CN108800303B - 一种基于模式识别的精细化节能供热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模式识别的精细化节能供热方法。该供热方法包括：获取供热中心与各热交换站的基础数据和运行过程中的运行数据；根据基础数据和运行数据得到各热交换站的负荷响应特性，建立室内温度响应模型；根据温度响应模型得到各换热站的温度响应函数，建立响应函数数据库；根据温度响应函数以及各热交换站换热设备的传热能力，得到各换热站的最大允许温降Δt_max，计算各换热站的最小流量G_i,min＝0.86Q_i,min/Δt_max；根据各换热站最小流量综合各换热站的流量需求，确定各换热站的分配流量；对各换热站进行供热调节，并实时更新温度响应识别数据库中的运行数据、室内温度数据以及供热功率数据。该发明能保证供热效果和供热系统的安全，对室温进行精确控制。

Description

一种基于模式识别的精细化节能供热方法

技术领域

本发明涉及节能供热技术领域，特别是一种基于模式识别的精细化节能供热方法。

背景技术

集中供热在我国北方地区占有较大的供热规模，城镇集中供热面积达150亿m²，受大规模的煤改气和煤改电影响，集中供热成本在大幅度增加，因此，集中供热系统节能越来越受到各热力公司的重视。

现有的集中供热节能控制系统，主要以换热站为独立的控制对象，在各换热站安装气候补偿器，根据室外气温变化调节水泵和阀门的运行状态，从而实现供热调节。

但是现有的集中供热节能控制系统没有考虑建筑热惰性造成的室温升降的时滞性和非线性，常常导致控制滞后，或执行器忽大忽小调节，造成供热系统的振荡，影响供热效果和供热系统的安全；且室温与供热量不具有线性特性，因此无法对室温进行精确控制。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于模式识别的精细化节能供热方法，能保证供热效果和供热系统的安全，对室温进行精确控制。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于模式识别的精细化节能供热方法，包括：

步骤一：获取供热中心与各热交换站的基础数据；

步骤二：获取供热中心与各热交换站运行过程中的运行数据；

步骤三：根据获取的基础数据和运行数据得到各热交换站的负荷响应特性，建立每个换热站的建筑室内温度响应模型；

步骤四：根据所述温度响应模型得到各换热站的温度响应函数，建立响应函数数据库；

步骤五：根据所述温度响应函数以及各热交换站换热设备的传热能力，得到各换热站的最大允许温降Δt_max，根据最大允许温降Δt_max，计算各换热站的最小流量G_i,min＝0.86Q_i,min/Δt_max；其中，Q_i,min表示最小供热功率；

步骤六：根据各换热站最小流量综合各换热站的流量需求，确定各换热站的分配流量；

步骤七：根据各换热站的分配流量对各换热站进行供热调节；

步骤八：重复步骤二至步骤七，更新温度响应识别数据库中的运行数据、室内温度数据以及供热功率数据。

可选的，所述步骤一中的基础数据具体包括：供热中心与各热交换站的连接管网的管道长度、管道直径、管道标高。

可选的，所述步骤二：获取供热中心与各热交换站运行过程中的运行数据，具体包括：在供热中心安装微型气象站，记录供热过程中室外的气象参数：温度t_w、相对湿度φ、风速v、太阳辐射R；在供热中心安装现场数据采集系统，记录运行数据：供水温度t_g、回水温度t_h、管网总流量G_z；在热交换站安装远程数据采集系统，记录运行数据：供水温度t_g,i、回水温度t_h,,i、管网流量G_z,i、室内温度T_i。

