[发明专利]一种用于独立式供热系统的自反馈调温方法及系统

权利要求书

1.一种用于独立式供热系统的自反馈调温方法，其特征在于，包括：

预先将目标建筑的供热过程划分为预热、升温、自反馈调节以及保温阶段；

基于目标建筑所处环境构建建筑的逐时热负荷计算模型；

利用所述逐时热负荷计算模型计算逐时需热量并输出；

在自反馈调节阶段，根据设定温度与实际温度的温差动态调整所述逐时热负荷计算模型的系数，并进行热量输出，直至完成目标建筑的每日供热；

逐时热负荷计算模型为：

γ：自反馈调温系数，初始值为1；

Q₁：外墙温差传热耗热量；

Q₂：外窗温差传热耗热量；

Q₃：辐照度附加热负荷；

Q₄：灯具散热冷负荷；

Q₅：人体显热散热冷负荷；

Q₆：风力附加热负荷；

Q₇：冷风侵入附加热负荷；

Q₈：冷风渗透耗热量；

Q₉：邻间内墙温差传热耗热量；

Q₁₀：邻廊面温差传热耗热量；

Q₁₁：地面耗热量；

i：楼层号；

j：房间号；

t：时间；

耗热产热参数具体计算如下：

建立需热量模型前的预备工作：

1).使用房间内平均温度作为实际温度：

(1)平均温度的测量：在公寓正式供热之前将五个精准测温器置于屋内四个角落及中间位置，测得的温度构成公寓平均温度T_mean；

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

T主：居民家庭用的测温器温度

(2)将得到的T_mean与测温器实际所测温度T_主进行一一配对，即正式供热时用于计算的室内温度T_i,j为主测温器测得的温度T_主所配对的T_mean；

2).假设供热温度范围：T_a～T_b

3).假定公寓人员有中午和晚上两个居住时段：

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

i＝5,…,12为楼层号；

j＝1,…,30为房间号；

ta、tb、tc、td：把一天的时间分成三个阶段，设置ta、tb、tc、td这四个端点；

4).假设供热时段：

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

X为延迟时间，即提前对公寓进行供热的时间，可取X为20min，

将两次供热过程分别分解为四个阶段：

阶段一：预热阶段T设定为时间段为：

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

供热温度范围：T_a～T_b

阶段二：升温阶段T设定为0.618×(T_b+T_a)，时间段为：

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

阶段三：自反馈系统调温阶段：

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

阶段四：保温阶段T设定为时间段为：

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

根据上述不同阶段设定的T可以得到逐时需热量Q_i,j(t)；将四个阶段各时刻的逐时需热量叠加可以得到逐日需热量Q_i,j；

具体计算如下：

(1)外墙温差传热耗热量Q₁

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

K₁：外墙传热系数w/m2·℃；

F₁：南北侧外墙面积m2；

T_i,j：室内实际温度；

i＝12时，外墙面积加入了屋顶的外墙面积；

Q₁＝K₁×(F₁+F₇)×(T_i,j-T_外)

F₇：屋顶面积；

j＝1,15,16,30时，外墙面积加入了东西侧外墙面积；

Q₁＝K₁×(F₁+F₃)×(T_i,j-T_外)

F₃：东西侧外墙及邻间屋面面积；

(2)外窗温差传热耗热量Q₂

Q₂＝K₂×F₂×(T_i,j-T_外)×α；

K₂：外窗传热系数w/m2·℃；

F₂：外窗面积m2；

α：窗框修正系数；

(3)辐照度附加热负荷Q₃

使用太阳辐照度对热负荷的附加进行实时计算，得到该建筑的辐照度附加热负荷Q₃；

Q₃＝Q₃¹+Q₃²；

Q₃¹：辐照度引起的外窗热负荷；

Q₃¹＝F₂×X_d1×X_g1×J；

X_d1：外窗修正系数；

X_g1：外窗太阳辐射吸收率；

J：太阳辐照度.w/m2；本专利的太阳辐照度给出的时间间隔为60s，取最近的前一次给出的辐照度作为每一时刻的辐照度；由于建筑东，南，西，北及水平面的辐照度有所不同，故J在不同的外墙面分别取不同的值J_东，J_西，J_南，J_北，J_水平面；

