CN114517930A - 一种融合机理和数据的热网换热站供热调节方法和装置 - Google Patents

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CN114517930A CN202111633503.9A CN202111633503A CN114517930A CN 114517930 A CN114517930 A CN 114517930A CN 202111633503 A CN202111633503 A CN 202111633503A CN 114517930 A CN114517930 A CN 114517930A
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曹凯
郑璐
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Abstract

本发明涉及一种融合机理和数据的热网换热站供热调节方法和装置。该方法根据换热站的换热机理以及室外环境与室内环境间的换热机理，辨识影响室温的各个变量(包括换热站供水出站温度、室外温度、辐射能、风速等)，进而建立包含这些变量的用户建筑采暖模型；根据建立的用户建筑采暖模型对室内温度进行调节，使室内温度保持平稳。该方法通过研究影响热负荷大小的各种因素，并以数学模型为基础，提高了供暖的可操作性，能够对室温进行优化调节，使室温保持稳定最终实现了供热的精细化和智能化管理。

Description

一种融合机理和数据的热网换热站供热调节方法和装置
技术领域
本发明属于供热技术领域，具体涉及一种融合机理和数据的热网换热站供热调节方法和装置。
背景技术
中国正在加快推进城镇化，民用建筑、采暖区和采暖区总能耗将倍增。东北、西北、华北大部分城市实现了集中供热。集中供热大大节约了能源，但集中供热仍有很大的节能潜力。目前存在着一些问题。很重要的一个问题就是换热站调节效率低，效率调节能力不高。大多数换热站供温曲线调节方法是经验调节，这种调整没有理论依据。为了防止热用户投诉，通常会造成过度加热，导致房间过热，而热用户由于室内温度过高，不得不打开窗户以达到降温的目的。这种状态使得热源的科学有效调节显得尤为重要。
目前，国内调整手段大多分为以下几个：改变供热介质温度的质调节；改变供热介质流量的量调节；同时改变温度和流量的质、量综合调节；改变供热时间的间歇调节。城市热水供热系统常采用集中的质调节，然而目前质调节影响因素很多，常常因为管道本身特性、天气情况以及人工经验的不同而导致供热不合理。
对于质调节的换热站，换热站供温曲线采取的调节方式是质调节，根据室外温度进行调节二次网供热温度，但是天气状况包括辐射强度以及风速在很大程度上影响供温调节，不考虑天气状况的调节或者根据天气情况进行经验调节，都无法满足精细化调节二次供热温度，进而导致室内温度的波动过大或者浪费能源。
发明内容
为了使供热管网的调整更加合理有效，推进智能供热网络向更科学规制的方向发展，本发明提供一种融合机理和数据的热网换热站供热调节方法和装置。该方法通过研究影响热负荷大小的各种因素，并以数学模型为基础，提高了供暖的可操作性，能够对室温进行优化调节，使室温保持稳定最终实现了供热的精细化和智能化管理。
本发明建立融合机理与数据的换热站模型，该模型在考虑换热站、室温换热的机理基础上，加以大量历史数据进行综合性建模。该模型将室外温度、辐射强度、风速、室内温度、二次网供热温度(换热站供水出站温度)考虑其中，进而辨识影响室温的各个变量，由此得出模型，进而根据该模型给出考虑天气情况的静态供温曲线，从而即使在剧烈的天气变化情况下也能使室温呈现平稳的变化。
本发明采用的技术方案如下：
一种融合机理和数据的热网换热站供热调节方法，包括以下步骤：
1)根据换热站的换热机理以及室外环境与室内环境间的换热机理，融合历史数据信息，辨识影响室温的各个变量，进而建立包含这些变量的用户建筑采暖模型；
2)根据建立的用户建筑采暖模型对室内温度进行调节，使室内温度保持平稳。
进一步地，所述影响室温的各个变量包括：换热站供水出站温度、室外温度、辐射能、风速。
进一步地，根据换热机理、能量守恒定律建立所述用户建筑采暖模型，如下式所示：
Figure BDA0003441752010000021
其中各参数的含义如下：
α0——室外环境与室内环境间换热过程的换热系数，单位：w/(m2*℃)；
A0——室外环境与室内环境间换热过程的换热面积，单位：m2；
cp0——室外环境与室内环境间换热过程换热工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)；
α1——室内换热器的换热系数，单位：w/(m2*℃)；
A1——室内换热器的换热面积，单位：m2；
cp1——室内换热器内工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)；
α2——换热站供水至室内换热器过程的供水管道换热系数，单位：w/(m2*℃)；
A2——换热站供水至室内换热器过程的供水管道换热面积，单位：m2；
cp2——换热站供水至室内换热器过程的供水管道内工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)；
α3——室内换热器回水至换热站过程的回水管道换热系数，单位：w/(m2*℃)；
A3——室内换热器回水至换热站过程的回水管道换热面积，单位：m2；
cp3——室内换热器回水至换热站过程的回水管道内工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)；
T0——室外温度，单位：℃；
T1——室内环境温度，单位：℃；
T2——换热站供水出站温度，单位：℃；
T3——换热站回水进站温度，单位：℃；
T2L——室内换热器入口温度，单位：℃；
