CN112377984A - 基于历史数据和气象参数的二次网供水温度设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集中供热运行调节领域，为提出一种简易可行的基于气象预报和***历史数据的二次网供水温度设定方法，便于***高效运行及提高用户用热满意度，本发明，基于历史数据和气象参数的二次网供水温度设定方法，依靠安装在热用户室内的室温传感器、换热器二次侧供回水温度传感器、流量传感器以及读取逐时天气预报来实施，室温传感器实时采集用户室内温度，换热器的一、二次侧供回水温度、流量传感器分别实时采集换热器一、二次侧供回水温度、流量，传输至上位机并保存在数据库，读取数据库数据，求出二次网供水温度设定值，控制器根据当前二次侧供水温度与设定温度差值调节电动阀。本发明主要应用于集中供热管理场合。

Description

基于历史数据和气象参数的二次网供水温度设定方法

技术领域

本发明涉及集中供热运行调节领域，具体涉及基于历史数据和气象参数的二次网供水温度设定方法。

背景技术

供热***的供水温度直接影响末端用户的热舒适及***能耗高低。目前常用的供热***供水温度设定方法包括经验法、机器学习预测法以及理论计算法。

经验法设定供水温度主要依靠现场工作人员的经验，根据当前的气象参数以及用户的反馈情况进行调节。所以经验调节法的调节效果很大程度上依赖于运行人员的经验。由于供热***的动态特性以及运行人员调节的不及时性，实际的供热过程中难免存在过冷或者过热的情况。

机器学习预测法是利用神经网络、支持向量机等智能算法对历史监测数据进行挖掘，基于历史的规律预测未来满足要求所需要的供水温度。然而这种方法需要完整、正确的***监测数据，并且需要有专门的技术人员对原始数据进行分析、筛选、补充以及优化算法的参数输入，这无疑限制了该方法在实际运行中的推广与应用。

基于模型的理论计算设定方法依赖模型精度，而高精度模型导致算法复杂，不便于工程实现。得到广泛应用的理论计算法是仅仅基于稳态下的理论热平衡方程来计算***供水温度的设定值。其热平衡方程只考虑了与负荷相关较强的室外空气干球温度，假定室温满足设计要求且维持恒定，并忽略了其他次要影响因素。为了提高控制精度，需要通过实际数据的修正来保证计算结果的准确性[1]；或者使用不同的计算规则，即在不同的温度条件下使用不同的计算公式，并根据实际数据修正计算结果[2]。其计算过程相对复杂，并且需要对计算方法进行大量的修正。

发明内容

为克服现有技术的不足，针对集中供热***普遍存在的运行调节不及时，人员依赖程度高以及现有计算方法太过复杂、需要较多修正的情况，本发明旨在提出一种简易可行的基于气象预报和***历史数据的二次网供水温度设定方法，该方法有利于***高效运行及提高用户用热满意度。为此，本发明采取的技术方案是，基于历史数据和气象参数的二次网供水温度设定方法，依靠安装在热用户室内的室温传感器、换热器二次侧供回水温度传感器、流量传感器以及读取逐时天气预报来实施，室温传感器实时采集用户室内温度，换热器的一、二次侧供回水温度、流量传感器分别实时采集换热器一、二次侧供回水温度、流量，将用户室内温度、换热器一、二次侧供回水温度和流量同步传输至上位机并保存在数据库，读取数据库数据，求出二次网供水温度设定值，之后将设定值下发至换热器一次侧电动流量调节阀控制器，控制器根据当前二次侧供水温度与设定温度差值调节电动阀，以满足实际供热需求。

具体步骤如下：

根据下一时刻的预报气象参数包括：室外空气干球温度T_OA，t+1℃，风速WS_t+1m/s，天气状况WEAS_t+1，太阳高度角的正弦值AA_t+1计算出下一时刻的室外综合空气温度T_OAZ，t+1，对当前时刻上传的所有用户室内温度T_i，t进行剔除和补充后，得到计算室内温度特征值T_ind，t，使用当前和下一时刻的室外综合空气温度T_OAZ，t、T_OAZ，t+1，当前时刻计算室内温度特征值T_ind，t以及换热站二次侧供水温度T_g2，t、回水温度T_h2，t计算出下一时刻二次网设定供水温度T_{g2，set，t+1}；

