1优化设计方法及其数学描述图1为本文所研究的低温地热间接供热系统流程图。低温地热间接供热系统由地热生产(回灌)井、间接板式换热器、辅助板式换热器及供热终端(辐射地板或风机盘管)组成。平常低温地热水满足建筑的基本负荷的需要;负荷高峰时,辅助热源(调峰锅炉)启动运行。换热后的尾水施行回灌。1.1目标函数利用低温地热供热就是要追求以最低的地热开发费用来保证提供最大的供热量[1]。由于间接供热系统通过板式换热器获取4060的水,用于建筑供热,因此,换热器换热的参数就直接影响了地热利用的效率以及系统的供热量。本文以板式换热器设备初投资最小和系统供热量最大为优化目标函数。minCc=AbhCbh;maxQ=G!c(!t0-t1)+(t1-tp)"(1)式中:Cz为设备初投资,万元;Abh为板式换热器面积,m2;Cbh为单位面积板式换热器的价格,元/m2;Q为供热量,kW;G为地热井出水量,m3/h;t0,tp为地热井出水、回灌温度,。考虑地热水具有腐蚀性,因此选用钛板人字型(BR型)换热器。换热器的单位面积价格可以看作是一个定值,优化目标函数可以写为:(3)(16)minCc=Abh;maxQ=G!c(t0-tp)(2)1.2能流平衡及约束条件作为优化模型的约束条件,主要考虑板式换热器设备的性能特性及系统的能流平衡。作为工程设计,在满足精度要求的情况下,为简化计算,换热温差采用算术平均温差代替对数平均温差:"t1=1/2(!t0-tg)+(t1-th);""t2=1/2(!t0-tg)+(tp-th)"系统能流平衡方程:G0!c(t0-t1)=k1Abh1"t1;G0!c(t1-tp)=k2Abh2"t2(4)其中:Abh可表示如下:Abh=Abh1+Abh2=G0!kc("tt01-t1)+G0!kc("tt12-tp)(5)换热器传热系数k的计算:k=(1/h1+r1+#/$+r2+1/h2)-1(6)式中:k为换热器传热系数,W/(m2K);h1为供热介质换热器侧板片表面对流传热系数,W/(m2K);h2为地热水侧换热器板片表面对流传热系数,W/(m2K);#为换热器板片壁厚,m;$为换热器板片热导率,W/(mK);r1为供热介质侧换热器污垢热阻,(m2K)/W;r2为地热水侧换热器污垢热阻,(m2K)/W。平均对流传热系数的计算:Nuf=CRenPrm(7)式中:Re为雷诺数;Pr为普朗特数;其他系数C=0.150.4,n=0.650.85,m=0.30.45[2]。由上式可知:对流传热系数可表示成,d,w,v,Pr的函数:h1=f($1,d1,w1,v1,Pr1);h2=f($2,d2,w2,v2,Pr2)(8)式中:$1,$2为换热器两侧水导热系数,W/(mK);d1,d2为当量直径,m;w1,w2为换热器两侧水的流速,m/s;v1,v2为换热器两侧的水动力粘度,kg/(ms);Pr1,Pr2为换热器两侧水普朗特数.换热器两侧的$,v,Pr均是温度t的函数。为简化计算,假定热源侧以及末端设计供回水温度为定值,则对应$,v,Pr为对应进出水平均温度下的参数值。同时考虑选用板片面积时要满足角孔的流速和压降,则适合于地热供热系统的换热器板片面积有0.5,0.8,1.0m2等[3]。对当量直径而言,几种不同型号换热器下的变化值不大,因此也可视为定值,则传热系数可表示为:h1=f(w1);h2=f(w2)(9)流体板间流速影响换热性能和流体的压力降。流体速度高,可提高换热系数,但流动阻力也增大;反之,流体速度低,可降低换热系数,流动阻力也减少;因此,应选择