CN109816552A - 一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法 - Google Patents

一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,涉及居民小区低压燃气管网水力计算领域。本发明先确定社区的基本参数包括社区的居民总用户数,社区燃气使用高峰时段单一用户的燃气灶具开足使用概率,同时工作系数的置信水,再根据居民总用户数对社区进行分类,根据不同的社区的规模大、小,分别选择正态分布函数法计算T或二项式分布函数法,通过采用参数替换法推导出正态分布函数法中的2个重要参数:期望值a和方差σ2。通过本发明公开的方法所确定的居民燃气灶具的同时工作系数可以用于指导新形势复杂居民用气环境下,居民小区燃气管网水力计算,以及确定管网布局和管径。

Description

一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法
技术领域
本发明涉及居民小区低压燃气管网水力计算领域,尤其涉及一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法。
背景技术
居民的灶具是其所使用的各种燃气设备的总称。居民燃气灶具的同时工作系数是居民小区燃气管网水力计算,进而确定管网布局和管径的重要依据。在燃气发展的一百五十多年的历程中,前辈们经过长期的、大量的调查、测量、计算,提供了一整套完整、可靠的数据,惠及今天的燃气管网设计人员。
但是,随着人民生活水平的不断提高,居住条件迅速改善,对管道燃气有了新的需求,如使用燃气热水炉为地板提供热水采暖,这极大地增加了居民小区燃气的计算流量。并且燃气热水炉的使用的时段、负荷变化,使管道燃气流量大小及变化,与之前居民普遍使用的双眼灶(炊事)、快速热水器(洗浴、洗涤)有很大的不同,因此针对新情况,新的同时工作系数的尽快确定应是当务之急。
目前,许多燃气公司已经或正在建设智能管网,居民的智能燃气表在迅速普及,能方便、快速地获得相关的大数据,可以为同时工作系数的确定提供可靠的保障,若能建立一套可靠的数学模型计算,就可以便捷地对大数据进行分析、整理,形成一整套正确的同时工作系数数据。
因此,本领域的技术人员致力于开发一种能适应新形势下社区燃气需求的居民燃气灶具的同时工作系数的方法。通过该方法所确定的居民燃气灶具的同时工作系数可以用于指导新形势复杂居民用气环境下,居民小区燃气管网水力计算,以及确定管网布局和管径。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是随着人民生活水平的不断提高和居住条件迅速改善,对管道燃气有了新的需求,新的同时工作系数如何确定。
为实现上述目的,本发明提供了一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:确定社区的基本参数包括n,p,Z;所述p为所述社区燃气使用高峰时段单一用户的燃气灶具开足使用概率,所述n为所述社区的居民总用户数,所述Z为所述社区的居民燃气灶具的同时工作系数的置信水平,取所述社区的居民燃气灶具的同时工作系数为T;
步骤2:根据所述n,进行社区分类,所述社区分类包括第一类社区,第二类社区,第三类社区;若所述社区为第三类社区则计算终止;若所述社区为第一类社区则转步骤3,若所述社区为第二类社区则转步骤4;
步骤3:采用二项式分布函数法计算所述T;
步骤4:采用正态分布函数法计算所述T。
进一步地,所述步骤1中,所述p的确定方法为通过现有社区已有数据逆向推算法或类比法获得。
进一步地,所述步骤1中,所述p的确定方法还可以通过对居民用气的大数据进行分析,归纳和处理法获得。
进一步地,所述步骤2中,所述社区的分类规则为:所述n小于10时,所述社区为第一类社区;所述n大于等于10且小于等于2000时,所述社区为第二类社区;所述n大于2000时,所述社区为第三类社区。
进一步地,所述步骤3中二项式分布函数如下:
步骤3.1:根据所述步骤1中确定的所述p,所述n和所述Z,确定所述社区居民燃气灶具开足使用的最大居民数的分布函数如下:
其中,x为所述社区居民燃气灶具开足使用的最大用户数;所述x的值为整数且小于等于n;
步骤3.2:定义所述T的取值区间边界值T1和T2,则有:
T∈[T1,T2];
根据所述步骤3.1,按照如下方法确定所述T1和所述T2的值:
当F(x)<Z且F(x+1)>Z,
步骤3.3:由所述T1的值和所述T2的值,依据插值法确定T值。
进一步地,所述步骤3.3中的差值法为线性插值,具体方法如下:
T=(Z-F(x))÷(F(x+1)-F(x))×(T2-T1)+T1。
进一步地,所述步骤4中正态分布函数法如下:
步骤4.1:定义所述社区居民燃气灶具开足使用的平均最大用户数符合正态分布,所述正态分布的分布函数如下:
其中,y为所述社区居民燃气灶具开足使用的平均最大用户数,a为所述正态分布的期望值,σ为所述正态分布的标准差;
步骤4.2:取t=(y-a)/σ,将所述步骤4.1中的所述分布函数转化为标准正态分布函数如下:
根据所述T对应的所述Z,查标准正态分布的分布函数表,采用差值法确定所述t值;
步骤4.3:根据所述n和所述p按照如下关系确定所述a:
a=n×p;
步骤4.4:根据所述n和所述p按照如下关系确定所述σ:
步骤4.5:按照如下关系确定所述y:
y=t×σ+a;
步骤4.6:根据所述步骤4.5中确定的所述y的值,按照如下关系确定所述T:
T=y/n。
进一步地,所述步骤4.1中,所述y值大于等于0且小于等于所述n。
进一步地,所述步骤4.3中,包含如下步骤:
步骤4.3.1:根据所述a的定义有如下关系:
步骤4.3.2:取m=n-1,j=i-1,对所述步骤4.3.1中的式子进行简化得到:
进一步地,所述步骤4.4中,包含如下步骤:
步骤4.4.1:确定y2的期望值E(y2),根据E(y2)的定义可知:
步骤4.4.2:取m=n-1,j=i-1,对所述步骤4.4.1中的式子进行简化得到:
通过提取公因项m和p,分子、分母对应约去共同项,取L=m-1,k=j-1,可将所述E(y2)的数学表达式进一步简化为:
E(y2)=np+np2m;
步骤4.4.3:根据步骤4.3.2和步骤4.4.2,确定所述正态分布的所述标准差σ,有如下关系:
与现有技术相比,通过本发明所提出的计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法的实施,达到了以下明显的技术效果:
1、本发明提供的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,科学合理地将概率论的理论应用到社区居民燃气灶具的同时工作系数的确定上,较好地适应了人民群众对管道燃气的使用用量和用途种类的新需求。
2、本发明提供的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,方法使用简单,精度高,且可以根据不同的社区规模,灵活选择相应的方法。
以下将对本发明的构思及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
以下介绍本发明的优选实施例,使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现,本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
本发明提供了一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,具体包含如下步骤:
步骤1:确定社区的基本参数包括n,p,Z;p为社区燃气使用高峰时段单一用户的燃气灶具开足使用概率,n为社区的居民总用户数,取所述社区的居民燃气灶具的同时工作系数为T,所述Z为所述T的置信水平;
步骤2:根据n,进行社区分类,社区分类包括第一类社区,第二类社区,第三类社区;若社区为第三类社区则计算终止;若社区为第一类社区则转步骤3,若社区为第二类社区则转步骤4;
步骤3:采用二项式分布函数法计算T;
步骤4:采用正态分布函数法计算T。
步骤1中,p的确定方法为通过现有社区已有数据逆向推算法或类比法获得,也可以通过对居民用气的大数据进行分析,归纳和处理法获得。
步骤2中,社区的分类规则为:n小于10时,社区为第一类社区;n大于等于10且小于等于2000时,社区为第二类社区;n大于2000时,社区为第三类社区。
步骤3中二项式分布函数如下:
步骤3.1:根据步骤1中确定的p,n和Z,确定社区居民燃气灶具开足使用的最大居民数的分布函数如下:
