中国城镇化进程快速推进,建筑呈现集群化以及规模化发展,区域冷热能源供应系统因其环境友好、节能等优点,成为建筑群能源供应新兴方式之一。尤其在经济较发达的长江流域夏热冬冷地区,人们对室内热舒适度要求日益提高,为区域供冷供热系统提供了巨大市场。因此,从节能减排、环境保护、提高居民生活质量和建设现代化城市等背景出发,以区域供冷供热系统为研究对象,解决目前理论以及应用层面尚存问题,具有很大的理论与现实意义。区域供冷供热系统研究涉及多个学科,属于交叉科学问题,核心点包括:能源站系统集成方法与优化运行策略、能量输配管网优化设计与运行控制以及用能负荷特征分析等。其中能量输配管网是桥接产能与用能的关键环节,是区域供冷供热系统稳定运行的关键因素之一。因此,本研究聚焦于能量输配管网优化,以期通过管网布局以及管径优化两个方面,提高输配系统的经济性能,为加速推广区域供冷供热系统的应用和发展提供理论依据。本文提出了基于图论、遗传算法以及层次分析法的区域供冷供热系统管网优化新方法。(1)基于图论基本原理,结合经典流体力学,通过对区域供冷供热管网系统进行简化和抽象,建立了管网系统的平面管网数学模型和空间管网数学模型。(2)基于遗传算法在求解组合优化问题方面的优势,采用单亲二进制遗传算法和整数遗传算法分别作为管网布局优化和管径优化的寻优算法,并对其遗传操作算子进行改良,以适应管网布局优化和管径优化的需求。(3)结合管网数学模型和改进的遗传算法,提出了基于层次分析法的区域供冷供热系统管网优化新方法。首先,通过不同的优化目标函数对管网进行布局优化,获得合理的管网布局集合;然后,对合理的管网布局集合中的每一个布局分别进行管径优化,获得每一个布局下的最优管径组合和管网年折算费用;最后,通过对管网布局集合的管网年折算费用的比较,找出其中最小的管网年折算费用,其对应的布局即为最终的最优布局,其对应的管径组合即为最终的最优管径。在管网管径优化方面,以管网年折算费用为优化目标函数,建立了基于典型设计日逐时冷热负荷的区域供冷供热管网管径优化数学模型。在计算管网年运行费用时,采用夏季和冬季典型设计日下的逐时冷热负荷进行计算;此外,在计算管网年热损失费用时,考虑管网中循环水泵动能最终转化热能,分析了该能量转换在夏季供冷和冬季供热上对管网系统热损失的不同影响;基于以上两个方面研究,提高了区域供冷供热系统管网管径优化数学模型的计算精度。基于以上研究成果,研制了区域供冷供热管网优化应用软件,并以长沙市某区域供冷供热管网系统为例,研究揭示了电价、供回水温差、冷热设计负荷等参数对管径优化的影响规律。本课题研究成果,具有普适性,可以广泛应用于其它区域冷热能源系统的管网分析与优化,具有重要的理论价值与现实意义。