國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)
區(qū)域供冷供熱在節(jié)能和環(huán)保方面具有優(yōu)勢，可以給系統(tǒng)設計、運行和維護及空調(diào)用冷水生產(chǎn)及銷售量的集中控制而帶來規(guī)模效益，在國外尤其是歐美等發(fā)達國家已經(jīng)得到了較廣泛的應用，己成為發(fā)達國家、發(fā)達地區(qū)的重要標志之一。
在管網(wǎng)布局優(yōu)化方面，1985年，蔡啟林利用破圈法對熱網(wǎng)平面布置優(yōu)化進行了研究，在含多圈連通管網(wǎng)結構圖中去掉權值大的鏈支，生成了最小樹，這種最小樹方法適用于枝狀熱力管網(wǎng)的優(yōu)化布置。1988年，馬繼勇對熱網(wǎng)平面布置優(yōu)化方法進行了研究，提出了兩種理想的枝狀熱網(wǎng)平面布置的優(yōu)化方法，一種是全部樹的方法，另一種是權生成樹方法。1998年，石兆玉以改進了的遺傳算法為基礎，結合多中位原理對多變量、多約束條件的多熱源供熱系統(tǒng)的優(yōu)化選址和優(yōu)化運行進行了研究，求得了多熱源選址的全局最優(yōu)解。2003年，李世武和蘇莫明應用圖論學中求解最小樹的算法思想，通過預先確定流量與經(jīng)濟管徑的函數(shù)，采用熱經(jīng)濟孤立化優(yōu)化方法，提出了熱水管網(wǎng)系統(tǒng)布局與結構優(yōu)化的設計方法，解決了管網(wǎng)系統(tǒng)技術性、節(jié)能性和經(jīng)濟性之間的綜合和系統(tǒng)布局結構優(yōu)化與參數(shù)優(yōu)化之間的耦合問題，使所設計的管網(wǎng)運行能耗與初投資綜合最小。2004年，李祥立等以某小區(qū)為例，對枝狀熱網(wǎng)布置進行了優(yōu)化研究，通過計算分析若干熱網(wǎng)布置形式的經(jīng)濟性，得出最優(yōu)管網(wǎng)布置方案，并研究了改變熱源位置對管網(wǎng)布置的影響，得出了熱網(wǎng)布置應遵循的原則。2009年，Dobersek和Goricanec以投資運行費用為目標函數(shù)，用非線性的單純形法對供熱管網(wǎng)進行了最優(yōu)樹的路徑及管徑的優(yōu)化，并以一個管網(wǎng)優(yōu)化為例驗證該方法的有效性。2011年，姚莎運用圖論理論對管網(wǎng)布置進行了研究，基于最小權值的思想，以投資最小為目標，運用圖論理論中最小生成樹算法中的弗勞德算法,采用 MATLAB 語言編寫通用程序, 實現(xiàn)了熱網(wǎng)布線的全局優(yōu)化，很好的解決了設計中管網(wǎng)布線的問題。為工程設計提供了指導性的思路，減少管網(wǎng)布置過程中材料不必要的浪費。
管徑的優(yōu)化是管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設計的核心。在常規(guī)的管網(wǎng)設計中，各管段的管徑是根據(jù)管網(wǎng)各管段的計算流量和推薦比摩阻來選定。整個管網(wǎng)管徑的選擇通常以管網(wǎng)的經(jīng)濟性評價來確定的，其經(jīng)濟性評價包含投資費用和運行費用，而投資費用和運行費用是兩個相互制約的指標。管網(wǎng)的管徑愈小，則輸送阻力愈大，動力消耗的運行費用就愈大；反之，管徑愈大，輸送阻力愈小，動力消耗的運行費用愈小，但管網(wǎng)投資就愈大。管網(wǎng)管徑優(yōu)化設計就應綜合考慮投資和運行費用這兩方面的影響。因此，在管網(wǎng)布局一定的情況下，應設計出每段最優(yōu)管徑，即最經(jīng)濟管徑，使管網(wǎng)投資和運行費用之總和達到最小。國內(nèi)外對管徑的優(yōu)化研究興起于上世紀80年代初，主要的研究算法如模擬退火算法、遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等。