二次网设定供水温度计算：

下一时刻二次网设定供水温度数值可由公式(8)求出，公式先根据当前时刻的室内温度特征值T_ind，t、用户室内设定温度T_ind,set、室外综合空气温度T_OAZ,t和下一时刻的T_OAZ,t+1使用公式(9)计算设定供水温度在线修正系数Ψ，之后公式通过读取***实时回传当前时刻的二次网供水温度T_g2，t、回水温度T_h2，t结合在线修正系数Ψ实时调整计算二次网设定供水温度T_{g2，set，t+1}：

式中：Ψ—设定供水温度在线修正系数；

b—用户末端特性参数；

T_ind,set—用户室内设定温度值；

T_ind，t—当前时刻计算室内温度特征值；

T_OAZ，t+1—下一时刻室外综合空气温度；

T_OAZ，t—当前时刻室外综合空气温度；

T_g2，t—当前时刻二次网供水温度；

T_h2，t—当前时刻二次网回水温度。

二次网设定供水温度计算中参数的计算方法：

1)室内温度特征值计算

首先对当前时刻用户室内温度传感器上传的用户室内温度数据T_i，t进行处理和筛选，i代表用户的序号，i＝1,2,…,n；如连续3小时以上该监测点室内温度T_i持续低于10℃或高于30℃，判定为无效数据，予以剔除；将该用户出现异常数据的前一条温度数据与其余所有正常用户室温波动平均值相加，依次对数据进行补充，计算方法见公式(10)。

式中：T_i，t—用户i在t时刻的室内温度；

T_i，t-1—用户i在t时刻的上一个时间点的室内温度；

T_j，t—除用户i之外的其余用户在t时刻的室内温度；

T_j，t-1—除用户i之外的其余用户在t-1时刻的室内温度；

将所有处理后的同一时间用户室温数据按大小序列排序，根据***的热力平衡性和可接受的不满意率，选择某百分位的室内温度测试值作为计算室内温度特征值T_ind，t；

2)室外综合空气温度计算

根据当前日期利用公式(11)计算赤纬d，太阳高度角正弦值AA可通过公式(12)得出：

式中：n—计算日在一年当中的日期序号，1月1日时n＝1；

—为换热站所在城市纬度，deg；

h—时角，deg；是指太阳与地球中心连线在地球赤道平面上的投影与当地时间12点时日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角，当地时间12点时的时角为零,前后每隔一小时,增加360°/24＝15°；

计算室外综合空气温度分为晴天工况和阴天工况，包括多云，雨，雪：

阴天工况下，使用公式(13)计算室外综合空气温度T_OAZ，t；晴天工况则使用公式(14)计算室外综合空气温度T_OAZ，t：

T_OAZ,t＝T_OA,t-{c[lg(a*WS_t)]³-d[lg(a*WS_t)]²+e[lg(a*WS_t)]} (6)

式中：T_OAZ，t—当前时刻室外综合空气温度，℃；

T_OA，t—当前时刻室外空气干球温度，℃；

WS_，t—当前时刻室外风速，m/s；

AA_，t—当前时刻太阳高度角正弦值；

S_k—辐射强度折算系数，w/(㎡·℃)

a、c、e、d—折算系数。

本发明的特点及有益效果是：

1.首先该方法利用室内温度测试值和设定室温的差异提出设定供水温度动态修正系数Ψ，对供水温度设定值进行动态在线修正，从而在满足用户热舒适的前提下，保证***根据室外气象变化进行调节的过程中具有良好的稳定性与准确性。同时本方法对不同大小的***具有良好的适应性，只需给算法一个经验参数进行算法初始化，即可使***动态调整至适合的供水温度。

2.其次该方法对用户室内温度无效数据进行补充时，使用其他正常用户室温波幅均值与异常数据前一时刻的正常数据相叠加，保证了数据的一致性。并且该方法室内温度特征值的选取没有使用所有用户的平均室温，而是根据***的热力平衡性和可接受的不满意率，选择某百分位的室内温度测试值作为计算室内温度特征值。可以兼顾用户热满意度与供热***能耗，避免因为选择了过大或者过小的室内温度特征值，造成用户投诉或者能耗过高等问题。

