引言随着城市化的发展，供热系统的总能耗量快速增长。为了实现节约能源、环保及提升整体供热稳定性等目标，大部分城市引进多热源供热系统。与传统的单热源供热系统结构相比，多热源供热系统的水力与热力情况复杂，系统调节过程中的热源负荷分配至关重要[1]。多热源供热系统的被重视程度逐渐提高，城市集中供热系统作为城市能源建设的基础设施之一，能够保障城市居民的日常生活[2]。目前，北方地区的供热采暖能耗量较大，需要提高供热系统效率。供热系统采暖设施每年产生的能耗量约占全国总能耗量的25%。目前，城市供热系统的能耗量较大，且能源有效利用率不够高，需要以能源节约与环保作为可持续发展的主题，大力开展供热系统改革，提升城市供热系统的能源有效利用率，获得较高的节能成效。目前，环状管网的节能优化研究多采用单一目标形式，随着环状管网的不断发展及能源节约与环保目标的不断提升，多热源环状管网需要同时具备经济与环保的特征，应对多热源环状管网的节能优化问题进行深入研究。针对多热源环状管网工作的热负荷分配及调节优化操作，基于系统供热能源平衡与数据平衡条件，构建环状管网热负荷运行成本与污染物综合排放数量的优化模型。1多热源环状管网数据分析多热源环状管网内部具有多个热源，不同热源共同构成相应的联网运行系统管网。多热源管网供热时，热源管理人员根据程序进行系统供热操作，同时按照内部的能耗量及研究区域的外部温度进行调节，提升管网的可靠程度。多热源环状管网由热源、热网及热用户组成[3]。其中，热源主要包括主热源与调峰热源。为了有效实现热源的经济与能耗节约效益，在多热源环状管网工作过程中，主热源需满负荷连续工作；按照调峰热源在多热源环状管网内部的具体位置及系统总体容量，计算热源系统完成满负荷工作的时长，选取调峰热源投入热网的顺序[4]。选择热源时，一般以能源利用效率较高或再生程度较高、污染程度较小、运营成本较小的热源作为管网主热源，确保系统高效供热。管网运行过程中，具体的热容量及每个热源的工作状态依据供热用户所需热负荷确定。2多热源环状管网节能优化数据求解方法多热源管网节能优化的关键步骤是根据优化算法获取数据模型的最优解集，排除传统算法的局限性，加强对现时数据的处理程度，获取智能优化算法的同时处理大规模供热模型空间信息，同时搜索不同空间的数据存储位置，对优化区域内部的数据进行划分，并获取有效解，按照相应的优化程序调整最优解集。优化方法可以有效打破传统模型设计的局限性。研究在获取初始数据时加强对多热源环状管网的优化调度约束管理，进行数据降维处理，整合不等式约束信息。多热源管网的数据分析求解方法如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.011.F001图1多热源管网的数据分析求解方法3多热源环状管网节能优化模型构建获取相应的系统数据信息，构建系统节能优化模型，选用面积热指标法构建模型。选取相应的供热区域作为热负荷承载系统，估算采暖热负荷。Q'=qf×F×10-3 (1)式中：Q'——建筑物最大采暖热负荷，kW；qf——建筑物单位面积采暖的总体热负荷，W/m2；F——建筑物总面积，m2。根据面积热指标法，取qf=60 W/m2，估算研究区域环状管网的最大供热热负荷数值Q'=60×1 000×104×10-3=6×105 kW=2 160 GJ/h。系统供热过程中，根据热负荷的延续时长图像，构建整体热源或供热用户内部系统随研究区域外部温度或时间变化的关系模型，总结相应的热负荷变化规律。热负荷图像主要包括热负荷随研究区域外部温度变化趋势图像、热负荷时长图像、热负荷延续时长图像[5]。热负荷延续时长图像主要对热负荷数值进行排序，研究区域热负荷延续时长图像可以同时展示供热期间热负荷积累的能耗量及其占整个供热区间总能耗量的比重。根据研究区域热负荷延续时长图像，供热区间的主热源供给热能未达到额定供热数量，主热源的可利用时长缩短，利用效率降低，同时降低了经济效益。