可选的，所述步骤三：根据获取的基础数据和运行数据得到各热交换站的负荷响应特性，建立每个换热站的建筑室内温度响应模型，具体包括：

根据获取的基础数据和运行数据建立建筑室内温度响应模型为：

式中：

q_i—采暖设计热指标，W/m²；

T_i—室内温度，℃；

A_i—采暖面积，m²；

Q_i—供热功率，kW；

对各热交换站进行温度响应识别，得到各热交换站的温度响应函数f，f为与T_i、t_w、

v、R、Q_i有关的函数；并根据每次的运行情况更新温度响应识别数据库中的运行数据:温度t_w、相对湿度

风速v、太阳辐射R,室内温度数据T_i以及供热功率数据Q_i；

其中，Q_i＝1.163G_z,i(t_g,i-t_h,i)，T_i由室温采集系统获取，t_w、

v、R由供热中心安装的气象站记录得到。

可选的，所述步骤五：根据所述温度响应函数以及各热交换站换热设备的传热能力，得到各换热站的最大允许温降，根据最大允许温降Δt_max＝t_g,i-t_h,i,min，计算各换热站的最小流量G_i,min＝0.86Q_i,min/Δt_max；其中，t_g,i表示供水温度，Q_i,min表示最小供热功率，t_h,i,min表示最低回水温度，具体包括：

根据室温需求T_i，结合气象参数t_w、

v、R，由温度响应函数f确定所需的供热功率Q_i，根据Q_i＝1.163G_z,i(t_g,i-t_h,i)计算得到最低回水温度

进一步得到最大换热温差Δt_max＝t_g,i-t_h,i,min，并根据公式G_i,min＝0.86Q_i,min/Δt_max得到最小流量。

可选的，所述步骤六：根据各换热站最小流量综合各换热站的流量需求，确定各换热站的分配流量，具体包括：

对比各换热站最小流量之和ΣG_i,min与锅炉在ΣQ_i下的最大热效率对应的流量G_z,opt，若ΣG_i,min>G_z,opt，则各换热站以各自的G_i,min作为目标流量进行调节；否则，各换热站以各自的G_i,min乘以G_z,opt/ΣG_i,min作为目标流量进行调节。

可选的，所述步骤七：根据各换热站的分配流量对各换热站进行供热调节，具体包括：

各换热站按照控制中心下发的分配流量指令控制水泵运行到目标流量，进入下一调节时间段之前，计算调节时间段内的平均供热功率Q_i,mean与所需供热功率Q_i的偏差ΔQ_i，将ΔQ_i作为下一调节时间段的所需供热功率修正值，根据修正值进行供热调节。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于模式识别的精细化节能供热方法，在供热中心安装微型气象站，而不用在每个换热站安装气候补偿器，减少了设备投资；对每个换热站均建立温度响应特性模型，提高了各换热站的节能效果；依据室温需求确定供热负荷，依据换热能力确定换热温差和运行流量，实现了大温差供热，减少了输送能耗，对室温实现精确控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种基于模式识别的精细化节能供热方法的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供了一种基于模式识别的精细化节能供热方法，能保证供热效果和供热系统的安全，对室温进行精确控制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一种基于模式识别的精细化节能供热方法的方法流程图。

如图1所示，一种基于模式识别的精细化节能供热方法，包括：

步骤101：获取供热中心与各热交换站的基础数据；

步骤102：获取供热中心与各热交换站运行过程中的运行数据；

步骤103：根据获取的基础数据和运行数据得到各热交换站的负荷响应特性，建立每个换热站的建筑室内温度响应模型；

步骤104：根据所述温度响应模型得到各换热站的温度响应函数，建立响应函数数据库；

步骤105：根据所述温度响应函数以及各热交换站换热设备的传热能力，得到各换热站的最大允许温降Δt_max，根据最大允许温降Δt_max，计算各换热站的最小流量G_i,min＝0.86Q_i,min/Δt_max；其中，Q_i,min表示最小供热功率；

步骤106：根据各换热站最小流量综合各换热站的流量需求，确定各换热站的分配流量；

步骤107：根据各换热站的分配流量对各换热站进行供热调节；

步骤108：重复步骤二至步骤七，更新温度响应识别数据库中的运行数据、室内温度数据以及供热功率数据。

所述步骤101中的基础数据具体包括：供热中心与各热交换站的连接管网的管道长度、管道直径、管道标高。

所述步骤102：获取供热中心与各热交换站运行过程中的运行数据，具体包括：在供热中心安装微型气象站，记录供热过程中室外的气象参数：温度t_w、相对湿度φ、风速v、太阳辐射R；在供热中心安装现场数据采集系统，记录运行数据：供水温度t_g、回水温度t_h、管网总流量G_z；在热交换站安装远程数据采集系统，记录运行数据：供水温度t_g,i、回水温度t_h,,i、管网流量G_z,i、室内温度T_i。

