CN109240366A - 一种热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法 - Google Patents

一种热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，能够提高室内的舒适性。所述方法包括：预测室外温度值和预测太阳辐射值；根据预测得到的室外温度值和太阳辐射值，预测等效室外温度，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度；根据热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度。本发明涉及建筑领域。

Description

一种热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法
技术领域
本发明涉及建筑领域，特别是指一种热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法。
背景技术
热激活建筑系统由于其自身结构特性，墙体中镶嵌管道的物理结构使得在向建筑内部传热时，热量先传递到墙体，然后墙体再与室内空气换热，由此造成了系统传热时间上的延迟，不能很好的维持室内的舒适性。
现有供暖/冷系统中，考虑太阳辐射对室内环境的影响时，都是从太阳辐射转化为室内负荷的角度考虑。随着人们对舒适性的要求越来高，由于太阳辐射引起的室内温度变化必须考虑到建筑整体运行规划中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，以解决现有技术所存在的供暖/冷系统忽略了太阳辐射影响以及热激活建筑系统传热的延迟，导致室内不舒适的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，包括：
预测室外温度值和太阳辐射值；
根据预测得到的室外温度值和太阳辐射值，预测等效室外温度，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度；
根据热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度。
进一步地，所述根据预测得到的室外温度值和太阳辐射值，预测等效室外温度，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度包括：
将不同围护结构吸收的太阳辐射转化为室外温度的变化；
将转化得到的室外温度变化和预测得到的室外温度值进行叠加，得到等效室外温度；
根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度。
进一步地，所述围护结构包括：外墙、窗户和屋顶；
得到的等效室外温度表示为：
其中，为等效室外温度，t′w为预测得到的室外温度值，为转化得到的室外温度变化，q,c,d分别表示外墙、外窗和屋顶。
进一步地，外墙室外温度变化量表示为：
其中，为外墙室外温度变化量，Kq为外墙传热因子，Fq为外墙实际面积，αqf为外墙外表面对太阳辐射的吸收率，It为太阳辐射照度，αq为外墙外表面对流换热系数，F为围护结构外表面面积；
外窗室外温度变化量表示为：
其中，Kc为外窗传热因子，αglass为外窗太阳得热系数，αc为外窗外表面对流换热系数，Fc为外窗面积；
屋顶室外温度变化量表示为：
其中，Kd为屋顶传热因子，αdf为屋面外表面对太阳辐射的吸收率，αd为屋面外表面对流换热系数，Fd为屋顶面积。
进一步地，所述根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度包括：
根据等效室外温度的分布情况，通过预测模型初步预测k时刻热激活建筑系统的供水温度；
加入反馈机制，将初步预测得到的k-1时刻的供水温度与k-1时刻实际供水温度之间的差值作为校正值添加到k时刻，预测k时刻热激活建筑系统的供水温度。
进一步地，所述预测模型表示为：
其中，为初步预测得到的k时刻的供水温度，Tg,l为热激活建筑系统供水温度的最小值，Tg,h为热激活建筑系统供水温度的最大值，为k时刻的气温系数，由等效室外温度确定。
进一步地，预测得到的k时刻热激活建筑系统的供水温度表示为：
其中，e(k-1)为校正值，Tg(k-1)为k-1时刻实际供水温度，为初步预测得到的k-1时刻的供水温度。
进一步地，与等效室外温度之间的关系表示为：
其中，为等效室外温度。
进一步地，所述根据热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度包括：
测量无供冷条件下室内温度和等效室外温度温度波峰出现的时间差，其中，测量得到的时间差作为调控时间；
在当前时刻，监测调控时间后的等效室外温度，当监测到的等效室外温度大于预设的第一阈值时，将调控时间后的预测供水温度提前至当前时刻。
进一步地，所述方法还包括：
判断室内温度是否大于预设的第二温度阈值，若是，则运行所述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法；
判断室内温度是否小于预设的第三温度阈值，若是，则关闭所述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，预测室外温度值和太阳辐射值；根据预测得到的室外温度值和太阳辐射值，预测等效室外温度，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度；根据热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度。等效室外温度预测控制方法综合考虑了室外温度、太阳辐射对室内环境的影响以及热激活建筑系统传热的延迟作用，从而能够提高室内的舒适性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的预测控制中反馈优化部分的实际供水温度曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的供暖/冷系统忽略了太阳辐射影响以及热激活建筑系统传热的延迟，导致室内不舒适的问题，提供一种热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法。
如图1所示，本发明实施例提供的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，包括：
S101，预测室外温度值和太阳辐射值；
