一种基于蒙特卡罗法的地源热泵竖直地埋管的可靠性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于蒙特卡罗法的地源热泵竖直地埋管的可靠性分析方法，提出在EXCEL环境下，采用蒙特卡罗模拟法，研究各随机变量同时变化时埋管长度的变化程度，通过成千上万次模拟运算，得到大量的管长样本，再通过SPSS软件对样本进行处理。结合工程实例计算，与确定性设计方法进行对比分析，根据系统所要求不同的保证率，可以得到不同的计算管长，为地埋管的可靠性分析提供一定的参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地源热泵系统的可靠性分析
，涉及一种基于蒙特卡罗法的地源热泵竖直地埋管的可靠性分析方法。
技术介绍
在地源热泵竖直地埋管的研究中,传热分析一直是许多学者研究的重点,也因此产生了许多不同的传热模型。基于传热分析与传热模型的建立，地源热泵竖直地埋管的设计也出现了相应的计算公式和方法。现有的地埋管计算公式和设计方法中，极少部分有考虑相关参数的动态变化和随机性。JeffreyD.Spitler等人提到地下导热率的不确定性和分布范围，王勇做了建筑负荷的动态变化对地源热泵性能影响的相关研究，管昌生等人考虑了岩土热阻的随机性，并做了相关研究，这些在进行地源热泵地埋管管长计算或可靠性分析时，都没有全面考虑影响地源热泵的随机因素，只是在假定其他因素不变的前提下，某一特定因素变化所导致的评价指标(本专利技术采用竖直地埋管管长这一评价指标)的变化程度，无法反映各随机因素同时变化引起评价指标的变化程度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种基于蒙特卡罗法的地源热泵竖直地埋管的可靠性分析方法,在计算机环境下，借助EXCEL软件提供的函数功能，拟以竖直地埋管管长计算为例，应用蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟法对随机因素影响下的竖直地埋管管长进行成千上万次的模拟运算，最后利用SPSS软件对所得到的样本进行处理，对地埋管的可靠性进行分析。其具体技术方案为：一种基于蒙特卡罗法的地源热泵竖直地埋管的可靠性分析方法，包括以下步骤：(1)分析评价参数的特性，确定随机变量的某些概率分布律；(2)按照一定的统计分布规律，在计算机上产生随机数，在此基础上，建立相应的数学模型；(3)通过成千上万次计算机模拟运算，得到足够数量的参数样本值，根据这些参数样本值，进行统计特征分析，求出地源热泵竖直地埋管管长的概率分布；(4)根据上述所求的概率分布，分析评价预测管长的可靠性。优选地，在进行模拟运算时，主要采用的函数包括：RAND:是一个Excel随机数字发生器，产生0到1之间的一个随机数；NORMINV：是一个返回给定概率、正态分布的均值和标准差的区间点；AVERAGE：计算指标的平均值；STDEV：估算基于样本的标准偏差；MAX：计算样本的最大值；MIN：计算样本的最小值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)基于EXCEL环境下，采用蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟法，可以解决现行可靠性计算中仅对特定因素变化引起评价指标变化的可靠性分析问题，解决了各随机因素同时变化引起评价指标的变化的可靠性分析问题。(2)本专利技术得到的固定样本是成千上万次实验模拟的结果，具有一定的物理意义和数学意义，是可信的。(3)根据系统不同的保证率，可以得到不同的计算管长。就本专利技术的实例而言，与现有技术相比,根本无法保证其置信度达到95.44％(“2σ”范围内)；若按照100m的井深计算，要想保证地源热泵系统的可靠性在“2σ”范围内，则需要额外至少增加1口井，不超过5口井(否则会增加初投资)；要想保证地源热泵系统的可靠性在“σ”范围内，则需要额外至少增加2口井；不超过4口井(否则会增加初投资)。(4)本专利技术实例所涉及随机参数及其分布类型，是在假设的基础上提出来的，为工程实际提供一定的参考。