CN111859611A - 基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，包括以下步骤：1.建立细粒度用能数据，2.判定保温加热事件和加热时间，3.根据能量守恒进行数据分析，4.定义并参考保温性能参数。本发明基于电热水器的启停时刻、加热功率、加热电量等细粒度用能数据，分析电热水器保温散热事件导致电热水器加热与水温升高的能量守恒关系，结合电热水器的参数特征与实际工况，进一步建立电热水器保温性能评估参数，形成对电热水器实际工况下的保温性能的计算评估，解决对电热水器保温性能的模糊认知；有助于电热水器生产厂家根据参数进行产品升级和质量提升，有助于用户深刻理解所使用的的电热水器的保温性能，减少不必要的电能浪费。

Description

基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法
技术领域
本发明涉及基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，属于电热水器保温性能评估技术领域。
背景技术
随着居民生活水平的不断提高，电热水器作为常用的家用电器已经走入大部分家庭。长期以来，电热水器实际工况下的保温性能没有对应的考量办法，现有电热水器的生产厂家只是在实验条件下标注了电热水器的能效水平情况，针对电热水器的保温性能的描述通常以电热水器的用材为依据，停留在理论保温效果描述层面，对电热水器的实际工况下的保温效果未深入研究。
当前，随着非介入负荷辨识技术、智能插座技术的发展与应用，电热水器这样的大功率电器的用能情况已经可以很好的捕获，从而为电热水器的性能考察提供了数据基础。鉴于节能减排、绿色发展的理念在逐步推广，广大居民用户对自身能耗的关注水平也在与日俱增，电热水器作为大功率电器，其实际能耗情况受到诸多关注。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，其具体技术方案如下：
基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，包括以下步骤：
步骤一：建立细粒度用能数据：记录电热水器启停时刻、加热功率、电量消耗值，并依此判断电热水器因自然散热引起的加热事件；
步骤二：判定保温加热事件和加热时间：按时统计电热水器的加热次数和加热时长，选取加热时长出现频率最多的作为加热事件HActbw的加热时长tbw；
步骤三：根据能量守恒进行数据分析：电热水器内的水体低于保温值的热量损失与电热水器将水体加热至保温值所消耗的电能守恒，即：
Figure BDA0002525781130000011
整理后得，
Figure BDA0002525781130000012
式中，Eheat为消耗的电量，单位为kW·h；Pheat为电热水器的加热功率，单位为kW；C为水体的比热容，即C为4.2×103J/(kg·℃)；ΔT为电热水器设定的保温值时水体温度Tset与加热启动温度Tbottom的差值；ρ为水的密度，ρ＝1×103kg/m3；Vh为电热水器的容积，单位为L；
步骤四：定义保温性能参数：统计保温加热事件HActbw距离上次加热事件的时间间隔tΔ的稳定分布情况，定义λbw为衡量电热水器的实际保温性能参数，即：
Figure BDA0002525781130000021
综合式2和式3，得
Figure BDA0002525781130000022
式中，λbw为电热水器单位容积每小时下降的温度℃/(L·h)，从式4得λbw出越大，电热水器的实际保温性能越差，反之，电热水器的实际保温性能越好。
进一步的，所述步骤一中电热水器的启停时刻精确到分钟。
进一步的，所述步骤二中按月统计电热水器的加热次数和对应的加热时长，并限定tbw∈[1，6]min，对应的Hfreq∈[30，900]次。
进一步的，所述步骤三中设置正常情况下ΔT∈[3,5]℃。
进一步的，所述步骤四中限值tΔ∈[45，180]，其单位为min。
本发明的有益效果：
本发明基于电热水器的启停时刻、加热功率、加热电量等细粒度用能数据，分析电热水器保温散热事件导致电热水器加热与水温升高的能量守恒关系，结合电热水器的参数特征与实际工况，设立主要变量的物理约束范围，进一步建立电热水器保温性能评估参数，形成对电热水器实际工况下的保温性能的计算评估，有效解决对电热水器保温性能的模糊认知；有助于电热水器生产厂家根据参数进行产品升级和质量提升，有助于用户深刻理解所使用的的电热水器的保温性能，减少不必要的电能浪费。
附图说明
图1是本发明的操作流程图，
图2是本发明的电热水器容积与保温启动温差关系图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明的基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，首先，建立细粒度用能数据：记录电热水器启停时刻、加热功率、电量消耗值，并依此判断电热水器因自然散热引起的加热事件，电热水器启停时刻精确到分钟级；其次，判定保温加热事件和加热时间：按月统计电热水器的加热次数和加热时长，选取加热时长出现频率最多的作为加热事件HActbw的加热时长tbw，并限定tbw∈[1，6]min，对应的Hfreq∈[30，900]次；然后，根据能量守恒进行数据分析：电热水器内的水体低于保温值的热量损失与电热水器将水体加热至保温值所消耗的电能守恒，即：