其中,x为社区居民燃气灶具开足使用的最大用户数;x的值为整数且小于等于n;
步骤3.2:定义T的取值区间边界值T1和T2,则有:
T∈[T1,T2];
根据步骤3.1,按照如下方法确定T1和T2的值:
当F(x)=Z,
当F(x)<Z且F(x+1)>Z,
步骤3.3:由T1的值和T2的值,依据插值法确定T值。
步骤3.3中的差值法为线性插值,具体方法如下:
T=(Z-F(x))÷(F(x+1)-F(x))×(T2-T1)+T1。
步骤4中正态分布函数法如下:
步骤4.1:定义社区居民燃气灶具开足使用的平均最大用户数符合正态分布,正态分布的分布函数如下:
其中,y为社区居民燃气灶具开足使用的平均最大用户数,a为正态分布的期望值,σ为正态分布的标准差;
步骤4.2:取t=(y-a)/σ,将步骤4.1中的分布函数转化为标准正态分布函数如下:
根据T对应的Z,查标准正态分布的分布函数表,采用差值法确定t值;
步骤4.3:根据n和p按照如下关系确定a:
a=n×p;
步骤4.4:根据n和p按照如下关系确定σ:
步骤4.5:按照如下关系确定y:
y=t×σ+a;
步骤4.6:根据步骤4.5中确定的y的值,按照如下关系确定T:
T=y/n。
步骤4.1中,y值大于等于0且小于等于n。
步骤4.3中,包含如下步骤:
步骤4.3.1:根据a的定义有如下关系:
步骤4.3.2:取m=n-1,j=i-1,对步骤4.3.1中的式子进行简化得到:
步骤4.4中,包含如下步骤:
步骤4.4.1:确定y2的期望值E(y2),根据E(y2)的定义可知:
步骤4.4.2:取m=n-1,j=i-1,对步骤4.4.1中的式子进行简化得到:
通过提取公因项m和p,分子、分母对应约去共同项,取L=m-1,k=j-1,可将E(y2)的数学表达式进一步简化为:
步骤4.4.3:根据步骤4.3.2和步骤4.4.2,确定正态分布的标准差σ,有如下关系:
计算例1:
已知某居民小区居民总用户数n=5,采用类比法得到该小区燃气使用高峰时段单一用户的燃气灶具开足使用概率p=0.235,取同时工作系数T的置信水平Z=0.99,采用二项式分布函数法见表1。
表1:5户同时工作系数计算表
由上表可知
F(3)<Z=0.99;F(4)>Z=0.99;
所以有:
按照线性插值法可知:
T=(0.99-0.988)÷(0.999-0.988)×(0.8-0.6)+0.6≈0.64;
对照《城镇燃气设计规范》(GB50028-2006)附录F,5户居民,使用燃气双眼灶的同时工作系数为0.68,相对误差为(0.64-0.68)÷0.68=-5.88%。
计算例2:
例2:已知某居民小区居民总用户数n=10,通过对居民用气的大数据进行分析,归纳和处理法获得到该小区燃气使用高峰时段单一用户的燃气灶具开足使用概率p=0.235,取同时工作系数T的置信水平Z=0.99。
查找标准正态分布分布函数表,运用线性差值法可知置信水平Z=0.99时t=2.326,由步骤4.3.2可知:
a=n×p=2.35;
由步骤4.4.3可知:
由步骤4.2可知t=(y-a)/σ,
所以y=5.469
由步骤4.6可知:
T=y/n=0.5469。
对照《城镇燃气设计规范》(GB50028-2006)附录F,10户居民,使用燃气双眼灶的同时工作系数为0.54,相对误差为(0.5469-0.54)÷0.54=1.27%。
运用正态分布函数法对只使用燃气双眼灶的不户数的同时工作系数进行计算,并与GB50028-2006附录F进行逐项对比,见表2。
表2:同时工作系数计算表
通过表2分析可知,运用本发明提供的同时工作系数的方法得到的同时工作系数与实际测量值相当接近(其中84%部分的偏差在±4.0%以内,最大负偏差是-2.69%,最大正偏差是+10.91%),因此精度满足小区管网水力计算要求。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:确定社区的基本参数包括n,p,Z;所述p为所述社区燃气使用高峰时段单一用户的燃气灶具开足使用概率,所述n为所述社区的居民总用户数,所述Z为所述社区的居民燃气灶具的同时工作系数的置信水平,取所述社区的居民燃气灶具的同时工作系数为T;
步骤2:根据所述n,进行社区分类,所述社区分类包括第一类社区,第二类社区,第三类社区;若所述社区为第三类社区则计算终止;若所述社区为第一类社区则转步骤3,若所述社区为第二类社区则转步骤4;
