[發(fā)明專利]一種用于獨立式供熱系統(tǒng)的自反饋調(diào)溫方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011424106.6
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112541259B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 梁鈺祥;趙輝宏;趙夢迪;穆彥彤;孟海龍
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/02;G06N3/08;G06F119/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種用于獨立式供熱系統(tǒng)的自反饋調(diào)溫方法，其特征在于，包括：

預先將目標建筑的供熱過程劃分為預熱、升溫、自反饋調(diào)節(jié)以及保溫階段；

基于目標建筑所處環(huán)境構(gòu)建建筑的逐時熱負荷計算模型；

利用所述逐時熱負荷計算模型計算逐時需熱量并輸出；

在自反饋調(diào)節(jié)階段，根據(jù)設定溫度與實際溫度的溫差動態(tài)調(diào)整所述逐時熱負荷計算模型的系數(shù)，并進行熱量輸出，直至完成目標建筑的每日供熱；

逐時熱負荷計算模型為：

γ：自反饋調(diào)溫系數(shù)，初始值為1；

Q₁：外墻溫差傳熱耗熱量；

Q₂：外窗溫差傳熱耗熱量；

Q₃：輻照度附加熱負荷；

Q₄：燈具散熱冷負荷；

Q₅：人體顯熱散熱冷負荷；

Q₆：風力附加熱負荷；

Q₇：冷風侵入附加熱負荷；

Q₈：冷風滲透耗熱量；

Q₉：鄰間內(nèi)墻溫差傳熱耗熱量；

Q₁₀：鄰廊面溫差傳熱耗熱量；

Q₁₁：地面耗熱量；

i：樓層號；

j：房間號；

t：時間；

耗熱產(chǎn)熱參數(shù)具體計算如下：

建立需熱量模型前的預備工作：

1).使用房間內(nèi)平均溫度作為實際溫度：

(1)平均溫度的測量：在公寓正式供熱之前將五個精準測溫器置于屋內(nèi)四個角落及中間位置，測得的溫度構(gòu)成公寓平均溫度T_mean；

T_mean＝(T_t1+T_t2+T_t3+T_t4+T_t5+T_主)/6

T主：居民家庭用的測溫器溫度

(2)將得到的T_mean與測溫器實際所測溫度T_主進行一一配對，即正式供熱時用于計算的室內(nèi)溫度T_i,j為主測溫器測得的溫度T_主所配對的T_mean；

2).假設供熱溫度范圍：T_a～T_b

3).假定公寓人員有中午和晚上兩個居住時段：

[0,t_a(i,j)]∪[t_b(i,j),t_c(i,j)]∪[t_d(i,j),1439]min

i＝5,…,12為樓層號；

j＝1,…,30為房間號；

ta、tb、tc、td：把一天的時間分成三個階段，設置ta、tb、tc、td這四個端點；

4).假設供熱時段：

t_工：[0,t_a(i,j)]∪[t_b(i,j)-X,t_c(i,j)]∪[t_d(i,j)-X,1439]min

X為延遲時間，即提前對公寓進行供熱的時間，可取X為20min，

將兩次供熱過程分別分解為四個階段：

階段一：預熱階段T設定為時間段為：

[t_b(i,j)-X,t_b(i,j)]∪[t_d(i,j)-X,t_d(i,j)]min

供熱溫度范圍：T_a～T_b

階段二：升溫階段T設定為0.618×(T_b+T_a)，時間段為：

[t_b(i,j),t_b(i,j)+X]∪[t_d(i,j),t_d(i,j)+X]min

階段三：自反饋系統(tǒng)調(diào)溫階段：

[0,t_a(i,j)-X]∪[t_b(i,j)+X,t_c(i,j)-X]∪[t_d(i,j)+X,1439]min

階段四：保溫階段T設定為時間段為：

[t_a(i,j)-X,t_a(i,j)]∪[t_c(i,j)-X,t_c(i,j)]min

根據(jù)上述不同階段設定的T可以得到逐時需熱量Q_i,j(t)；將四個階段各時刻的逐時需熱量疊加可以得到逐日需熱量Q_i,j；

具體計算如下：

(1)外墻溫差傳熱耗熱量Q₁

Q₁＝K₁×F₁×(T-T_外)......i≠12,j≠1,15,16,30

K₁：外墻傳熱系數(shù)w/m2·℃；

F₁：南北側(cè)外墻面積m2；

T_i,j：室內(nèi)實際溫度；

i＝12時，外墻面積加入了屋頂?shù)耐鈮γ娣e；

Q₁＝K₁×(F₁+F₇)×(T_i,j-T_外)