1999年，Cunha等使用模擬退火算法解決環(huán)狀給水管網(wǎng)的優(yōu)化設計，管徑采用離散形式，水力模型求解采用牛頓法，通過兩個標準算例的檢驗，證明了模擬退火算法在管網(wǎng)優(yōu)化中的可行性。在供冷/熱管網(wǎng)優(yōu)化中，2003年，黃善波以管徑和保溫層厚度為優(yōu)化變量，建立了熱力管線優(yōu)化設計的非線性規(guī)劃數(shù)學模型，應用模擬退火算法對該模型進行了求解。計算結果表明該算法簡單，計算速度較快，對初始點依賴性不強，計算結果合理。2011年，豆中州根據(jù)基本回路分析法對供熱管網(wǎng)水力模型進行求解，得出了各個管段的流量和壓降，然后建立了供熱管網(wǎng)的年折算費用為優(yōu)化目標函數(shù)的優(yōu)化設計模型，優(yōu)化目標函數(shù)的決策變量為管網(wǎng)各管段離散的標準公稱直徑，并考慮了和實際工程相對應的水力約束條件，最后采用模擬退火算法進行優(yōu)化計算，得到了優(yōu)化的管網(wǎng)各管段管徑。1987年，Goldberg等最早把遺傳算法引入管網(wǎng)優(yōu)化設計領域，闡述了遺傳算法用于管網(wǎng)優(yōu)化設計的一般數(shù)學模型和求解過程。此后，研究者在管網(wǎng)優(yōu)化設計中廣泛地采用遺傳算法。在熱力管網(wǎng)優(yōu)化中， 2010年，Li Xiang-li以管網(wǎng)年折算費用最小為目標函數(shù)，管徑編碼采用整數(shù)編碼規(guī)則，采用遺傳算法對大連星海灣商業(yè)區(qū)域的海水源熱泵DHC系統(tǒng)的管網(wǎng)管徑進行優(yōu)化，并與傳統(tǒng)的推薦比摩阻法設計方法進行比較，年折算費用節(jié)省了8.54%。
綜合以上文獻資料，管網(wǎng)布局優(yōu)化和管徑優(yōu)化在管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化成為了研究熱點，理論成果不少，但是市場還沒有出現(xiàn)成熟的一套軟件來實現(xiàn)管網(wǎng)布局優(yōu)化和管徑優(yōu)化。為暖通空調(diào)設計者提供一個較為成熟的軟件，減輕設計者的設計計算工作量，針對一個區(qū)域供冷供熱項目能夠提供一個最佳布局和其最優(yōu)管徑組合使得管網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟性最佳，這是本項目的目的。
參考文獻：
[1] 蔡啟林，王兆霖，陳兆祥，等．供熱網(wǎng)平面布 置的優(yōu)選[J]．區(qū)域供熱，1985(04)：28-44.
[2] 馬繼勇．區(qū)域供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設計及可靠性分析（碩士學位論文）[D]．哈爾濱：哈爾濱建筑工程學院，1988：5-13.
[3] 石兆玉，李惠軍．遺傳算法在供熱系統(tǒng)多熱源優(yōu)化選址中的應用 [J]．區(qū)域供熱，1998(02)：11-14.
[4] 李世武，蘇莫明. 熱水管網(wǎng)布置的優(yōu)化設計方法[J]. 煤氣與熱力，2003,23(5):271-275.
[5] 劉孟軍，李祥立，鄒平華．枝狀熱網(wǎng)優(yōu)化布置的研究[J]．煤氣與熱力，2004,24(12)：685-689.
[6] D.Dobersek， D.Goricanec. Optimisation of tree path pipe network with nonlinear optimisation method[J]. Applied Thermal Engineering. 2009,(29):1584-1591.
