效比理论与传统供热理论不同,它量化了传统供热理论供热效率与供热舒适性之间的平衡。舒效比理论或将终结传统供热理论,在供热理论发展史上留下浓墨重彩的一页。在会上,发布会主讲人郑本强总经理介绍了经典物理学的案例,供大家理解舒效比及其相关的数学公式。随后介绍了数学公式的应用场景。
自由落体过程
在经典物理学里,自由落体过程中处于自由落体状态下的物体,在不考虑空气阻力的情况下,其能量是守恒的。物体的重力势能不断转换为动能,表现在物体的速度不断加快。基于此,我们考虑两个小球分别从不同的高度落到地面,可以推导出小球的重力加速度之比等于两个小球下落的高度之比。我们可以将小球下落过程类比为传热过程,将温度的平方类比为小球的高度,可以推导出在传热过程中热力学温度也存在类似的关系式。
钟摆运动过程
钟摆运动也是经典物理学中一个重要的模型。在不考虑空气阻力的情况下,小球由绳子牵引做钟摆运动,其周期与绳长和重力加速度有关。我们可以将钟摆运动类比为传热过程,亦可以推导出在传热过程中热力学温度存在和自由落体运动相同的关系式。不同的模型推导出相同的公式,有助于读者加深理解。
球壳传热实验
发布会介绍了一个实验场景来验证所推导的公式:球心有内热源的三层球体,层与层之间为通过不锈钢球面封闭的空气。测量不同球体表面的温度与环境温度,已知其中两个面的温度数据时,可以计算出第三个面的温度数据。计算结果同实验装置采集的数据高度吻合。为了检验实验装置的稳定性并对实验进行验证,还依据实验装置参数及部分实验数据,设计了数字仿真的验证性实验。数值模拟结果也与推导的数学公式计算结果吻合。
公式应用场景
传统供热控制以恒定的室内温度为控制目标,通过室外温度的变化来进行室温控制。但实际应用中,室内、外温度的采集都存在很大的困难。温度传感器的测量值受其所在位置以及室内外人类行为的影响。根据所发现的数学公式,我们只需要测量出供热管道的供回水温度,即可推算出室内温度并对其进行控制。该方法体现了明确的控制目标,简洁的控制方法,得到了实际应用的验证。在北京、新疆、山东等不同区域的多个换热站,投入该算法进行供热控制,获得了同传统室外温度补偿算法相类似的供热效果。
对于二次管网而言,它需要直接连接各个住户的供热设备从而形成热网。对每个用户而言,用户所处的位置不同,各自的需求也各不相同。如何平衡用户舒适度与供热效率的关系,郑本强总经理提出了舒效比的概念。它会综合评价供热系统的维护,人们的居住习惯,管网损耗,室外温度、一、二次管网平衡及维护等指标,并进行量化,形成独有的供热系统特性参数值。为了更好的了解并调节这种不平衡关系,可以计算建筑物的特性参数值。通过观察并调节特性参数值,即可实现对一、二次管网平衡的调节。郑本强总经理把该特性参数值命名为拓扑等效K值。借鉴了拓扑学的思路,该值代表了建筑物或供热系统整体的热需求情况,包含了室外环境、建筑物围护结构、室内热负荷变化、一、二次管网平衡程度等信息。此举使得一、二次管网平衡的调节更加简便快捷。在调节过程中,不再需要关注建筑物间管网流量的相互影响,调节流程也得以简化。
城市供热管道一般深埋于地下,一旦泄露,不仅加剧耗能,还会对周边环境造成影响。对传统供热管道进行分析后,可以发现:供水温度、回水温度、地表温度和地下温度间存在着相同的温度数学关系式。基于此,在现场应用此方法,可以对不同管线或热力小井进行泄露风险的排名判断。该排名即为拓扑等效K值。应用此排名算法可以简单便捷的判断管线的泄露以及外来水侵入。
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