CN116105223A - 一种基于预测的智能供热控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于供暖技术领域，公开了一种基于预测的智能供热控制系统及方法。包括：气象信息采集装置；室内温度采集装置；预测模块，用于生成预测供热模型；供水循环管路，所述的供水循环管路包括两组并行的供水管路；控制模块，控制供水循环管路的水温；执行模块，控制所述的第一电控阀门和第二电控阀门的开度。本发明的系统和方法可以根据预测进行智能控制。
Description
技术领域
本发明涉及供暖技术领域，具体涉及一种基于预测的智能供热控制系统及方法。
背景技术
本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
供热行业作为一个传统行业在各项技术的带动下逐渐向数字化、智能化的方向发展。但是，供热的基本目的未发生改变，即为供热用户提供一定温度要求的供热环境。
该供热环境中的温度受到室外环境、维护结构、供热系统等复杂因素的影响。如果室外环境包括了室外温度、湿度、风速、太阳辐射等，维护结构与建筑的建造设计情况相关，而供热系统也分为多种形式，具有不同的热力、水力分配特性等。众多的影响因素以及系统固有的滞后性导致运行调节无法及时准确的进行，总是存在供热量偏差，导致室内温度波动降低热用户的舒适度，同时能源消耗也会增加。经科学研究，超温供热的比例在30％以上。
为了解决这种状态，一般采用气候补偿技术，通过室外温度的变化实时调整供热温度，但存在两个无法解决的问题，一是系统存在一定得滞后性，供热热源参数的调整与室内温度的变化存在一定得时间差，这个时间差根据系统大小不同而不同，一般区域供热偏差在1小时左右，越大的项目时间差越大，时间差的存在导致调节总是落后于室外温度的影响，导致调节效果不理想。二是缺乏室内温度的反馈因素，盲目调节，调节的目的是否达到没有有效的反馈，造成超供和欠供而不自知，调节也就失去了意义。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种基于预测的智能供热控制方法和系统。
一种基于预测的智能供热控制系统，包括：
气象信息采集装置，用于获取室外气象信息；
室内温度采集装置，用于采集室内温度信息；
预测模块，用于根据室外气象信息和室内数据信息生成预测供热模型；所述的室外气象信息包括室外温度、天气和光照强度；所述的室内数据信息包括供热类型和室内温度；所述的预测供热模型为预测供水温度随时间的变化曲线；
供水循环管路，所述的供水循环管路包括第一供水循环管路和第二供水循环管路，所述的第一供水循环管路和第二供水循环管路在室内并行，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围连续，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围的合集为供水温度范围；所述的第一供水循环管路上设有第一电控阀门；所述的第二供水循环管路上设有第二电控阀门；
控制模块，根据预测供水模型控制供水循环管路的水温，使第一供水循环管的水温和第二供水循环管的水温的平均值为预测供水温度；
执行模块，通过室外气象信息控制所述的第一电控阀门和第二电控阀门的开度。
进一步的，包括：实时数据模块，用于根据预测供热模型、缓冲时间和修正数据生成实时供热模型；所述的实时供热模型包括执行数据；所述的预测供热模型为预测供水温度随时间的变化曲线，所述的实时供热模型为实时供水温度随时间的变化曲线；t时刻的供水温度由如下公式计算而得：
其中，T时为实时供水温度，℃；
T预为预测供水温度，℃；
T体感为体感温度，℃；
T室内为室内温度，℃；
T室外为室外温度，℃；
T修正为修正数据，℃；
T基础为基础水温，℃，暖气片供暖时，T基础＝50℃，地暖供暖时，T基础＝70℃；
M＝-1，0，1和2，其中，雪为2，雨为1，阴为0，晴为-1；t为测量时刻，0-24；
t0为全天中室外温度最高的时刻。
一种基于预测的智能供热控制方法，包括：
根据室外气象信息和室内数据信息生成预测供热模型；所述的室外气象信息包括室外温度、天气和光照强度；所述的室内数据信息包括供热类型和室内温度；
根据预测供热模型、缓冲时间和修正数据生成实时供热模型；所述的预测供热模型为预测供水温度随时间的变化曲线，所述的实时供热模型为实时供水温度随时间的变化曲线；t时刻的供水温度由如下公式计算而得：