Figure BDA0002525781130000031
整理后得，
Figure BDA0002525781130000032
式中，Eheat为消耗的电量，单位为kW·h；Pheat为电热水器的加热功率，单位为kW；C为水体的比热容，即C为4.2×103J/(kg·℃)；ΔT为电热水器设定的保温值时水体温度Tset与加热启动温度Tbottom的差值，正常情况下ΔT∈[3,5]℃；ρ为水的密度，ρ＝1×103kg/m3；Vh为电热水器的容积，单位为L；最后，定义保温性能参数：统计保温加热事件HActbw距离上次加热事件的时间间隔tΔ的稳定分布情况，限值tΔ∈[45，180]，其单位为min，定义λbw为衡量电热水器的实际保温性能参数，即：
Figure BDA0002525781130000033
综合式2和式3，得
Figure BDA0002525781130000034
式中，λbw为电热水器单位容积每小时下降的温度℃/(L·h)，从式4得λbw出越大，电热水器的实际保温性能越差，反之，电热水器的实际保温性能越好。
实施例一：
对用户家庭电热水器进行细粒度用能数据统计，统计出tbw＝5min，Hfreq＝204次，tΔ＝109min满足限定值范围，即tbw∈[1，6]min，对应的Hfreq∈[30，900]次，tΔ∈[45，180]。
将tbw＝5min，Hfreq＝204次代入公式1，即
Figure BDA0002525781130000041
得Pheat＝2.17kW，代入公式2，即
Figure BDA0002525781130000042
得Vh×ΔT＝155，根据下表
序号 直径(mm) 容量(L) 外表面积(m<sup>2</sup>)
1 380 40 0.9
2 380 50 1.02
3 380 60 1.18
4 450 80 1.39
5 450 100 1.61
Vh的取值范围及图2中Vh与ΔT的关系式，可知，当Vh＝40L或Vh＝50L，才能保证ΔT处于设定范围内。
将以上所得数据代入公式4，即
Figure BDA0002525781130000043
得用户所用的电热水器的单位容积每小时下降的温度范围为λbw∈[0.0326,0.051]℃/(L·h)。
本发明基于电热水器的启停时刻、加热功率、加热电量等细粒度用能数据，分析电热水器保温散热事件导致电热水器加热与水温升高的能量守恒关系，结合电热水器的参数特征与实际工况，设立主要变量的物理约束范围，进一步建立电热水器保温性能评估参数，形成对电热水器实际工况下的保温性能的计算评估，有效解决对电热水器保温性能的模糊认知；有助于电热水器生产厂家根据参数进行产品升级和质量提升，有助于用户深刻理解所使用的的电热水器的保温性能，减少不必要的电能浪费。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：建立细粒度用能数据：记录电热水器启停时刻、加热功率、电量消耗值，并依此判断电热水器因自然散热引起的加热事件；
步骤二：判定保温加热事件和加热时间：按时统计电热水器的加热次数和加热时长，选取加热时长出现频率最多的作为加热事件HActbw的加热时长tbw；
步骤三：根据能量守恒进行数据分析：电热水器内的水体低于保温值的热量损失与电热水器将水体加热至保温值所消耗的电能守恒，即：
Figure FDA0002525781120000011
整理后得，
Figure FDA0002525781120000012
式中，Eheat为消耗的电量，单位为kW·h；Pheat为电热水器的加热功率，单位为kW；C为水体的比热容，即C为4.2×103J/(kg·℃)；ΔT为电热水器设定的保温值时水体温度Tset与加热启动温度Tbottom的差值；ρ为水的密度，ρ＝1×103kg/m3；Vh为电热水器的容积，单位为L；
步骤四：定义并参考保温性能参数：统计保温加热事件HActbw距离上次加热事件的时间间隔tΔ的稳定分布情况，定义λbw为衡量电热水器的实际保温性能参数，即：
Figure FDA0002525781120000013
综合式2和式3，得
Figure FDA0002525781120000014
式中，λbw为电热水器单位容积每小时下降的温度℃/(L·h)，从式4得λbw出越大，电热水器的实际保温性能越差，反之，电热水器的实际保温性能越好。
2.根据权利要求1所述的基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，其特征在于：所述步骤一中电热水器的启停时刻精确到分钟。
3.根据权利要求1所述的基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，其特征在于：所述步骤二中按月统计电热水器的加热次数和对应的加热时长，并限定tbw∈[1，6]min，对应的Hfreq∈[30，900]次。
4.根据权利要求1所述的基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，其特征在于：所述步骤三中设置正常情况下ΔT∈[3,5]℃。
5.根据权利要求1所述的基于细粒度用能数据的电热水器实际保温性能评估方法，其特征在于：所述步骤四中限值tΔ∈[45，180]，其单位为min。
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