T3H——室内换热器出口温度，单位：℃；
Qs——太阳辐射进入室内的热量，单位：J；
q——换热站供水量，单位：kg/s；
m’—辐射能影响系数；
n’—风力影响系数；
W—风力，单位：级；
S—辐射能，单位：w/m2。
进一步地，步骤2)利用所述用户建筑采暖模型的计算公式，根据各参数值的变化实时调整换热站供水出站温度T2的值，从而使室内温度在设定的室内环境温度T1的附近进行波动。
进一步地，所述使室内温度在设定的室内环境温度T1的附近进行波动，是在T1的1摄氏度范围内波动。
进一步地，其特征在于，所述室内环境温度T1优选设为18摄氏度。
一种采用上面所述方法的融合机理和数据的热网换热站供热调节装置，其包括：
模型建立模块，负责根据换热站的换热机理以及室外环境与室内环境间的换热机理，融合历史数据信息，辨识影响室温的各个变量，进而建立包含这些变量的用户建筑采暖模型；
温度调节模块，负责根据建立的用户建筑采暖模型对室内温度进行调节，使室内温度保持平稳。
一种换热站，其包含上面所述的融合机理和数据的热网换热站供热调节装置。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了换热站建模的基本方法，建立了融合机理与数据的换热站模型，对于不同工况，根据历史数据(换热机理涉及的参数的历史数据，例如室内温度、室外温度、二次网供水温度等)，采取系统辨识的方法，辨识出换热站模型参数，包括影响室温的室外温度、供热温度、风速、辐射能参数等。该模型的输出即为二次供热优化曲线，利用该模型对室内温度进行优化调节，即使在剧烈的天气变化情况下，也能够使室内温度保持在设定范围的小范围内波动(可以达到在1摄氏度范围内波动)，从而节省了能源消耗，提高了换热效率，实现了供热的精细化和智能化管理。
附图说明
图1是用户建筑采暖模型结构简图。
图2是室内温度下的模型校核结果图。
图3是采用本发明方法对受到室外环境影响的某地区室温变化进行优化的实际效果图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。
本实施例中，首先建立用户建筑采暖模型即换热站模型，如图1所示。该模型包括换热站供水、供水管道、室内(室内换热器)、室外、回水管道和换热站回水这几个部分。
结合图1所示的换热站模型，根据换热机理、能量守恒定律，可以得出以下公式：
Figure BDA0003441752010000041
其中各参数的含义如下：
α0——室外环境与室内环境间换热过程的换热系数，单位：w/(m2*℃)
A0——室外环境与室内环境间换热过程的换热面积，单位：m2
cp0——室外环境与室内环境间换热过程换热工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)
α1——室内换热器的换热系数，单位：w/(m2*℃)
A1——室内换热器的换热面积，单位：m2
cp1——室内换热器内工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)
α2——换热站供水至室内换热器过程的供水管道换热系数，单位：w/(m2*℃)
A2——换热站供水至室内换热器过程的供水管道换热面积，单位：m2
cp2——换热站供水至室内换热器过程的供水管道内工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)
α3——室内换热器回水至换热站过程的回水管道换热系数，单位：w/(m2*℃)
A3——室内换热器回水至换热站过程的回水管道换热面积，单位：m2
cp3——室内换热器回水至换热站过程的回水管道内工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)
T0——室外温度，单位：℃
T1——室内环境温度，单位：℃
T2——换热站供水出站温度，单位：℃
T3——换热站回水进站温度，单位：℃
T2L——室内换热器入口温度，单位：℃
T3H——室内换热器出口温度，单位：℃
Qs——太阳辐射进入室内的热量，单位：J
q——换热站供水量，单位：kg/s
m'—辐射能影响系数
n'—风力影响系数
w—风力,单位(级)
S—辐射能(w/m2)
其中，辐射能影响系数和风力影响系数在本领域是公知的。本发明认为这两个参数同室外温度具有相似的影响规律，可以通过多工况的小偏差线性回归进行解释。
为验证上述模型的准确性，本实施例选取不同工况，采取小偏差线性化方法进行校核，图2为室温下的模型校核结果。可以看出，校核效果很好，即拟合效果很好。从而得知以上建立的模型是准确的。
然后，利用以上建立的模型，对室温进行优化调节，包括以下步骤：
1)根据上述计算公式，计算T2，即供水温度(换热站供水出站温度)；
2)采集该公式中各参数的值，根据各参数值的变化实时调整T2的值，从而使室内温度保持在设定范围T1的小范围内波动，如在设定范围T1的1摄氏度范围内波动。
通过该模型校核，将温度设定值考虑其中，得知在设置室温T1为18摄氏度时，对受到室外环境影响的某地区室温变化情况，经过供温曲线优化后室温波动很小，如图3所示，从而达到了优化室温的目标。
本发明另一实施例提供一种采用上面所述方法的融合机理和数据的热网换热站供热调节装置，其包括：
模型建立模块，负责根据换热站的换热机理以及室外环境与室内环境间的换热机理，辨识影响室温的各个变量，进而建立包含这些变量的用户建筑采暖模型；
温度调节模块，负责根据建立的用户建筑采暖模型对室内温度进行调节，使室内温度保持平稳。
本发明另一实施例提供一种换热站，其包含上面所述的融合机理和数据的热网换热站供热调节装置。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的原理和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (8)