3.该方法利用公式(13)，(14)将与建筑热负荷相关的室外空气干球温度，太阳辐射强度，以及风速三个因素考虑在内。其创新之处在于使用太阳高度角和天气情况相结合的方式等效计算较难获得的太阳辐射强度。从而尽量保证在计算简便的基础上提高***热负荷计算的准确度。

4.该方法所需要的数据参数在当前的供热***中非常容易获得，且该方法计算过程简便，推广能力较强。

鉴于上述几点，本发明的二次网设定供水温度计算方法成本低且可操作性强，可以有效解决供热***调节过多依赖人员经验，过量供热等问题。有利于降低建筑能耗，实现经济社会可持续发展。

附图说明：

附图1供热***示意及各测量装置安装位置图。

附图2计算流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种基于气象预报和***历史数据的二次网供水温度设定方法，该方法使用气象预报数据、用户室温数据以及供热***历史供回水温度和流量数据计算下一时刻***的设定供水温度。

本方案针对集中供热二次网，提出一种基于当前的气象数据、用户室温数据以及供热***历史供回水温度和流量数据，计算二次网设定供水温度的方法。该方法依靠安装在热用户室内的室温传感器，换热器二次侧供回水温度传感器、流量传感器以及读取逐时天气预报来实施。室温传感器可以实时采集用户室内温度，换热器温度、流量传感器同样实时采集温度、流量。同时将上述参数同步传输至上位机并保存在数据库。本发明提出的计算方法读取数据库数据，求出二次网供水温度设定值，之后将设定值下发至换热器一次侧电动流量调节阀控制器，控制器根据当前二次侧供水温度与设定温度差值调节电动阀，以满足实际供热需求。供热***及各测量装置的安装位置如附图1所示。

本发明提出的二次网设定供水温度计算方法如下：

根据下一时刻的预报气象参数包括：室外空气干球温度T_OA，t+1(℃)，风速WS_t+1(m/s)，天气状况WEAS_t+1(阴天，晴天)，太阳高度角的正弦值AA_t+1计算出下一时刻的室外综合空气温度T_OAZ，t+1(℃)。对当前时刻上传的所有用户室内温度T_i，t(℃)进行剔除和补充后，得到计算室内温度特征值T_ind，t。使用当前和下一时刻的室外综合空气温度T_OAZ，t、T_OAZ，t+1，当前时刻计算室内温度特征值T_ind，t以及换热站二次侧供水温度T_g2，t(℃)、回水温度T_h2，t(℃)即可计算出下一时刻二次网设定供水温度T_{g2，set，t+1}(℃)。

1.二次网设定供水温度计算方法

下一时刻二次网设定供水温度数值可由公式(8)求出，公式先根据当前时刻的室内温度特征值T_ind，t、用户室内设定温度T_ind,set、室外综合空气温度T_OAZ,t和下一时刻的T_OAZ,t+1使用公式(9)计算设定供水温度在线修正系数Ψ。之后公式通过读取***实时回传当前时刻的二次网供水温度T_g2，t(℃)、回水温度T_h2，t(℃)结合在线修正系数Ψ实时调整计算二次网设定供水温度T_{g2，set，t+1}。

式中：Ψ—设定供水温度在线修正系数；

b—用户末端特性参数；

T_ind,set—用户室内设定温度值，(℃)；

T_ind，t—当前时刻计算室内温度特征值，(℃)；

T_OAZ，t+1—下一时刻室外综合空气温度，(℃)；

T_OAZ，t—当前时刻室外综合空气温度，(℃)；

T_g2，t—当前时刻二次网供水温度，(℃)；

T_h2，t—当前时刻二次网回水温度(℃)。

2.二次网设定供水温度计算方法所需参数计算方法

2.1室内温度特征值计算

首先对当前时刻用户室内温度传感器上传的用户室内温度数据T_i，t，i代表用户的序号(i＝1,2,…,n)进行处理和筛选。如连续3小时以上该监测点室内温度T_i持续低于10℃或高于30℃，判定为无效数据，予以剔除。将该用户出现异常数据的前一条温度数据与其余所有正常用户室温波动平均值相加，依次对数据进行补充，计算方法见公式(10)。

式中：T_i，t—用户i在t时刻的室内温度；

T_i，t-1—用户i在t时刻的上一个时间点的室内温度；

T_j，t—除用户i之外的其余用户在t时刻的室内温度；

T_j，t-1—除用户i之外的其余用户在t-1时刻的室内温度；

将所有处理后的同一时间用户室温数据按大小序列排序，根据***的热力平衡性和可接受的不满意率，选择某百分位的室内温度测试值作为计算室内温度特征值T_ind，t(℃)。