其中，T时为实时供水温度，℃；
T预为预测供水温度，℃；
T体感为体感温度，℃；
T室内为室内温度，℃；
T室外为室外温度，℃；
T修正为修正数据，℃；
T基础为基础水温，℃，暖气片供暖时，T基础＝50℃，地暖供暖时，T基础＝70℃；
M＝-1，0，1和2，其中，雪为2，雨为1，阴为0，晴为-1；t为测量时刻，0-24；
t0为全天中室外温度最高的时刻；
所述的实时供热模型包括执行数据，根据所述的执行数据控制电控阀门开度流速。
进一步的，供水循环管路包括第一供水循环管路和第二供水循环管路，所述的第一供水循环管路和第二供水循环管路在室内并行，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围连续，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围的合集为供水温度范围；所述的第一供水循环管路上设有第一电控阀门；所述的第二供水循环管路上设有第二电控阀门；
根据预测供水模型控制供水循环管路的水温，使第一供水循环管的水温和第二供水循环管的水温的平均值为预测供水温度；
通过室外气象信息控制所述的第一第一电控阀门和第二电控阀门和第二第一电控阀门和第二电控阀门的开度；
若-5＜T预-T基础＜5时，则调整第一电控阀门和第二电控阀门开度；若调整第一电控阀门和第二电控阀门范围为40％-70％时，调整第一电控阀门和第二电控阀门开度，若第一电控阀门和第二电控阀门开度关至40％以下时，则降低供水流速同时减小第一电控阀门和第二电控阀门开度直至第一电控阀门和第二电控阀门开度为30％；若若第一电控阀门和第二电控阀门开度增大到70％以上时，则提高供水流速同时增大阀门开度。
进一步的，根据供水温度和回水温度的温差调整第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水速度：
若供水温度与回水温度的温差大于预设值上限，则增大第一电控阀门和第二电控阀门开度并提高供水流速；若供水温度与回水温度的温差小于预设值下限，则减小阀门开度同时降低供水流速；
若根据供水温度和回水温度的温差调整第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水速度的调整方案与根据所述的执行数据控制第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水流速的调整方案冲突，则优先根据供水温度和回水温度的温差调整第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水速度。
进一步的，在所述的根据预测供热模型、缓冲时间和修正数据生成实时供热模型步骤前，将所述的预测供热模型进行初步修正：
获取与所述的预测供热模型往年相同日期前后15天的室外气象信息数据，从中选取与所述的预测供热模型当日的气象数据最相近的室外气象信息数据对应的往年供热模型，将所述的预测供热模型与所述的往年供热模型的平均值作为初步修正的预测供热模型。
进一步的，在采用如下公式计算预测供水温度时，选取与所述的预测供热模型当日的气象数据最相近的室外气象信息数据对应的往年供热模型时，从高于预测供水温度的往年供热模型中选取：
进一步的，在采用如下公式计算预测供水温度时，选取与所述的预测供热模型当日的气象数据最相近的室外气象信息数据对应的往年供热模型时，从低于预测供水温度的往年供热模型中选取：
本发明实施例具有如下有益效果：
本发明通过采用室外温度数据实时调整，根据预测模型生成实时供热模型，在此期间还为避免滞后进行了修正，有效避免了因供热滞后造成的供热不足和供热过剩的情况，不但保证了供热效果，而且还避免了供热浪费。
本系统设置有两条并行的且温度不同的供水管路，在外界温度变化时，可以根据需要调整两个阀门的开度，实现供水管路内水温的瞬间变化。
附图说明
图1为本发明基于预测的智能供热控制方法和系统的系统图。
图2为本发明基于预测的智能供热控制方法和系统的另一种系统图。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请进行进一步的介绍。
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，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。不同实施例之间可以替换或者合并组合，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。