S102，根据预测得到的室外温度值和太阳辐射值，预测等效室外温度，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度；
S103，根据热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度。
本发明实施例所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，预测室外温度值和太阳辐射值；根据预测得到的室外温度值和太阳辐射值，预测等效室外温度，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度；根据热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度。等效室外温度预测控制方法综合考虑了室外温度、太阳辐射对室内环境的影响以及热激活建筑系统传热的延迟作用，从而能够提高室内的舒适性。
本发明实施例所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法作为一种更加有效的热激活建筑系统自动预测运行控制方法，根据对未来任何时间段(可以将24小时为一个完整预测周期)的室外温度和太阳辐射的预测值，预测等效室外温度，并根据等效室外温度的分布情况，预测出该时间段内热激活建筑系统的供水温度；还结合热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到该时间段内最终的热激活建筑系统的供水温度，以应对当室外出现极端环境时再调整系统而造成的室内不舒适情况，对系统的能源分配进行合理配置。
在前述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据预测得到的室外温度值和太阳辐射值，预测等效室外温度，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度包括：
将不同围护结构吸收的太阳辐射转化为室外温度的变化；
将转化得到的室外温度变化和预测得到的室外温度值进行叠加，得到等效室外温度；
根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度。
本发明实施例所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，适用于任何气候区情况下的热激活建筑系统，针对不同气候区下建筑不同的围护结构性能参数，可调整控制方法中的传热因子，然后不同围护结构吸收的太阳辐射转化为室外温度的变化，将转化得到的室外温度变化和室外温度进行叠加，得到等效室外温度(例如，等效室外温度的小时分布值)，以此作为建筑供暖(冷)工况的判断条件，改善了传统暖(冷)系统中只考虑室外温度的情况。然后，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度。
本实施例中，所述不同围护结构包括但不限于：外墙、窗户和屋顶。
在前述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法的具体实施方式中，进一步地，得到的等效室外温度表示为：
其中，为等效室外温度，t′w为预测得到的室外温度值，为转化得到的室外温度变化，q,c,d分别表示外墙、外窗和屋顶。
在前述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法的具体实施方式中，进一步地，外墙等效室外温度变化量表示为：
其中，为外墙室外温度变化量，Kq为外墙传热因子，Fq为外墙实际面积，αqf为外墙外表面对太阳辐射的吸收率，It为太阳辐射照度，αq为外墙外表面对流换热系数，F为围护结构外表面面积。
本实施例中，外窗室外温度变化量表示为：
其中，Kc为外窗传热因子，αglass为外窗太阳得热系数，αc为外窗外表面对流换热系数，Fc为外窗面积。
本实施例中，屋顶室外温度变化量表示为：
其中，Kd为屋顶传热因子，αdf为屋面外表面对太阳辐射的吸收率，αd为屋面外表面对流换热系数，Fd为屋顶面积。
在前述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度包括：
根据等效室外温度的分布情况，通过预测模型初步预测k时刻热激活建筑系统的供水温度；
加入反馈机制，将初步预测得到的k-1时刻的供水温度与k-1时刻实际供水温度之间的差值作为校正值添加到k时刻，预测k时刻热激活建筑系统的供水温度。
在前述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法的具体实施方式中，进一步地，所述预测模型表示为：
其中，为初步预测得到的k时刻的供水温度，Tg,l为热激活建筑系统供水温度的最小值，Tg,h为热激活建筑系统供水温度的最大值，为k时刻的气温系数，由等效室外温度确定。
本实施例中，与等效室外温度之间的关系表示为：
其中，为等效室外温度。
本实施例中，初步预测供水温度时由等效室外温度、热激活建筑系统供水温度的最大值和最小值决定。
在前述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法的具体实施方式中，进一步地，预测得到的k时刻热激活建筑系统的供水温度表示为：
其中，e(k-1)为校正值，Tg(k-1)为k-1时刻实际供水温度，为初步预测得到的k-1时刻的供水温度。
本实施例中，对于预测控制来讲，需要保证控制程序输出稳定性，因此需要加入反馈机制，具体的：在初步预测出k时刻的供水温度之后，还进行了反馈优化处理，优化中采取了实际供水温度进行校正。
本实施例中，所述实际供水温度由室外温度补偿供水温度控制方法确定，如图2所示，曲线阴影部分是热激活建筑系统供水温度选择区间，实际供水温度值根据该建筑所在气候区以及室内人员对舒适性和能耗要求确定。所述实际供水温度由室外温度决定，而不是等效室外温度。图2中横坐标为室外温度(即：环境温度)，纵坐标为供水温度(实际供水温度)，室外温度大于30℃时，实际供水温度为恒定值，不在随室外温度的增加而降低，室外温度小与20℃时，实际供水温度也不再随室外温度的降低而升高，当室外温度在20℃-30℃之间时，实际供水温度是一条室外温度的函数。
本实施例中，通过预测的等效室外温度，对热激活建筑系统供水温度进行初步预测，且通过上一(k-1)时刻实际供水温度和初步预测得到的上一(k-1)时刻的供水温度之间的差值进行校正，校正量作用于k时刻，此时输出预测得到的k时刻的供水温度。
在前述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度包括：