2.2室外综合空气温度计算

根据当前日期利用公式(11)计算赤纬d(deg)，太阳高度角正弦值AA可通过公式(12)得出。

式中：n—计算日在一年当中的日期序号，1月1日时n＝1；

—为换热站所在城市纬度，deg；

h—时角，deg；是指太阳与地球中心连线在地球赤道平面上的投影与当地时间12点时日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。当地时间12点时的时角为零,前后每隔一小时,增加360°/24＝15°,如10点和14点均为15×2＝30°。

计算室外综合空气温度分为晴天工况和阴天工况(包括多云，雨，雪)。

阴天工况下，使用公式(13)计算室外综合空气温度T_OAZ，t；晴天工况则使用公式(14)计算室外综合空气温度T_OAZ，t。

T_OAZ,t＝T_OA,t-{c[lg(a*WS_t)]³-d[lg(a*WS_t)]²+e[lg(a*WS_t)]} (13)

式中：T_OAZ，t—当前时刻室外综合空气温度，℃；

T_OA，t—当前时刻室外空气干球温度，℃；

WS_，t—当前时刻室外风速，m/s；

AA_，t—当前时刻太阳高度角正弦值；

S_k—辐射强度折算系数，w/(㎡·℃)

a、c、e、d—折算系数。

以下结合附图对本发明作进一步说明，附图2为二次网供水温度设定值计算流程示意图。并使用天津市某小区换热站一日的实际供热过程进行算法示例。

具体计算步骤如下：

1.计算室外综合空气温度T_OAZ，t+1

1.1根据气象条件判断天气状况，如果为阴天工况，直接根据天气预报中的室外空气干球温度T_OA，t+1、风速WS_t+1利用公式(13)计算室外综合空气温度T_OAZ，t+1。

1.2如果为晴天工况，则根据换热站所在地理位置确定其纬度，之后使用公式(11)计算当前日期所对应的太阳赤纬，并将计算结果带入公式(12)计算太阳高度角正弦值。最后将太阳高度角AA_t+1、空气干球温度T_OA，t+1、风速WS_t+1带入公式(14)计算室外综合空气温度T_OAZ，t+1相应计算结果见表1。

表1室外空气综合温度值

2.计算用户室内温度特征值T_ind

2.1本例中共有五处室温采集，首先对每一个用户室内温度传感器上传的用户室内温度数据T_i(i＝1,2…5)，分别进行处理和筛选。如连续3小时以上该监测点室内温度T_i持续低于10℃或高于30℃，判定为无效数据，予以剔除；如连续3小时以内该监测点室内温度T_i低于10℃或高于30℃，判定为无效数据，使用公式(10)予以补充。补充结果见表2加粗数据。

表2用户室温数据

2.2根据***的热力平衡性和可接受的不满意率，从补充后的数据中筛选出每一时刻，所有用户的下四分位的室内温度测试值作为计算室内温度特征值T_ind，t，选择结果见表3。

3.将***回传的二次网供水温度T_g2，t、回水温度T_h2，t以及当前时刻的室外综合空气温度T_OAZ,t、计算室内温度特征值T_ind，t和步骤1计算得出下一时刻的室外综合空气温度T_OAZ，t+1带入公式(8)即可求出二次网设定供水温度T_g2,set，t+1，供水温度设定值见表3。

表3供水温度设定值

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

参考文献

[1]刘岱，周玮，郝国立，陈洪斌.一种城镇区域集中供热***调节方法[P].天津：CN 103363585 B,2016-01-13.

