一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法，该方法包括以下步骤：利用建筑室外温度和室内温度的平均值，开发线性回归模型，计算室内温度分布的上四分位点；利用室外温度和供热温度，开发改进三阶RC模型，计算供热系统供热量；利用上四分位点和室内温度的平均值计算室内温度的正态分布曲线；根据室内温度的不保证率要求、最低供热温度及正态分布曲线，确定系统运行的供热温度；将供热温度和室外温度输入到改进三阶RC模型中，得到在最低供热温度和不保证率要求下的供热系统供热量。本发明专利技术针对于解决居住建筑多用户室温监测结果不一致情况下，建筑供热量的计算问题，在保证建筑稳定供热的同时，降低建筑供热系统能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法
本专利技术属于计算领域，具体涉及一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法。
技术介绍
在我国的北方城镇地区，集中供热是提高居住建筑室内温度，保证冬季室内环境舒适的重要方式，但不可避免地造成了建筑能源消耗的增加。据统计，2015年我国北方城镇地区供热能耗占建筑总能耗的22％。因此，在低碳环保发展的社会背景下，降低建筑供热损失，提高供热系统效率对降低建筑能耗具有重要意义。对建筑供热系统而言，建筑供热量直接决定着系统运行能耗的高低，而室内温度值又是供热量计算的重要参数。但通过对居住建筑的室温监测发现，居住建筑中普遍存在着多用户室内温度不一致的问题，部分用户的室内温度过高，而部分用户室内温度达不到供热标准的要求。出现这种问题的主要原因是，在居住建筑供热系统中，一个换热站承担的供热面积约为5-10万平方米，其中往往包含着多栋、多用户的不同供热需求，管路情况复杂，部分用户可能会出现水利失调的现象。因此，在居住建筑多用户温度监测结果不一致的情况下，如何计算建筑的供热量是一个重要问题。目前为解决这个问题，工程上的方法只是尽可能地增加建筑的供热量，以提高水利失调用户的室内温度，满足其供热需求，而此时非水利失调用户则处于过量供热的状态，会使得室内温度过高，造成能源浪费。同时目前很多针对居住建筑供热量的动态计算方法，均忽略了水利失调对用户室温造成的影响，使得实际的供热效果达不到预期要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法，以解决居住建筑供热系统运行过程中，多用户室温监测结果不一致情况下，建筑供热量的计算问题。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法，包括以下步骤：步骤1：首先建立反映建筑室内温度分布上四分位点的线性回归模型，模型的输入变量为建筑室外温度Tout和室内温度平均值Tin，模型的输出变量为室内温度分布的上四分位点Tp。该室内温度分布的上四分位点Tp的计算公式为：式中，Tmax为室内温度的最大值(℃)；Tin为室内温度的平均值(℃)。该室内温度分布上四分位点Tp的线性回归模型为：Tp＝b1+b2Tout+b3Tin+b4Tout2+b5Tin2(10)式中，Tp为室内温度分布上四分位点(℃)；Tout为建筑室外温度(℃)；Tin为室内温度平均值(℃)；b1，b2，b3，b4，b5为待识别的系数。步骤2：利用实测室内温度平均值Ts，in、室外温度Ts，out及室内温度分布上四分位点Ts，p，采用最小二乘法对线性回归模型中的系数进行识别，使得识别后的线性方程式可以根据建筑室外温度Tout和室内温度平均值Tin计算室内温度分布的上四分位点Tp；步骤3：基于建筑供热量的计算需求及建筑物的实际材料属性，利用建筑热负荷计算方法和建筑围护结构传热的电等效原理，开发计算建筑供热量的改进3R3C模型，该模型参考热负荷计算方法，将建筑日射得热作为供热有利因素予以忽略，同时通过添加附加系数α，将冷风渗透耗热量及冷风侵入耗热量附加到供热量的计算中。开发的改进三阶RC模型如图2所示，模型的输入变量包括建筑室外温度Tout和供热温度Tg，模型的输出变量为供热系统的供热量W；该改进三阶模型的各节点方程式为：Tin节点：T2节点：T1节点：式中，Tin为室内节点温度(℃)；T1为围护结构虚拟节点1的等效温度(℃)；T2为围护结构虚拟节点2的等效温度(℃)；Tout为室外节点温度(℃)；Cin为室内的等效热容(J/(kg·K))；C1为围护结构虚拟节点1的等效热容(J/(kg·K))；C2为围护结构虚拟节点2的等效热容(J/(kg·K))；Rw1为室外节点与虚拟节点1之间的等效热阻(K/W)；Rw2为虚拟节点1与虚拟节点2之间的等效热阻(K/W)；Rw3为虚拟节点2与室内节点之间的等效热阻(K/W)；Rw4为室外节点与室内节点之间的等效热阻(K/W)，W为建筑供热量(kW)；a为等效附加系数。其中，Rw4等效地表示建筑外门、外窗的热阻；Rw1、Rw2、Rw3等效地表示建筑外墙的热阻；Cin等效地表示建筑内墙、家具及空气的热容；C1、C2等效地表示建筑外墙的热容；a等效地表示冷风渗透、冷风侵入耗热量及各附加耗热量的影响。步骤4：利用灰狼优化算法对步骤3中搭建的三阶模型的参数进行辨识，使得参数辨识后的灰箱模型可以反映建筑供热温度Tg和室外温度Tout与建筑供热量W之间的关系。待辨识的参数包括四个等效热阻Rw1、Rw2、Rw3、Rw4，三个等效热容C1、C2、Cin及一个等效附加系数a，灰狼优化算法迭代计算的流程图如图3所示。在优化算法的迭代过程中，实测的建筑室内温度Ts，in、室外温度Ts，out作为边界条件输入到改进RC模型中，用于计算每只灰狼位置对应的供热量Wi，而实测的建筑供热量Ws则用于适应度函数值的计算。该优化过程的适应度函数为：F＝Ws-Wi(14)式中，F为适应度函数值(kW)；Ws为实测建筑供热量(kW)；Wi为每只灰狼位置计算的供热量(kW)。步骤5：根据室内温度平均值Tin和步骤2中得到的室内温度分布的上四分位点Tp，计算室内温度的正态分布曲线，使得该曲线可以反映室内温度分布的不确定性。正态分布曲线的计算方式如下：式中，f(T)为室内温度是T的概率(％)；Tin为室内温度平均值(℃)；Tp为室内温度分布上四分位点(℃)；δ为室内温度分布的标准差。步骤6：将建筑供暖室内温度的不保证率ε和最低供暖温度Tl带入到步骤5中确定的正态分布曲线中，进行概率计算，确定系统运行的供热温度Tg；供热温度Tg的计算方程为：式中，ε为不保证率(％)；Tl为最低供暖温度(℃)；Tg为系统运行的供热温度(℃)。步骤7：将步骤6中得到的供热温度Tg和室外温度Tout输入到步骤4中参数辨识后的改进RC模型中，计算在最低供热温度Tl和不保证率ε要求下的系统供热量W。有益效果(1)本专利技术致力于解决居住建筑多用户室温监测结果不一致情况下，建筑供热量的计算问题，开发了一种建筑室内温度分布的计算方法，进而通过概率计算确定用于供热量计算的室内温度，保证供热系统在运行过程中可以满足绝大部分用户的需求，提高供热系统的稳定性。(2)本专利技术依据建筑最低供热温度和不保证率进行供热量的计算，可以尽可能地避免用户出现过量供热的情况，减小建筑供热量损失，降低供热能耗；同时允许运维人员通过调整最低供热温度和不保证率满足不同情景下供热量计算的需要。(3)本专利技术的建筑供热量计算方法，能够根据室外温度、最低供热温度和不保证率实时计算和输出建筑的供热量，满足供热系统自动控制的需要。附图说明图1为本专利技术一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法的技术流程图；图2为本专利技术搭建的改进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)：首先建立反映建筑室内温度分布上四分位点的线性回归模型，模型的输入变量为建筑室外温度T