一种基于预测的智能供热控制系统，包括：
气象信息采集装置3，用于获取室外气象信息；
室内温度采集装置4，用于采集室内温度信息；
预测模块10，用于根据室外气象信息和室内数据信息生成预测供热模型；所述的室外气象信息包括室外温度、天气和光照强度；所述的室内数据信息包括供热类型和室内温度；所述的预测供热模型为预测供水温度随时间的变化曲线；
供水循环管路，所述的供水循环管路包括第一供水循环管路6和第二供水循环管路7，所述的第一供水循环管路和第二供水循环管路在室内并行，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围连续，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围的合集为供水温度范围；所述的第一供水循环管路上设有第一电控阀门8；所述的第二供水循环管路上设有第二电控阀门9；
控制模块2(与预测模块和锅炉控制器连接)，根据预测供水模型控制供水循环管路的水温，使第一供水循环管的水温和第二供水循环管的水温的平均值为预测供水温度；
执行模块5，通过室外气象信息控制所述的第一电控阀门8和第二电控阀门的开度9。(图示中1为用户)
在本发明的一些实施例中，包括：实时数据模块11，用于根据预测供热模型、缓冲时间和修正数据生成实时供热模型；所述的实时供热模型包括执行数据；所述的预测供热模型为预测供水温度随时间的变化曲线，所述的实时供热模型为实时供水温度随时间的变化曲线；t时刻的供水温度由如下公式计算而得：
其中，T时为实时供水温度，℃；
T预为预测供水温度，℃；
T体感为体感温度，℃；
T室内为室内温度，℃；
T室外为室外温度，℃；
T修正为修正数据，℃；
T基础为基础水温，℃，暖气片供暖时，T基础＝50℃，地暖供暖时，T基础＝70℃；
M＝-1，0，1和2，其中，雪为2，雨为1，阴为0，晴为-1；t为测量时刻，0-24；
t0为全天中室外温度最高的时刻。
一种基于预测的智能供热控制方法，包括：
根据室外气象信息和室内数据信息生成预测供热模型；所述的室外气象信息包括室外温度、天气和光照强度；所述的室内数据信息包括供热类型和室内温度；
根据预测供热模型、缓冲时间和修正数据生成实时供热模型；所述的预测供热模型为预测供水温度随时间的变化曲线，所述的实时供热模型为实时供水温度随时间的变化曲线；t时刻的供水温度由如下公式计算而得：
其中，T时为实时供水温度，℃；
T预为预测供水温度，℃；
T体感为体感温度，℃；
T室内为室内温度，℃；
T室外为室外温度，℃；
T修正为修正数据，℃；
T基础为基础水温，℃，暖气片供暖时，T基础＝50℃，地暖供暖时，T基础＝70℃；
M＝-1，0，1和2，其中，雪为2，雨为1，阴为0，晴为-1；t为测量时刻，0-24；
t0为全天中室外温度最高的时刻；
所述的实时供热模型包括执行数据，根据所述的执行数据控制电控阀门开度流速。
本发明通过采用室外温度数据实时调整，根据预测模型生成实时供热模型，在此期间还为避免滞后进行了修正，有效避免了因供热滞后造成的供热不足和供热过剩的情况，不但保证了供热效果，而且还避免了供热浪费。
这里要说明的是，本发明的方案一般适用于室外温度为-18—2℃，因为在低于18摄氏度的东北，由于温度非常低，将会采取其他的温度控制方法，在此不做讨论，我国除了东北地区和内蒙地区，其他北方地区一般冬季不会低于零下十八度，本方法和系统是适用的，对于一般室外高于2度的情况下，虽然也会有供暖的情况出现，但一般在这段时间是不需要进行精准调控，因为虽然温度稍高，但不至于供热过剩，原因是供暖一般在冬季，虽然温度超出2℃，但整体体感还是较冷，这个在北方生活是可以体会到的，不再赘述。
进一步的，供水循环管路包括第一供水循环管路和第二供水循环管路，所述的第一供水循环管路和第二供水循环管路在室内并行，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围连续，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围的合集为供水温度范围；所述的第一供水循环管路上设有第一电控阀门；所述的第二供水循环管路上设有第二电控阀门；
根据预测供水模型控制供水循环管路的水温，使第一供水循环管的水温和第二供水循环管的水温的平均值为预测供水温度；