[2]王良勇.一种厂区换热站实时供水温度设定方法[P].天津：CN 104456712 A,2016-01-13。

Claims (2)

1.一种基于历史数据和气象参数的二次网供水温度设定方法，其特征是，依靠安装在热用户室内的室温传感器、换热器二次侧供回水温度传感器、流量传感器以及读取逐时天气预报来实施，室温传感器实时采集用户室内温度，换热器的一、二次侧供回水温度、流量传感器分别实时采集换热器一、二次侧供回水温度、流量，将用户室内温度、换热器一、二次侧供回水温度和流量同步传输至上位机并保存在数据库，读取数据库数据，求出二次网供水温度设定值，之后将设定值下发至换热器一次侧电动流量调节阀控制器，控制器根据当前二次侧供水温度与设定温度差值调节电动阀，以满足实际供热需求。

2.如权利要求1所述的基于历史数据和气象参数的二次网供水温度设定方法，其特征是，具体步骤如下：具体步骤如下：

根据下一时刻的预报气象参数包括：室外空气干球温度T_OA，t+1℃，风速WS_t+1m/s，天气状况WEAS_t+1，太阳高度角的正弦值AA_t+1计算出下一时刻的室外综合空气温度T_OAZ，t+1，对当前时刻上传的所有用户室内温度T_i，t进行剔除和补充后，得到计算室内温度特征值T_ind，t，使用当前和下一时刻的室外综合空气温度T_OAZ，t、T_OAZ，t+1，当前时刻计算室内温度特征值T_ind，t以及换热站二次侧供水温度T_g2，t、回水温度T_h2，t计算出下一时刻二次网设定供水温度T_{g2，set，t+1}；

二次网设定供水温度计算：

下一时刻二次网设定供水温度数值可由公式(1)求出，公式先根据当前时刻的室内温度特征值T_ind，t、用户室内设定温度T_ind，set、室外综合空气温度T_OAZ，t和下一时刻的T_OAZ，t+1使用公式(2)计算设定供水温度在线修正系数Ψ，之后公式通过读取***实时回传当前时刻的二次网供水温度T_g2，t、回水温度T_h2，t结合在线修正系数Ψ实时调整计算二次网设定供水温度T_{g2，set，t+1}：

式中：Ψ-设定供水温度在线修正系数；

b-用户末端特性参数；

T_ind，set-用户室内设定温度值；

T_ind，t-当前时刻计算室内温度特征值；

T_OAZ，t+1-下一时刻室外综合空气温度；

T_OAZ，t-当前时刻室外综合空气温度；

T_g2，t-当前时刻二次网供水温度；

T_h2，t-当前时刻二次网回水温度。

二次网设定供水温度计算中参数的计算方法：

1)室内温度特征值计算

首先对当前时刻用户室内温度传感器上传的用户室内温度数据T_i，t进行处理和筛选，i代表用户的序号，i＝1，2，....，n；如连续3小时以上该监测点室内温度T_i持续低于10℃或高于30℃，判定为无效数据，予以剔除；将该用户出现异常数据的前一条温度数据与其余所有正常用户室温波动平均值相加，依次对数据进行补充，计算方法见公式(3)：

式中：T_i，t-用户i在t时刻的室内温度；

T_i，t-1-用户i在t时刻的上一个时间点的室内温度；

T_j，t-除用户i之外的其余用户在t时刻的室内温度；

T_j，t-1-除用户i之外的其余用户在t-1时刻的室内温度；

将所有处理后的同一时间用户室温数据按大小序列排序，根据***的热力平衡性和可接受的不满意率，选择某百分位的室内温度测试值作为计算室内温度特征值T_ind，t；

2)室外综合空气温度计算

根据当前日期利用公式(4)计算赤纬d，太阳高度角正弦值AA可通过公式(5)得出：

式中：n-计算日在一年当中的日期序号，1月1日时n＝1；

-为换热站所在城市纬度，deg；

h-时角，deg；是指太阳与地球中心连线在地球赤道平面上的投影与当地时间12点时日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角，当地时间12点时的时角为零，前后每隔一小时，增加360°/24＝15°；

计算室外综合空气温度分为晴天工况和阴天工况，包括多云，雨，雪：

阴天工况下，使用公式(6)计算室外综合空气温度T_OAZ，t；晴天工况则使用公式(7)计算室外综合空气温度T_OAZ，t：

T_OAZ，t＝T_OA，t

-{c[lg(a*WS_t)]³-d[lg(a*WS_t)]²+e[lg(a*WS_t)]} (6)

式中：T_OAZ，t-当前时刻室外综合空气温度，℃；

T_OA，t-当前时刻室外空气干球温度，℃；

WS_，t-当前时刻室外风速，m/s；

AA_，t-当前时刻太阳高度角正弦值；

S_k-辐射强度折算系数，w/(m²·℃)

a、c、e、d-折算系数。

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