所述步骤103：根据获取的基础数据和运行数据得到各热交换站的负荷响应特性，建立每个换热站的建筑室内温度响应模型，具体包括：

根据获取的基础数据和运行数据建立建筑室内温度响应模型为：

式中：

q_i—采暖设计热指标，W/m²；

T_i—室内温度，℃；

A_i—采暖面积，m²；

Q_i—供热功率，kW；

对各热交换站进行温度响应识别，得到各热交换站的温度响应函数f，f为与T_i、t_w、

v、R、Q_i有关的函数；并根据每次的运行情况更新温度响应识别数据库中的运行数据:温度t_w、相对湿度

风速v、太阳辐射R,室内温度数据T_i以及供热功率数据Q_i；

其中，Q_i＝1.163G_z,i(t_g,i-t_h,i)，T_i由室温采集系统获取，t_w、

v、R由供热中心安装的气象站记录得到。

所述步骤105根据所述温度响应函数以及各热交换站换热设备的传热能力，得到各换热站的最大允许温降，根据最大允许温降Δt_max＝t_g,i-t_h,i,min，计算各换热站的最小流量G_i,min＝0.86Q_i,min/Δt_max；其中，t_g,i表示供水温度，Q_i,min表示最小供热功率，t_h,i,min表示最低回水温度，具体包括：

根据室温需求T_i，结合气象参数t_w、

v、R，由温度响应函数f确定所需的供热功率Q_i，根据Q_i＝1.163G_z,i(t_g,i-t_h,i)计算得到最低回水温度

进一步得到最大换热温差Δt_max＝t_g,i-t_h,i,min，并根据公式G_i,min＝0.86Q_i,min/Δt_max得到最小流量。

所述步骤106：根据各换热站最小流量综合各换热站的流量需求，确定各换热站的分配流量，具体包括：

对比各换热站最小流量之和ΣG_i,min与锅炉在ΣQ_i下的最大热效率对应的流量G_z,opt，若ΣG_i,min>G_z,opt，则各换热站以各自的G_i,min作为目标流量进行调节；否则，各换热站以各自的G_i,min乘以G_z,opt/ΣG_i,min作为目标流量进行调节。

所述步骤107：根据各换热站的分配流量对各换热站进行供热调节，具体包括：

各换热站按照控制中心下发的分配流量指令控制水泵运行到目标流量，进入下一调节时间段之前，计算调节时间段内的平均供热功率Q_i,mean与所需供热功率Q_i的偏差ΔQ_i，将ΔQ_i作为下一调节时间段的所需供热功率修正值，根据修正值进行供热调节。

步骤102中在供热中心安装微型气象站直接进行监测记录，不用在每个换热站安装气候补偿器，减少了设备投资。

步骤103中建立温度响应特性模型的过程中，以每个换热站为一个输入-输出响应系统，不用分别计算建筑热工性能、建筑性质、用热特点对室内温度响应的影响，简化了分析难度；对每个换热站均建立温度响应特性模型，便于区别控制，有利于发挥各换热站特有的节能优势。

步骤104中依据室温需求确定供热负荷，依据换热能力确定换热温差和运行流量，可以进一步挖掘换热设备的传热潜力，实现大温差供热，减少输送能耗；考虑了运行流量对锅炉热效率的影响，有利于挖掘锅炉节能潜力。

步骤106和步骤107中设定各换热站在一个调节时间段内恒定流量运行，便于调节控制，也利于设备的安全。对下一时刻的负荷进行修正，充分利用了建筑的热惰性；更新温度响应识别数据库中的相关数据，使控制效果逐步提高。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于模式识别的精细化节能供热方法，其特征在于，包括：步骤一：获取供热中心与各热交换站的基础数据；步骤二：获取供热中心与各热交换站运行过程中的运行数据；具体包括：在供热中心安装微型气象站，记录供热过程中室外的气象参数：温度t_w、相对湿度