环状网管内部结构处于全年运行模式时，可能导致供热装置磨损速率加快、装置使用寿命降低等情况。构建多热源环状管网节能优化模型时，建议调整主热源的利用方式，提升主热源的工作效率，避免供热装置被损坏；调节主热源与供热用户间的矛盾，加强对热负荷变化规律的管理，同时调节环状管网内部的运作模式，构建环状管网最优运作程序，整合热负荷变化信息，设置相应的中心数据存储空间，按照环状管网内部热源的总容量确定环状管网内部热负荷的承载量。研究人员需要仔细分析研究区域的外部温度设计，确保环状管网内部每个热源能满负荷工作。研究区域的外部温度不满足模型构建条件时，热源无法满负荷工作，需要按照管网热负荷延续时长图像进行调整，保证环状管网内部的热量平衡，并根据管网热源的位置分布状况，初步判断不同热源的投放顺序及环状管网节能优化的基础信息。构建节能优化模型时需要调节研究区域外部温度，使其符合整体模型构建条件。初始模型改造阶段，需要按照热负荷延续时长信息进行数据定位操作，环状管网的供热期间按照研究区域的温度分布规律构建优化数学模型，获取相应的热负荷延续时长。Qn=Qn'1-βn+RnhQn'      N≤55N≤Nth (2)式中：Qn——研究区域外部温度条件下供热的热负荷，MW；Qn'——模型的供暖热负荷，MW；N——热源数量；βn——环状管网供热时间，h；Rnh——无条件延长的供热时长，h。已知房屋体积时，可以根据每立方米建筑体积在室内外温差为1 ℃时的热流密度(qv)计算采暖热负荷。Q'=qvVtn-tw (3)式中：qv——热流密度，W/(m3·°C)；V——建筑体积，m3；tn——室内设计温度，℃；tw——采暖室外设计温度，℃。采暖热指标中，qv和qf与建筑物围护结构的传热系数、外围体积、密闭性或通风条件、建筑物类型和外形及墙窗面积比等因素有关，通常依据实际工程的统计分析数据确定，设计时可以参考有关部门提供的资料，结合具体情况选用。围护结构的基本耗热量为：Qj=αAjKjtR-tow (4)式中：Qj——j部分围护结构的基本耗热量，W；α——维护结构的温差修正系数；Aj——j部分围护结构的表面积，m2；Kj——j部分围护结构的传染系统面积，m2；tR——冬季室内计算温度，℃；tow——采暖室外计算温度，℃。获取研究区域供热冬季室外温度计算数值tR、供暖期天数与供暖期间研究区域外部温度。通过计算参数构建热负荷延续时长图像，得到整个研究期间在不高于研究区域外部温度的延续时长中获取的总体供给热量。根据获取的热负荷数据，研究系统节能优化的程度，同时按照热源所处位置的差异，获取相应的水泵输送能量消耗数据[6]。以多热源管网为实例进行研究，构建总体环状管网，环状管网中存在A、B、C 3个不同的热源，提出相应的热源放置方案，A、B、C 3个热源分布在管网的同一侧。多热源管网的热源位置分布如图2所示。环状管网结构如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.011.F002图2多热源管网的热源位置分布（热源A、B、C在同一侧）10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.011.F003图3环状管网结构多热源环状管网的内部管长为6 km、宽为4 km，计算发现3个热源的容量一致，每个热源供应的热量均为a，水泵工作效率为ηA=ηB=ηC=η，确保水力计算符合操作标准。根据计算的水泵能耗量分析热源所处位置对整体环状管网节能优化模型的影响。E=QH/η  (5)式中：E——系统水泵的总能耗，P/μ；Q——水的总流量，L/s；H——系统水泵的扬程，m；η——系统水泵的整体效率参数。最终实现整体多热源环状管网节能优化模型设计。4实例分析4.1实例概述以某区域多热源环状管网为模型研究对象。