附图说明图1是管长计算基本资料；图2是参数随机取数后一次计算的结果；图3是模拟运算5000次的部分数据；图4是固定样本的统计参数计算；图5是5000个样本频率分布直方图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实例，进一步阐述本专利技术。1蒙特卡罗模拟法原理及步骤1.1蒙特卡罗模拟法的基本原理蒙特卡罗(MonteCarlo)方法，是一种基于随机数的统计模拟方法。在一些统计问题中，有时候很难给出完美的理论结果，这时可以通过随机模拟来给出近似的结果。一般需要根据已知的概率分布构造出相应的模拟样本，用它们的样本频率代替相应的概率作统计分析和推断。蒙特卡罗分析是情景分析法中的一种，在该分析方法下，被分析的项目将面临大量的情景。以竖直地埋管管长为评价指标，在每一种情景下，计算机为每个变量随机选择一个数值，然后运用这些数据计算地埋管管长，并将这些管长值存储到计算机中。接下来，再为输入变量随机选取第二组数据，并计算第二个管长值。通过成千上万次的模拟，可以获得相应的概率分布，通过对大量实验样本进行统计规律分析，得到满足一定可信度的结果。通过蒙特卡罗模拟，可以对地源热泵竖直地埋管管长计算中的多个不确定性因素进行有效分析，克服常规可靠性分析中仅对单一随机因素分析的弊端。1.2蒙特卡罗模拟法的分析步骤在工程技术问题中，常常很难获取实验数据，而且会耗费很多人力、物力。对此采用计算机随机模拟的方法无疑显得简单、实用而经济。以地源热泵竖直地埋管管长计算为例，蒙特卡罗模拟法的分析步骤如下：(1)分析评价参数的特性，并根据历史资料或专家意见，确定随机变量的某些概率分布律；(2)按照一定的统计分布规律，在计算机上产生随机数，在此基础上，建立相应的数学模型；(3)通过成千上万次计算机模拟运算，得到足够数量的参数样本值，根据这些参数样本值，进行统计特征分析，求出地源热泵竖直地埋管管长的概率分布；(4)根据上述所求的概率分布，分析评价预测管长的可靠性。1.3基于Excel的蒙特卡罗模拟所需函数Excel软件内含有大量的统计函数，可以实时反映各种变量之间的变化，获得各随机因素下目标函数的变动规律。在进行蒙特卡罗模拟运算时，主要采用的函数包括：RAND:是一个Excel随机数字发生器，产生0到1之间的一个随机数；NORMINV：是一个返回给定概率、正态分布的均值和标准差的区间点；AVERAGE：计算指标的平均值；STDEV：估算基于样本的标准偏差；MAX：计算样本的最大值；MIN：计算样本的最小值。2管长计算公式由于地埋管换热器中的传热过程是三维非稳态的传热，影响因素非常复杂，很难用简单的公式加以描述和概括，因此在实际工程中广泛采用以半经验公式为主的设计计算方法，主要根据最大冷、热负荷估算地埋管所需埋管的长度。地埋管换热器钻孔总长度：LH=1000QH(RP+RSFH)(t∞-tmin)·COPH-1COPH---(1)]]>LC=1000QC(RP+RSFC)(tmax-t∞)&CenterD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于蒙特卡罗法的地源热泵竖直地埋管的可靠性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分析评价参数的特性，确定随机变量的某些概率分布律；(2)按照一定的统计分布规律，在计算机上产生随机数，在此基础上，建立相应的数学模型；(3)通过成千上万次计算机模拟运算，得到足够数量的参数样本值，根据这些参数样本值，进行统计特征分析，求出地源热泵竖直地埋管管长的概率分布；(4)根据上述所求的概率分布，分析评价预测管长的可靠性。

【技术特征摘要】
1.一种基于蒙特卡罗法的地源热泵竖直地埋管的可靠性分析方法，其特征在于，包括
以下步骤：
(1)分析评价参数的特性，确定随机变量的某些概率分布律；
(2)按照一定的统计分布规律，在计算机上产生随机数，在此基础上，建立相应的数学模
型；
(3)通过成千上万次计算机模拟运算，得到足够数量的参数样本值，根据这些参数样本值，
进行统计特征分析，求出地源热泵竖直地埋管管长的概率分布；
(4)根据上述所求的概率分布，分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：符永正，鲁芬豹，刘腊美，石磊，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42