1.一种融合机理和数据的热网换热站供热调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据换热站的换热机理以及室外环境与室内环境间的换热机理，融合历史数据信息，辨识影响室温的各个变量，进而建立包含这些变量的用户建筑采暖模型；
2)根据建立的用户建筑采暖模型对室内温度进行调节，使室内温度保持平稳。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述影响室温的各个变量包括：换热站供水出站温度、室外温度、辐射能、风速。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据换热机理、能量守恒定律建立所述用户建筑采暖模型，如下式所示：
Figure FDA0003441752000000011
其中各参数的含义如下：
α0——室外环境与室内环境间换热过程的换热系数，单位：w/(m2*℃)；
A0——室外环境与室内环境间换热过程的换热面积，单位：m2；
cp0——室外环境与室内环境间换热过程换热工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)；
α1——室内换热器的换热系数，单位：w/(m2*℃)；
A1——室内换热器的换热面积，单位：m2；
cp1——室内换热器内工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)；
α2——换热站供水至室内换热器过程的供水管道换热系数，单位：w/(m2*℃)；
A2——换热站供水至室内换热器过程的供水管道换热面积，单位：m2；
cp2——换热站供水至室内换热器过程的供水管道内工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)；
α3——室内换热器回水至换热站过程的回水管道换热系数，单位：w/(m2*℃)；
A3——室内换热器回水至换热站过程的回水管道换热面积，单位：m2；
cp3——室内换热器回水至换热站过程的回水管道内工质的定压比热容，单位：J/(kg*℃)；
T0——室外温度，单位：℃；
T1——室内环境温度，单位：℃；
T2——换热站供水出站温度，单位：℃；
T3——换热站回水进站温度，单位：℃；
T2L——室内换热器入口温度，单位：℃；
T3H——室内换热器出口温度，单位：℃；
Qs——太阳辐射进入室内的热量，单位：J；
q——换热站供水量，单位：kg/s；
m’—辐射能影响系数；
n’—风力影响系数；
W—风力，单位：级；
S—辐射能，单位：w/m2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)利用所述用户建筑采暖模型的计算公式，根据各参数值的变化实时调整换热站供水出站温度T2的值，从而使室内温度在设定的室内环境温度T1的附近进行波动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述使室内温度在设定的室内环境温度T1的附近进行波动，是在T1的1摄氏度范围内波动。
6.根据权利要求2～4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述室内环境温度T1设为18摄氏度。
7.一种采用权利要求1～6中任一权利要求所述方法的融合机理和数据的热网换热站供热调节装置，其特征在于，包括：
模型建立模块，负责根据换热站的换热机理以及室外环境与室内环境间的换热机理，融合历史数据信息，辨识影响室温的各个变量，进而建立包含这些变量的用户建筑采暖模型；
温度调节模块，负责根据建立的用户建筑采暖模型对室内温度进行调节，使室内温度保持平稳。
8.一种换热站，其特征在于，包含权利要求7所述的融合机理和数据的热网换热站供热调节装置。
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CN115234973A (zh) * 2022-07-04 2022-10-25 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 一种热网动态供热策略确定方法

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CN115234973A (zh) * 2022-07-04 2022-10-25 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院 一种热网动态供热策略确定方法
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