F₇：屋頂面積；

j＝1,15,16,30時，外墻面積加入了東西側(cè)外墻面積；

Q₁＝K₁×(F₁+F₃)×(T_i,j-T_外)

F₃：東西側(cè)外墻及鄰間屋面面積；

(2)外窗溫差傳熱耗熱量Q₂

Q₂＝K₂×F₂×(T_i,j-T_外)×α；

K₂：外窗傳熱系數(shù)w/m2·℃；

F₂：外窗面積m2；

α：窗框修正系數(shù)；

(3)輻照度附加熱負荷Q₃

使用太陽輻照度對熱負荷的附加進行實時計算，得到該建筑的輻照度附加熱負荷Q₃；

Q₃＝Q₃¹+Q₃²；

Q₃¹：輻照度引起的外窗熱負荷；

Q₃¹＝F₂×X_d1×X_g1×J；

X_d1：外窗修正系數(shù)；

X_g1：外窗太陽輻射吸收率；

J：太陽輻照度.w/m2；本專利的太陽輻照度給出的時間間隔為60s，取最近的前一次給出的輻照度作為每一時刻的輻照度；由于建筑東，南，西，北及水平面的輻照度有所不同，故J在不同的外墻面分別取不同的值J_東，J_西，J_南，J_北，J_水平面；

Q₃²：輻照度引起的外墻熱負荷；

Q₃²＝F₁×X_d2×X_g2×J......i≠12；j≠1,15,16,30；

X_d2：外墻修正系數(shù)；

X_g2：外墻太陽輻射吸收率；

i＝12時，外墻面積加入了屋頂?shù)耐鈮Γ蓓斖鈮椪斩葹樗矫孑椪斩龋?/p>

Q₃²＝(F₁×J+F₇×J_水平面)×X_d2×X_g2；

j＝1,30時，外墻面積包含了西側(cè)外墻，西側(cè)外墻輻照度為西輻照度；

Q₃²＝(F₁×J+F₃×J_西)×X_d2×X_g2；

j＝15,16時，外墻面積包含了東側(cè)外墻，東側(cè)外墻輻照度為東輻照度；

Q₃²＝(F₁×J+F₃×J_東)×X_d2×X_g2；

(4)燈具散熱冷負荷Q₄

北方冬季一般在六點左右達到傍晚時分，假設各公寓人員統(tǒng)一在18點開燈，23點熄燈，得到燈具散熱冷負荷的分段函數(shù)：

M：照明燈具所需功率w；

n₁：鎮(zhèn)流器消耗功率系數(shù)，取n₁＝1.0；

n₂：燈罩隔熱系數(shù)，當熒光燈罩上部穿有小孔，下部為玻璃板，可利用自然通風散熱于頂棚內(nèi)時，取n₂＝0.5～0.6；熒光燈罩無通風孔的n₂＝0.6～0.8；

C_dj：照明散熱冷負荷系數(shù)；

選取n₁＝1.0，n₂＝0.6，C_dj＝0.37；

(5)人體顯熱散熱冷負荷Q₅

Q₅＝q×n×φ×C_rt；

q：不同室溫和勞動性質(zhì)成年男子顯熱散熱量w；

n：屋內(nèi)全部人數(shù)；

φ：群集系數(shù)；

C_rt：人體顯熱散熱冷負荷系數(shù)；

選取q＝83，φ＝0.93，C_rt＝0.84；

(6)高度附加熱負荷：當民用建筑和工業(yè)企業(yè)輔助建筑的房間凈高超過4m時，每增加1m，附加率為2％，最大附加率不超過15％；

供暖樓層凈高均不超過4m，不考慮高度附加熱負荷；

(7)風力附加熱負荷Q₆

Q₆＝β_fl(i)×Q₁；

β_fl(i)：第i層風力附加率；

在不避風的高地、河邊、海岸、曠野上的建筑物以及城鎮(zhèn)、廠區(qū)內(nèi)特別高的建筑物，垂直的外圍護結(jié)構(gòu)熱負荷附加5％～10％；令

第5層取5％的風力附加率，第12層取10％的風力附加率，中間的樓層按比例關系取風力附加率；

(8)冷風侵入附加熱負荷Q₇

在冬季風壓和熱壓的作用下，冷空氣會通過開啟的外門侵入，會造成室內(nèi)熱量的散失，使用傳統(tǒng)熱負荷計算方法中的冷風侵入耗熱量計算公式；

Q₇＝Q₁₀¹×N；

Q₁₀¹：外門溫差傳熱耗熱量；

(9)冷風滲透耗熱量Q₈

室外的冷空氣會通過門縫，窗縫進入室內(nèi)，滲入的冷空氣被加熱的過程會導致室內(nèi)熱量的損失；室外冷空氣通過縫隙滲入到室內(nèi)所造成的熱量損失即冷風滲透耗熱量；