风速v、太阳辐射R；在供热中心安装现场数据采集系统，记录运行数据：供水温度t_g、回水温度t_h、管网总流量G_z；在换热站安装远程数据采集系统，记录运行数据：供水温度t_g,i、回水温度t_h,i、管网流量G_z,i、室内温度T_i；步骤三：根据获取的基础数据和运行数据得到各热交换站的负荷响应特性，建立每个换热站的建筑室内温度响应模型；步骤四：根据所述温度响应模型得到各换热站的温度响应函数，建立响应函数数据库；步骤五：根据所述温度响应函数以及各热交换站换热设备的传热能力，得到各换热站的最大允许温降Δt_max，根据最大允许温降Δt_max＝t_g,i-t_h,i,min，计算各换热站的最小流量G_i,min＝0.86Q_i/Δt_max；其中，Q_i表示热负荷；t_g,i表示供水温度，t_h,i,min表示最低回水温度，具体包括：根据室温需求T_i，结合气象参数t_w、v、R，由温度响应函数f确定所需的热负荷Q_i，根据Q_i＝1.163G_z,i(t_g,i-t_h,i)计算得到最低回水温度进一步得到最大换热温差Δt_max＝t_g,i-t_h,i,min，并根据公式G_i,min＝0.86Q_i/Δt_max得到最小流量；步骤六：根据各换热站最小流量综合各换热站的流量需求和锅炉的运行效率，确定各换热站的分配流量；步骤七：根据各换热站的分配流量对各换热站进行供热调节；步骤八：重复步骤二至步骤七，更新温度响应识别数据库中的运行数据、室内温度数据以及热负荷数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于模式识别的精细化节能供热方法，其特征在于，所述步骤一中的基础数据具体包括：供热中心与各热交换站的连接管网的管道长度、管道直径、管道标高。

3.根据权利要求1所述的一种基于模式识别的精细化节能供热方法，其特征在于，所述步骤三：根据获取的基础数据和运行数据得到各热交换站的负荷响应特性，建立每个换热站的建筑室内温度响应模型，具体包括：根据获取的基础数据和运行数据建立建筑室内温度响应模型为：式中：q_i—采暖设计热指标，W/m²；T_i—室内温度，℃；A_i—采暖面积，m²；Q_i—热负荷，kW；对各热交换站进行温度响应识别，得到各热交换站的温度响应函数f，f为与T_i、t_w、v、R、Q_i有关的函数；并根据每次的运行情况更新温度响应识别数据库中的运行数据:温度t_w、相对湿度

风速v、太阳辐射R,室内温度数据T_i以及热负荷数据Q_i；其中，Q_i＝1.163G_z,i(t_g,i-t_h,i)，T_i由室温采集系统获取

t_w、v、R由供热中心安装的气象站记录得到。

4.根据权利要求1所述的一种基于模式识别的精细化节能供热方法，其特征在于，所述步骤六：根据各换热站最小流量综合各换热站的流量需求，确定各换热站的分配流量，具体包括：对比各换热站最小流量之和ΣG_i,min与锅炉在ΣQ_i下的最大热效率对应的流量G_z,opt，若ΣG_i,min>G_z,opt，则各换热站以各自的G_i,min作为目标流量进行调节；否则，各换热站以各自的G_i,min乘以G_z,opt/ΣG_i,min作为目标流量进行调节。

5.根据权利要求1所述的一种基于模式识别的精细化节能供热方法，其特征在于，所述步骤七：根据各换热站的分配流量对各换热站进行供热调节，具体包括：各换热站按照控制中心下发的分配流量指令控制水泵运行到目标流量，进入下一调节时间段之前，计算调节时间段内的平均热负荷Q_i,mean与所需热负荷Q_i的偏差ΔQ_i，将ΔQ_i作为下一调节时间段的所需热负荷修正值，根据修正值进行供热调节。

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