通过室外气象信息控制所述的第一第一电控阀门和第二电控阀门和第二第一电控阀门和第二电控阀门的开度；
若-5＜T预-T基础＜5时，则调整第一电控阀门和第二电控阀门开度；若调整第一电控阀门和第二电控阀门范围为40％-70％时，调整第一电控阀门和第二电控阀门开度，若第一电控阀门和第二电控阀门开度关至40％以下时，则降低供水流速同时减小第一电控阀门和第二电控阀门开度直至第一电控阀门和第二电控阀门开度为30％；若若第一电控阀门和第二电控阀门开度增大到70％以上时，则提高供水流速同时增大阀门开度。
进一步的，根据供水温度和回水温度的温差调整第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水速度：
若供水温度与回水温度的温差大于预设值上限，则增大第一电控阀门和第二电控阀门开度并提高供水流速；若供水温度与回水温度的温差小于预设值下限，则减小阀门开度同时降低供水流速；
若根据供水温度和回水温度的温差调整第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水速度的调整方案与根据所述的执行数据控制第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水流速的调整方案冲突，则优先根据供水温度和回水温度的温差调整第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水速度。
设置两条不同的供水管路的好处是，预测模型即便经过修正，也会出现一些偏差和延迟，这时候调整水温是很慢的，因为锅炉距离用户很远，而且水量很大，调整水温不是瞬间完成的，而设置两条供水管路就不同，完全可以通过调整两条供水管路的开度和流速来实现室内整体供水温度的瞬间变化。
进一步的，在所述的根据预测供热模型、缓冲时间和修正数据生成实时供热模型步骤前，将所述的预测供热模型进行初步修正：
获取与所述的预测供热模型往年相同日期前后15天的室外气象信息数据，从中选取与所述的预测供热模型当日的气象数据最相近的室外气象信息数据对应的往年供热模型，将所述的预测供热模型与所述的往年供热模型的平均值作为初步修正的预测供热模型。
进一步的，在采用如下公式计算预测供水温度时，选取与所述的预测供热模型当日的气象数据最相近的室外气象信息数据对应的往年供热模型时，从高于预测供水温度的往年供热模型中选取：
进一步的，在采用如下公式计算预测供水温度时，选取与所述的预测供热模型当日的气象数据最相近的室外气象信息数据对应的往年供热模型时，从低于预测供水温度的往年供热模型中选取：
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于预测的智能供热控制系统，其特征在于，包括：
气象信息采集装置，用于获取室外气象信息；
室内温度采集装置，用于采集室内温度信息；
预测模块，用于根据室外气象信息和室内数据信息生成预测供热模型；所述的室外气象信息包括室外温度、天气和光照强度；所述的室内数据信息包括供热类型和室内温度；所述的预测供热模型为预测供水温度随时间的变化曲线；
供水循环管路，所述的供水循环管路包括第一供水循环管路和第二供水循环管路，所述的第一供水循环管路和第二供水循环管路在室内并行，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围连续，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围的合集为供水温度范围；所述的第一供水循环管路上设有第一电控阀门；所述的第二供水循环管路上设有第二电控阀门；
控制模块，根据预测供水模型控制供水循环管路的水温，使第一供水循环管的水温和第二供水循环管的水温的平均值为预测供水温度；
执行模块，通过室外气象信息控制所述的第一电控阀门和第二电控阀门的开度。
2.根据权利要求1所述的一种基于预测的智能供热控制系统，其特征在于，包括：
实时数据模块，用于根据预测供热模型、缓冲时间和修正数据生成实时供热模型；所述的实时供热模型包括执行数据；所述的预测供热模型为预测供水温度随时间的变化曲线，所述的实时供热模型为实时供水温度随时间的变化曲线；t时刻的供水温度由如下公式计算而得：
T预为预测供水温度，℃；
T体感为体感温度，℃；
T室内为室内温度，℃；
T室外为室外温度，℃；
T修正为修正数据，℃；
T基础为基础水温，℃，暖气片供暖时，T基础＝50℃，地暖供暖时，T基础＝70℃；