[7] 姚莎.基于經(jīng)濟計算的供暖管網(wǎng)優(yōu)化設計研究（碩士學位論文）[D].西安：西安理工大學，2011：4-11.
[8] Apple L.S. Chan , Vic I. Hanby , T.T. Chow. Optimization of distribution piping network in district cooling system using genetic algorithm with local search[J]. Energy Conversion and Management. 2007，(48):2622–2629.
[9] Jarmo Soderman. Optimisation of structure and operation of district cooling networks in urban regions[J]. Applied Thermal Engineering,2007,(27):2665-2676.
[10] 馮小平, 鄧 波, 龍惟定. 基于單親遺傳算法的區(qū)域供冷系統(tǒng)管網(wǎng)的布置優(yōu)化[J]. 西安建筑科技大學學報,2008,40(1):142-146.
[11] 蔡龍俊，胡立蛟. 區(qū)域供冷熱系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J]. 暖通空調(diào),2008,38(1):88-90.
[12] 黃善波,, 楊德偉, 雷文賢. 模擬退火算法在熱力管線優(yōu)化設計中的應用[J]. 煤氣與熱力, 2003,23(5): 293-295.
[13] 豆中州. 集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化設計研究(碩士學位論文)[D]. 北京：華北電力大學，2011：13-19.
[14] 李祥立, 鄒平華. 基于模擬退火算法的供熱管網(wǎng)優(yōu)化設計[J]. 暖通空調(diào), 2005, 35(4):77-81.
[15] 吳飛. 集中供熱管網(wǎng)的設計方法分析與改進(碩士學位論文)[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2006：15-21.
[16] Li Xiang-li, Duanmu Lin, Shu Hai-wen. Optimal design of district heating and cooling pipe network of seawater-source heat pump[J]. Energy and Buildings, 2010, 42:100-104.
[17] 潘永昌. 改進蟻群算法和改進混合遺傳算法在給水管網(wǎng)優(yōu)化中的應用(碩士學位論文)[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學，2007：13-20.
[18] 孫明月,許文斌,鄒彬,等. 基于整數(shù)編碼粒子群算法的樹狀供水管網(wǎng)優(yōu)化[J], 水資源與水工程學報, 2012, 23(6):168-171.
[19] 秦緒忠，江億. 基于遺傳算法的環(huán)形供熱網(wǎng)可及性分析[J]. 清華大學學報(自然科學版)，1999,39(6):90-94.
[20] 秦緒忠，江億. 多熱源并網(wǎng)供熱的水力優(yōu)化調(diào)度研究[J]. 暖通空調(diào)，2001,31(1):11-16.
[21] 薛宏文，張帆. 供熱運行中參數(shù)調(diào)節(jié)的優(yōu)化[J]. 暖通空調(diào), 2001,31(2):86-88.
[22] 王曉霞，鄒平華，周志剛. 復雜空間熱網(wǎng)的拓撲結構及水力過程仿真[J]. 系統(tǒng)仿真學報，2005，17(8):563-570.
[23] 周守軍等.城市集中供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)運行優(yōu)化及算法[J].北京工業(yè)大學學報,2012,38(4): 628-635.
[24] 周守軍.基于管網(wǎng)動態(tài)模型的城市集中供熱系統(tǒng)參數(shù)預測及運行優(yōu)化研究(博士學位論文)[D].濟南：山東大學，2012:119-147.
[25] 劉金平,杜艷國,陳志勤. 區(qū)域供冷系統(tǒng)中冷凍水輸送管線的優(yōu)化設計[J].華南理工大學學報(自然科學版), 2004,32(10):28-31.
[26] 閆軍威，劉飛龍，朱冬生. 廣州大學城區(qū)域供冷系統(tǒng)質(zhì)調(diào)節(jié)的節(jié)能分析[J].建筑科學, 2007,23(12):28-34.
[27] 張海濤，趙建成. 基于外融冰冰蓄冷的區(qū)域供冷優(yōu)化運行研究[J]. 山西建筑, 2011,37(15):108-109.
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