【技术特征摘要】
1.一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：首先建立反映建筑室内温度分布上四分位点的线性回归模型，模型的输入变量为建筑室外温度Tout和室内温度平均值Tin，模型的输出变量为室内温度分布的上四分位点Tp；
步骤2)：利用实测的室内温度平均值Ts，in、室外温度Ts，out及室内温度分布上四分位点Ts，p，采用最小二乘法对线性回归模型中的系数进行识别，使得识别后的线性方程式可以根据建筑室外温度Tout和室内温度平均值Tin计算室内温度分布的上四分位点Tp；
步骤3)：基于建筑供热量的计算需求及建筑物的实际材料属性，利用建筑热负荷计算方法和建筑围护结构传热的电等效原理，开发计算建筑供热量的改进3R3C模型，该模型的输入变量包括建筑室外温度Tout和供热温度Tg，模型的输出变量为供热系统的供热量W；
步骤4)：利用灰狼优化算法对步骤3中搭建的三阶模型的参数进行辨识，使得参数辨识后的灰箱模型可以反映建筑供热温度Tg和室外温度Tout与建筑供热量W之间的关系。在优化算法的迭代过程中，实测的建筑室内温度Ts，in、室外温度Ts，out作为边界条件输入到改进RC模型中，用于计算各搜索代理对应的供热量Wi，而实测的建筑供热量Ws则用于适应度函数值F的计算。
步骤5)：根据室内温度平均值Tin和步骤2)中得到的室内温度分布的上四分位点Tp，计算室内温度的正态分布曲线，使得该曲线可以反映室内温度分布的不确定性。
步骤6)：将建筑供暖室内温度的不保证率ε和最低供暖温度Tl带入到步骤5)中确定的正态分布曲线中，进行概率计算，确定系统运行的供热温度Tg；
步骤7)：将步骤6)中得到的供热温度Tg和室外温度Tout输入到步骤4)中参数辨识后的改进RC模型中，计算在最低供热温度Tl和不保证率ε要求下的系统供热量W。


2.根据权利要求1所述的一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法，其特征在于，所述步骤1)中以建筑室外温度Tout和室内温度平均值Tin为变量，计算室内温度分布上四分位点Tp的线性回归模型为：
Tp＝b1+b2Tout+b3Tin+b4Tout2+b5Tin2(1)
式中，Tp为室内温度分布上四分位点(℃)；Tout为建筑室外温度(℃)；Tin为室内温度平均值(℃)；b1，b2，b3，b4，b5为待识别的系数。


3.根据权利要求1所述的一种基于不确定性的居住建筑供热量计算方法，其特征在于，所述步骤3)中搭建的计算建筑供热量的改进3R3C模型，该模型参考热负荷计算方法，将建筑日射得热作为供热有利因素予以忽略，同时通过添加附加系数α，将冷风渗透耗热量及冷风侵入耗热量附加到供热量的计算中，开发的改进三阶RC模型结构如图2所示。
该改进三阶模...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁研，刘路衡，吕亚聪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12