步骤3:采用二项式分布函数法计算所述T;
步骤4:采用正态分布函数法计算所述T。
2.如权利要求1所述的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,所述步骤1中,所述p的确定方法为通过现有社区已有数据逆向推算法或类比法获得。
3.如权利要求1所述的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,所述步骤1中,所述p的确定方法还可以通过对居民用气的大数据进行分析,归纳和处理法获得。
4.如权利要求1所述的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,所述步骤2中,所述社区的分类规则为:所述n小于10时,所述社区为第一类社区;所述n大于等于10且小于等于2000时,所述社区为第二类社区;所述n大于2000时,所述社区为第三类社区。
5.如权利要求1所述的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,所述步骤3中二项式分布函数如下:
步骤3.1:根据所述步骤1中确定的所述p,所述n和所述Z,确定所述社区居民燃气灶具开足使用的最大居民数的分布函数如下:
其中,x为所述社区居民燃气灶具开足使用的最大用户数;所述x的值为整数且小于等于n;
步骤3.2:定义所述T的取值区间边界值T1和T2,则有:
T∈[T1,T2];
根据所述步骤3.1,按照如下方法确定所述T1和所述T2的值:
当F(x)=Z,
当F(x)<Z且F(x+1)>Z,
步骤3.3:由所述T1的值和所述T2的值,依据插值法确定T值。
6.如权利要求5所述的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,所述步骤3.3中的差值法为线性插值,具体方法如下:
T=(Z-F(x))÷(F(x+1)-F(x))×(T2-T1)+T1。
7.如权利要求1所述的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,所述步骤4中正态分布函数法如下:
步骤4.1:定义所述社区居民燃气灶具开足使用的平均最大用户数符合正态分布,所述正态分布的分布函数如下:
其中,y为所述社区居民燃气灶具开足使用的平均最大用户数,a为所述正态分布的期望值,σ为所述正态分布的标准差;
步骤4.2:取t=(y-a)/σ,将所述步骤4.1中的所述分布函数转化为标准正态分布函数如下:
根据所述T对应的所述Z,查标准正态分布的分布函数表,采用差值法确定所述t值;
步骤4.3:根据所述n和所述p按照如下关系确定所述a:
a=n×p;
步骤4.4:根据所述n和所述p按照如下关系确定所述σ:
步骤4.5:按照如下关系确定所述y:
y=t×σ+a;
步骤4.6:根据所述步骤4.5中确定的所述y的值,按照如下关系确定所述T:
T=y/n。
8.如权利要求7所述的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,所述步骤4.1中,所述y值大于等于0且小于等于所述n。
9.如权利要求7所述的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,所述步骤4.3中,包含如下步骤:
步骤4.3.1:根据所述a的定义有如下关系:
步骤4.3.2:取m=n-1,j=i-1,对所述步骤4.3.1中的式子进行简化得到:
10.如权利要求7所述的一种计算居民燃气灶具的同时工作系数的方法,其特征在于,所述步骤4.4中,包含如下步骤:
步骤4.4.1:确定y2的期望值E(y2),根据E(y2)的定义可知:
步骤4.4.2:取m=n-1,j=i-1,对所述步骤4.4.1中的式子进行简化得到:
通过提取公因项m和p,分子、分母对应约去共同项,取L=m-1,k=j-1,可将所述E(y2)的数学表达式进一步简化为:
E(y2)=np+np2m;
步骤4.4.3:根据步骤4.3.2和步骤4.4.2,确定所述正态分布的所述标准差σ,有如下关系:
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