Q₈＝0.278×C_p×V_lf×ρ_w×(T_i,j-T_外)；

0.278為單位換算系數(shù)1kj/h＝0.278w；

C_p：定壓比熱容j/kg·℃；取C_p＝1j/kg·℃；

V_lf：冷空氣體積m3；

ρ_w：冷空氣密度kg/m3；

V_lf＝L×l×n₃；

L：單位長度滲透量m3/m；

l：縫隙長度m；

n₃：滲透次數(shù).次，容積小于500m3的房間換氣次數(shù)設為0.7次/h；

(10)鄰間內(nèi)墻溫差傳熱耗熱量Q₉

鄰間未處于供熱狀態(tài)時，觀測房間與相鄰房間存在溫差，從而形成鄰間內(nèi)墻溫差傳熱耗熱；

Q₉＝K₃F₃×[(T_i,j-T_i,j-1)+(T_i,j-T_i,j+1)]......j＝2,3,...,14；

K₃：鄰間屋面?zhèn)鳠釁?shù)w/m2·℃；

東山西山的房間只有一面內(nèi)墻與房間相鄰，另一面與外界相鄰產(chǎn)生熱量交換，故

j＝1,30時，

Q₉＝K₃F₃×(T_i,j-T_i,j+1)；

j＝15,16時，

Q₉＝K₃F₃×(T_i,j-T_i,j-1)；

(11)鄰廊面溫差傳熱耗熱量Q₁₀

鄰廊面的溫差耗熱量包含了外門與墻面的耗熱；

Q₁₀＝Q₁₀¹+Q₁₀²；

Q₁₀₁：外門溫差傳熱耗熱量；

Q₁₀¹＝K₄×F₄×(T_i,j-T_廊)；

T_廊：走廊溫度；

K₄：外門傳熱系數(shù)w/m2·℃；

F₄：外門面積m2；

Q₁₀²：鄰廊墻面?zhèn)鳠岷臒崃浚?/p>

Q₁₀²＝K₃×F₅×(T_i,j-T_廊)；

F₅：鄰廊屋面面積m2；

(12)地面耗熱量Q₁₁

Q₁₁＝K₅(F₆+F₇)×[(T_i,j-T_i-1,j)+(T_i,j-T_i+1,j)]......i＝5,6,...,11；

K₅：地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)w/m2·℃；

F₆：下地面面積m2；

頂層的地面耗熱量僅由下地面產(chǎn)生，上地面耗熱量為與外界的熱量交換，故i＝12時，

Q₁₁＝K_jdF_jd×(T_i,j-T_i-1,j)；

自反饋調(diào)溫系統(tǒng)為：

t_反＝[0,t_a(i,j)-X]∪[t_b(i,j)+X,t_c(i,j)-X]∪[t_d(i,j)+X,1439]min

自反饋調(diào)溫系統(tǒng)詳解：

第一步：輸入γ＝1，t＝0，啟動系統(tǒng)；

第二步：根據(jù)γ和t，計算逐時需熱量并輸出；

第三步：判斷室內(nèi)實際溫度與設定溫度的溫差，根據(jù)設定的誤差閾值進行判斷，并調(diào)節(jié)γ，本專利選取±0.5℃作為實例；若實際溫度比設定溫度高0.5℃，則系數(shù)γ減小0.01；若實際溫度低于設定溫度0.5℃，則系數(shù)γ增大0.01；若實際溫度與設定溫度溫差低于0.5℃，γ保持不變；

第四步：選取γ保持不變，即實際溫度與設定溫度溫差在可接受范圍內(nèi)的，且滿足t在特定時刻的0分，10分，20分，30分，40分，50分，將該時刻的逐時需熱量等數(shù)據(jù)導出至用于神經(jīng)網(wǎng)絡訓練的文件夾下，用于訓練神經(jīng)網(wǎng)絡；

第五步：時間t更新為t+1；

第六步：判斷若t屬于t反，則回到第二步進行循環(huán)，若t不屬于t反，進入下一流程；

第七步：判斷t是否小于1440min；若t大于等于1440min，結(jié)束循環(huán)，即結(jié)束當天的自反饋調(diào)溫階段的調(diào)節(jié)；若t小于1440min，則返回第六步。