Q₃²：辐照度引起的外墙热负荷；

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

X_d2：外墙修正系数；

X_g2：外墙太阳辐射吸收率；

i＝12时，外墙面积加入了屋顶的外墙，屋顶外墙辐照度为水平面辐照度；

Q₃²＝(F₁×J+F₇×J_水平面)×X_d2×X_g2；

j＝1,30时，外墙面积包含了西侧外墙，西侧外墙辐照度为西辐照度；

Q₃²＝(F₁×J+F₃×J_西)×X_d2×X_g2；

j＝15,16时，外墙面积包含了东侧外墙，东侧外墙辐照度为东辐照度；

Q₃²＝(F₁×J+F₃×J_东)×X_d2×X_g2；

(4)灯具散热冷负荷Q₄

北方冬季一般在六点左右达到傍晚时分，假设各公寓人员统一在18点开灯，23点熄灯，得到灯具散热冷负荷的分段函数：

M：照明灯具所需功率w；

n₁：镇流器消耗功率系数，取n₁＝1.0；

n₂：灯罩隔热系数，当荧光灯罩上部穿有小孔，下部为玻璃板，可利用自然通风散热于顶棚内时，取n₂＝0.5～0.6；荧光灯罩无通风孔的n₂＝0.6～0.8；

C_dj：照明散热冷负荷系数；

选取n₁＝1.0，n₂＝0.6，C_dj＝0.37；

(5)人体显热散热冷负荷Q₅

Q₅＝q×n×φ×C_rt；

q：不同室温和劳动性质成年男子显热散热量w；

n：屋内全部人数；

φ：群集系数；

C_rt：人体显热散热冷负荷系数；

选取q＝83，φ＝0.93，C_rt＝0.84；

(6)高度附加热负荷：当民用建筑和工业企业辅助建筑的房间净高超过4m时，每增加1m，附加率为2％，最大附加率不超过15％；

供暖楼层净高均不超过4m，不考虑高度附加热负荷；

(7)风力附加热负荷Q₆

Q₆＝β_fl(i)×Q₁；

β_fl(i)：第i层风力附加率；

在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物以及城镇、厂区内特别高的建筑物，垂直的外围护结构热负荷附加5％～10％；令

第5层取5％的风力附加率，第12层取10％的风力附加率，中间的楼层按比例关系取风力附加率；

(8)冷风侵入附加热负荷Q₇

在冬季风压和热压的作用下，冷空气会通过开启的外门侵入，会造成室内热量的散失，使用传统热负荷计算方法中的冷风侵入耗热量计算公式；

Q₇＝Q₁₀¹×N；

Q₁₀¹：外门温差传热耗热量；

(9)冷风渗透耗热量Q₈

室外的冷空气会通过门缝，窗缝进入室内，渗入的冷空气被加热的过程会导致室内热量的损失；室外冷空气通过缝隙渗入到室内所造成的热量损失即冷风渗透耗热量；

Q₈＝0.278×C_p×V_lf×ρ_w×(T_i,j-T_外)；

0.278为单位换算系数1kj/h＝0.278w；

C_p：定压比热容j/kg·℃；取C_p＝1j/kg·℃；

V_lf：冷空气体积m3；

ρ_w：冷空气密度kg/m3；

V_lf＝L×l×n₃；

L：单位长度渗透量m3/m；

l：缝隙长度m；

n₃：渗透次数.次，容积小于500m3的房间换气次数设为0.7次/h；

(10)邻间内墙温差传热耗热量Q₉

邻间未处于供热状态时，观测房间与相邻房间存在温差，从而形成邻间内墙温差传热耗热；

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

K₃：邻间屋面传热参数w/m2·℃；

东山西山的房间只有一面内墙与房间相邻，另一面与外界相邻产生热量交换，故

j＝1,30时，

Q₉＝K₃F₃×(T_i,j-T_i,j+1)；

j＝15,16时，

Q₉＝K₃F₃×(T_i,j-T_i,j-1)；

(11)邻廊面温差传热耗热量Q₁₀

邻廊面的温差耗热量包含了外门与墙面的耗热；

Q₁₀＝Q₁₀¹+Q₁₀²；

Q₁₀₁：外门温差传热耗热量；

Q₁₀¹＝K₄×F₄×(T_i,j-T_廊)；

T_廊：走廊温度；

K₄：外门传热系数w/m2·℃；

F₄：外门面积m2；

Q₁₀²：邻廊墙面传热耗热量；

Q₁₀²＝K₃×F₅×(T_i,j-T_廊)；

F₅：邻廊屋面面积m2；

(12)地面耗热量Q₁₁

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

K₅：地面传热系数w/m2·℃；

F₆：下地面面积m2；

顶层的地面耗热量仅由下地面产生，上地面耗热量为与外界的热量交换，故i＝12时，

Q₁₁＝K_jdF_jd×(T_i,j-T_i-1,j)；

自反馈调温系统为：

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

自反馈调温系统详解：

第一步：输入γ＝1，t＝0，启动系统；

第二步：根据γ和t，计算逐时需热量并输出；

第三步：判断室内实际温度与设定温度的温差，根据设定的误差阈值进行判断，并调节γ，本专利选取±0.5℃作为实例；若实际温度比设定温度高0.5℃，则系数γ减小0.01；若实际温度低于设定温度0.5℃，则系数γ增大0.01；若实际温度与设定温度温差低于0.5℃，γ保持不变；

第四步：选取γ保持不变，即实际温度与设定温度温差在可接受范围内的，且满足t在特定时刻的0分，10分，20分，30分，40分，50分，将该时刻的逐时需热量等数据导出至用于神经网络训练的文件夹下，用于训练神经网络；

第五步：时间t更新为t+1；

第六步：判断若t属于t反，则回到第二步进行循环，若t不属于t反，进入下一流程；

第七步：判断t是否小于1440min；若t大于等于1440min，结束循环，即结束当天的自反馈调温阶段的调节；若t小于1440min，则返回第六步。