这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的科学论文。以下是针对该研究的学术报告：

作者及机构
本研究由Tao Huang（丹麦技术大学土木工程系）、Xiaochen Yang（丹麦技术大学土木工程系及天津大学环境科学与工程学院）和Svend Svendsen（丹麦技术大学土木工程系建筑能源与服务部门）合作完成，发表于期刊《Energy》2019年11月刊。

学术背景

研究领域：本研究属于区域供热（district heating, DH）与建筑能源系统优化领域，聚焦于生活热水（domestic hot water, DHW）储罐的控制策略改进。

研究动机：
区域供热系统在丹麦等北欧国家广泛应用，但传统生活热水储罐的充电方式会导致一次侧回水温度（primary return temperature）过高，降低系统效率，阻碍低温区域供热（low-temperature district heating, LTDH）的实现。现有研究多关注空间供暖系统优化，而对生活热水系统的改进潜力研究不足。

研究目标：
开发一种新型多模式控制策略（multi-mode control method），在满足舒适性和卫生要求的前提下，降低区域供热回水温度，并减少峰值负荷。

研究流程

1. 研究方法设计

模型开发：
研究采用基于Modelica语言的动态模型（通过Dymola平台实现），模拟两种储罐结构：
- 内部加热盘管储罐（internal heating coil）
- 外部热交换器储罐（external heat exchanger, HEX）

控制策略：
提出多模式充电逻辑，分为三种运行模式：
1. 慢速充电模式（slow charging mode）：通过恒定小流量充电，覆盖日常基础负荷。
2. 安全充电模式（safety charging mode）：在峰值负荷时启动大流量充电，确保热水供应温度达标（≥55°C）。
3. 暂停模式（pause mode）：当储罐顶部温度达到60°C时关闭阀门，避免过热。

关键参数计算：
- 慢速充电流量（(ms)）和安全充电流量（(m{safe})）通过热平衡方程（式1-5）确定，考虑了生活热水需求（(q{dhw})）和循环热损失（(q{c,loss})）。

2. 案例与数据采集

案例建筑：
选取丹麦哥本哈根一栋5层公寓楼（15户），其区域供热系统通过间接连接供应生活热水。

数据来源：
- 安装智能电表（M1-M3）测量一次侧供回水温度、流量、生活热水负荷曲线（图6）。
- 循环热损失通过实测确定，分为低（0.5 kW）、中（1.0 kW）、高（1.5 kW）三种情景（LHLS、MHLS、HHLS）。

3. 敏感性分析

研究测试了以下变量对系统性能的影响：
- 温度传感器位置：上层（10层）与下层（20层）安装位置的对比。
- 储罐结构：内部盘管与外部热交换器的性能差异。
- 循环热损失比例：从25%至150%生活热水需求的扩展分析。

主要结果

1. 回水温度降低：

   • 新控制策略在低热损失情景（LHLS）下可将回水温度降至22°C，较传统方法降低6.2°C（图8）。
     
   • 高热损失情景（HHLS）下仍可降低4-5°C（图10）。
     

2. 传感器位置影响：

   • 上层传感器（10层）在低热损失时表现更优，而下层传感器（20层）在高热损失时能稳定充电过程（图8-10）。
     

3. 储罐结构对比：

   • 外部热交换器在低热损失时性能更佳（回水温度16.9°C vs. 内部盘管的21.3°C），但在高热损失时优势消失（图12）。
     

4. 循环热损失的临界效应：

   • 当循环热损失超过生活热水需求（>100%）时，回水温度显著上升（图11），表明减少热损失是实现低温区域供热的关键。
     

5. 改进控制逻辑（Model 1.1）：

   • 针对高热损失系统，优化夜间非用水时段的充电策略，可进一步降低回水温度2°C（图14）。
     

结论与价值

科学价值：
- 首次提出基于多模式控制的生活热水储罐优化方法，为区域供热系统低温化（LTDH）提供了技术路径。
- 揭示了循环热损失与回水温度的定量关系，明确了热损失比例对系统性能的阈值效应。

应用价值：
- 实际案例中，新策略使回水温度平均降低4°C（图15）。
- 建议结合热泵等辅助设备以进一步优化高热损失系统。

研究亮点

1. 创新性方法：多模式控制策略通过动态调整充电流量，兼顾了能效与用户需求。
   
2. 全面分析：涵盖储罐结构、传感器位置、热损失比例等多维度变量。
   
3. 实际验证：基于真实建筑数据与Modelica模型，结果具有工程指导意义。
   

局限性：
- 高热损失情景下仍需依赖辅助设备，未来需研究更经济的解决方案。

其他价值：
研究得到丹麦EUDP项目（Energy Lab Nordhavn）支持，成果可为区域供热系统设计规范修订提供参考。