此区域供热室外测量温度为-15 ℃，供热区域整体面积为400 m×120 m，制热负荷为300 MW。多热源环状管网结构如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.011.F004图4多热源环状管网结构研究区域多热源环状管网的热源主要以燃气热电厂、锅炉房及第二类吸收式热泵系统为主，同时设置不同的系统区域，构建相应的供热电网，加强对热力站的管理工作。一次性电网具备17个热力站，供水温度与回水温度分别为120 ℃和80 ℃，二级热力电网供水温度与回水温度分别为90 ℃和65 ℃。4.2优化结果及分析室外温度为6 ℃时，研究区域的相对热负荷为0.47。根据相对热负荷的定义，多热源环状管网的总热负荷为115 MW。按照试验区域的数据信息构建节能优化模型。优化模型选区的各项控制参数，系统模型种群规模为70，模型参数交叉概率为95%，参数变异程度为3%，最大进化迭代数据为90。调整数据处理器的运作模式，同时匹配相应的数据操作程序，整合内部优化模型数据信息，加强对中心数据的管理力度。数据处理器运行9.5 s时，获取多热源环状管网节能优化模型的最优解集。使用改进的数据筛选方式在数据最优解集中选取中心排序数据。不同研究区域外部热源调度的最优解集如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.011.T001表1不同研究区域外部热源调度的最优解集项目tw/℃50-2-7-11Q1/MW112.5147.0147.0147.0147.0Q2/MW00024.361.8Q3/MW08.025.541.241.2Y1/(万元/d)52.2168.4478.94110.75143.97Y2/(×104 kg/d)38.5163.8354.6265.9872.54优化后环状管网热负荷延续时长如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.011.F005图5优化后环状管网热负荷延续时长由图5可知，研究区域外部温度为2~7 ℃时，研究区域热电厂独自工作并实现满负荷操作；外部温度为-4~2 ℃时，吸收式热泵系统开始工作，承担热电厂系统无法完全承担的热负荷；外部温度为-12~-4 ℃时，热能研究区域的锅炉房开始工作，与上述两种系统协同运作。发展多热源供能系统的过程中，热电厂的投入成本相对较少，但其具有较大的供热范围，能够为使用者提供稳定的热能。燃气热电厂最早开始进行工作，且能够承担一半以上的环状管网热负荷；与锅炉房系统相比，吸收式热泵系统的运营成本较低，对外界环境的影像程度较低，能够作为调峰热源被投入使用，并承担20%的系统热负荷，此操作与大力发展环状管网集中供热的举措相符。研究区域燃气锅炉房系统实现工作并执行调峰操作，承担25%的系统热负荷，研究区域燃气锅炉房系统最后进入工作状态，但在运行过程中承担的系统热负荷量高于吸收式热泵系统。吸收式热泵系统在多热源环状管网中的供热范围相对较小，需在以后的技术发展过程中不断完善。5结语针对多热源环状管网的实际情况分析多热源环状管网的构成以及基础机制数据，获取影响系统优化的因素信息。针对多热源环状管网的性质进行节能优化分析，根据热源信息计算热源的具体容纳量，对热源进行分类，并根据热源发生位置调整环状管网节能模型的设置模式。以具体的供热区域作为模型分析对象，分别获取不同的热源容量数据信息，并分配不同的节能优化方案，对比不同的方案数据信息，分析热源容量数据信息对整体所热源环状管网消耗的影响程度。按照热源位置获取相应的模型构建方案，需要具备充足的水力条件，针对环状管网输出的能耗判断整体节能程度。采用模糊模型调节的方法设置相应的数学模型，并匹配模型计算公式，调整多热源环状管网的节能信息，同时提升节能系统的经济性与安全性，综合评价节能优化模型的性能，构建良好的优化数据模型，实现已知模型的设计。