测量无供冷条件下室内温度和等效室外温度温度波峰出现的时间差，其中，测量得到的时间差作为调控时间；
在当前时刻，监测调控时间后的等效室外温度，当监测到的等效室外温度大于预设的第一阈值时，将调控时间后的预测供水温度提前至当前时刻。
本实施例中，预测热激活建筑系统的供水温度后，考虑到热激活建筑系统传热延迟的时间，还需对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度，具体的：
考虑到建筑热惰性的影响，将实际测量的无供冷条件下室内温度和等效室外温度温度波峰出现的时间差作为调控时间，对所预测的全天供水温度进行合理优化，在输出最终预测供水温度前，时刻判断调控时间之后的等效室外温度，以调控时间为3小时为例，则每个循环时刻监测3小时后的等效室外温度，当监测到等效室外温度大于预设的第一阈值(例如，35℃)时，将3小时后的预测供水温度提前至当前时刻，当日剩余时间供水温度全部提前，直到第二天开始新的循环，至此，输出最终预测供水温度，以防由于高温和建筑传热的延迟造成的室内不舒适。
在前述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法的具体实施方式中，进一步地，所述方法还包括：
判断室内温度是否大于预设的第二温度阈值，若是，则运行所述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法；
判断室内温度是否小于预设的第三温度阈值，若是，则关闭所述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法。
本实施例中，所述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法是否运行受室内温度反馈控制，当室内温度大于预设的第二温度阈值(例如，23℃)时运行，当室内温度小于预设的第三温度阈值(例如，26℃)时，则关闭。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，包括：
预测室外温度值和预测太阳辐射值；
根据预测得到的室外温度值和太阳辐射值，预测等效室外温度，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度；
根据热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度。
2.根据权利要求1所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，所述根据预测得到的室外温度值和太阳辐射值，预测等效室外温度，根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度包括：
将不同围护结构吸收的太阳辐射转化为室外温度的变化；
将转化得到的室外温度变化和预测得到的室外温度值进行叠加，得到等效室外温度；
根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度。
3.根据权利要求2所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，所述围护结构包括：外墙、外窗和屋顶；
得到的等效室外温度表示为：
其中，为等效室外温度，t′w为预测得到的室外温度值，为转化得到的室外温度变化，q,c,d分别表示外墙、外窗和屋顶。
4.根据权利要求3所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，外墙室外温度变化量表示为：
其中，为外墙室外温度变化量，Kq为外墙传热因子，Fq为外墙实际面积，αqf为外墙外表面对太阳辐射的吸收率，It为太阳辐射照度，αq为外墙外表面对流换热系数，F为围护结构外表面面积；
外窗室外温度变化量表示为：
其中，Kc为外窗传热因子，αglass为外窗太阳得热系数，αc为外窗外表面对流换热系数，Fc为外窗面积；
屋顶室外温度变化量表示为：
其中，Kd为屋顶传热因子，αdf为屋面外表面对太阳辐射的吸收率，αd为屋面外表面对流换热系数，Fd为屋顶面积。
5.根据权利要求1所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，所述根据等效室外温度的分布情况，预测热激活建筑系统的供水温度包括：
根据等效室外温度的分布情况，通过预测模型初步预测k时刻热激活建筑系统的供水温度；
加入反馈机制，将初步预测得到的k-1时刻的供水温度与k-1时刻实际供水温度之间的差值作为校正值添加到k时刻，预测k时刻热激活建筑系统的供水温度。
6.根据权利要求5所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，所述预测模型表示为：
其中，为初步预测得到的k时刻的供水温度，Tg,l为热激活建筑系统供水温度的最小值，Tg,h为热激活建筑系统供水温度的最大值，为k时刻的气温系数，由等效室外温度确定。
7.根据权利要求6所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，预测得到的k时刻热激活建筑系统的供水温度表示为：
其中，e(k-1)为校正值，Tg(k-1)为k-1时刻实际供水温度，为初步预测得到的k-1时刻的供水温度。
8.根据权利要求6所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，与等效室外温度之间的关系表示为：
其中，为等效室外温度。
9.根据权利要求1所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，所述根据热激活建筑系统传热延迟的时间，对已预测出的供水温度进行调整，得到最终的热激活建筑系统的供水温度包括：
测量无供冷条件下室内温度和等效室外温度温度波峰出现的时间差，其中，测量得到的时间差作为调控时间；
在当前时刻，监测调控时间后的等效室外温度，当监测到的等效室外温度大于预设的第一阈值时，将调控时间后的预测供水温度提前至当前时刻。
10.根据权利要求1所述的热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断室内温度是否大于预设的第二温度阈值，若是，则运行所述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法；
判断室内温度是否小于预设的第三温度阈值，若是，则关闭所述热激活建筑系统等效室外温度预测控制方法。
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