M＝-1，0，1和2，其中，雪为2，雨为1，阴为0，晴为-1；t为测量时刻，0-24；
t0为全天中室外温度最高的时刻。
3.一种基于预测的智能供热控制方法，其特征在于，包括：
根据室外气象信息和室内数据信息生成预测供热模型；所述的室外气象信息包括室外温度、天气和光照强度；所述的室内数据信息包括供热类型和室内温度；
根据预测供热模型、缓冲时间和修正数据生成实时供热模型；所述的预测供热模型为预测供水温度随时间的变化曲线，所述的实时供热模型为实时供水温度随时间的变化曲线；t时刻的供水温度由如下公式计算而得：
T预为预测供水温度，℃；
T体感为体感温度，℃；
T室内为室内温度，℃；
T室外为室外温度，℃；
T修正为修正数据，℃；
T基础为基础水温，℃，暖气片供暖时，T基础＝50℃，地暖供暖时，T基础＝70℃；
M＝-1，0，1和2，其中，雪为2，雨为1，阴为0，晴为-1；t为测量时刻，0-24；
t0为全天中室外温度最高的时刻；
所述的实时供热模型包括执行数据，根据所述的执行数据控制电控阀门开度流速。
4.根据权利要求3所述的基于预测的智能供热控制方法，其特征在于，所述的根据所述的执行数据控制电控阀门开度和供水流速具体包括如下步骤：
供水循环管路包括第一供水循环管路和第二供水循环管路，所述的第一供水循环管路和第二供水循环管路在室内并行，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围连续，所述的第一供水循环管的水温取值范围和第二供水循环管的水温取值范围的合集为供水温度范围；所述的第一供水循环管路上设有第一电控阀门；所述的第二供水循环管路上设有第二电控阀门；
根据预测供水模型控制供水循环管路的水温，使第一供水循环管的水温和第二供水循环管的水温的平均值为预测供水温度；
通过室外气象信息控制所述的第一第一电控阀门和第二电控阀门和第二第一电控阀门和第二电控阀门的开度；
若-5＜T预-T基础＜5时，则调整第一电控阀门和第二电控阀门开度；若调整第一电控阀门和第二电控阀门范围为40％-70％时，调整第一电控阀门和第二电控阀门开度，若第一电控阀门和第二电控阀门开度关至40％以下时，则降低供水流速同时减小第一电控阀门和第二电控阀门开度直至第一电控阀门和第二电控阀门开度为30％；若若第一电控阀门和第二电控阀门开度增大到70％以上时，则提高供水流速同时增大阀门开度。
5.根据权利要求4所述的基于预测的智能供热控制方法，其特征在于，根据供水温度和回水温度的温差调整第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水速度：
若供水温度与回水温度的温差大于预设值上限，则增大第一电控阀门和第二电控阀门开度并提高供水流速；若供水温度与回水温度的温差小于预设值下限，则减小阀门开度同时降低供水流速；
若根据供水温度和回水温度的温差调整第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水速度的调整方案与根据所述的执行数据控制第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水流速的调整方案冲突，则优先根据供水温度和回水温度的温差调整第一电控阀门和第二电控阀门开度和供水速度。
6.根据权利要求3所述的基于预测的智能供热控制方法，其特征在于，
在所述的根据预测供热模型、缓冲时间和修正数据生成实时供热模型步骤前，将所述的预测供热模型进行初步修正：
获取与所述的预测供热模型往年相同日期前后15天的室外气象信息数据，从中选取与所述的预测供热模型当日的气象数据最相近的室外气象信息数据对应的往年供热模型，将所述的预测供热模型与所述的往年供热模型的平均值作为初步修正的预测供热模型。
7.根据权利要求6所述的基于预测的智能供热控制方法，其特征在于，
在采用如下公式计算预测供水温度时，选取与所述的预测供热模型当日的气象数据最相近的室外气象信息数据对应的往年供热模型时，从高于预测供水温度的往年供热模型中选取：
8.根据权利要求7所述的基于预测的智能供热控制方法，其特征在于，
在采用如下公式计算预测供水温度时，选取与所述的预测供热模型当日的气象数据最相近的室外气象信息数据对应的往年供热模型时，从低于预测供水温度的往年供热模型中选取：
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