基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法技术方案

本发明专利技术公开了基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法。该方法首先建立动态供热系统的仿真模型，根据实时电价、建筑占有率及室外空气温度来优化供热系统，在满足人体热舒适的前提下，实现系统节能运行。研究首先建立包括住宅建筑、变频泵、阀门、热交换器、管网及锅炉的供热系统仿真模型。然后根据实时电价、建筑内部热负荷及室外环境温度等因素，优化热源侧的供水温度、一次侧的泵与阀门的开度控制，二次侧的供水温度与流量控制。本发明专利技术实现了供给侧与需求侧的动态平衡，有效挖掘需求侧资源潜力，能够转移高峰时期的负荷需求，提升了系统的灵活性与韧性，可望为供热系统节能改造与运维优化提供新的思路。改造与运维优化提供新的思路。改造与运维优化提供新的思路。

【技术实现步骤摘要】
基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法


[0001]本专利技术涉及到供热系统控制领域，尤其涉于基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法。

技术介绍

[0002]建筑能耗约占据全球总能耗的三分之一，伴随的碳排放也高达了37％，建筑领域具有很大的降碳潜力。可再生能源的比例必将逐渐增大，但由于可再生能源(如风能、太阳能)的间歇性、随机性和不稳定性会导致供给侧的能源波动十分剧烈，难以持续稳定地满足人们对能源的需求。同时受室外环境和需求侧用能等因素的影响，在夏季、冬季或极端天气情况下，短时间内能源供需不平衡的现象时有发生。
[0003]并且，由于绿色节能建筑的快速发展，很多地区已经达到了四步节能建筑甚至五步节能建筑，然而供热公司采取的依旧是传统的供热策略，没有充分考虑到室外环境温度与需求侧的动态变化，不能够充分利用到供给侧与需求侧的特性，既增大了供热成本，用户的能源需求也不能得到很好的满足。
[0004]为了能够在满足需求侧的热舒适同时，可以通过不断优化调控供热系统的产热量与向房间的供热量，最大程度地减少能源成本，并且避免高峰时期的能源使用，有效地缓解供给侧与需求侧之间的矛盾，削峰填谷、平衡间歇式能源波动和提供辅助服务，增强系统的调节能力与稳定性，解决外界条件的不稳定问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法在满足用户热舒适的同时能够最大程度地调度需求侧的潜在能源负荷，充分考虑到室外环境，动态电价与人体的热舒适水平等因素，根据外界变化实时确定系统控制策略，在动态条件下实现对建筑与供热系统全局的节能管理。
[0006]基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1、根据区域供热系统架构建立供热系统的仿真模型，模型包括节能住宅建筑、二次侧泵、阀门、热交换器、采暖末端、一次侧泵、热源及管网。
[0008]步骤S2、根据人体热舒适温度、室内占有率及当地动态电价，确定室内温度设定值，作为供热系统的控制目标。
[0009]步骤S3、根据室外温度的实时监测值或预测值，采取主动的气候补偿控制，动态调节一次侧供水温度，优化系统的供热量输出，提高系统适应室外温度变化的能力。
[0010]步骤S4、根据室内设定温度、室外天气温度与二次侧供水温度计算出一次侧供水温度设定值，采用PID控制器以一次侧供水温度的设定值和实际测量值作为输入，调节一次侧的泵与阀门开度来调节一次侧流量，实现对建筑热负荷变化的响应控制。
[0011]步骤S5、采用PID控制器以室内实际空气温度与设定温度作为输入，调节二次侧泵与阀门的开度来调节供水流量，以精准控制室内温度。
[0012]本专利技术能够利用需求侧的动态变化来减少供给侧的能源消耗现象，充分利用用户侧的需求负荷，减少能耗。并且可以实现供给侧与需求侧的动态平衡，在满足人体热舒适的前提下，通过建立合理的控制策略可以完全避免高峰时期的能源使用，使其热源需求全部来自于低价期间，缓解高峰期的供给压力。
附图说明
[0013]图1是本专利技术基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法的流程图。
[0014]图2是本专利技术实施例提供的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法的动态电价、室内在室率与室内设定温度图。
[0015]图3是本专利技术实施例提供的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法的室外天气温度与热源侧供水温度图。
[0016]图4是本专利技术实施例提供的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法的室外天气温度、室内设定温度与二次侧供水温度图。
[0017]图5是本专利技术实施例提供的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法的室内空气温度与室内设定温度。
[0018]图6是本专利技术实施例提供的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法的供热功率与动态电价图。
具体实施方式
[0019]为了更清楚地了解本专利技术的主题、技术方案和优点，下文将结合附图和实施例详细地描述本专利技术。需要注意的是，下文描述的具体实施例只是为了解释本专利技术，而不是限定于本专利技术。此外，本专利技术的实施例与实施例中的技术特征可以相互结合，只要它们不与之产生冲突即可。
[0020]本专利技术的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法主要包括如下流程：
[0021]步骤1：参照附图1，建立供热系统仿真模型，该模型主要由锅炉、一次侧泵与阀门、换热器、二次侧泵与阀门、采用地板辐射采暖的住宅建筑组成。
[0022]步骤2：根据热舒适温度、占有率与动态电价确定动态室内设定温度，其结果如附图2所示，其中(a)是时间与电价之间的对应关系，(b)是时间与热舒适占有率之间的对应关系，(c)是时间与热舒适温度之间的对应关系。电价采取具有波峰的动态电价，室内人员占有率根据实际情况而定，本实施例假设用户在早上8：00出去工作，下午18:00回家，下午18:00至第二天早上8:00在家，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》可得室内设计温度范围应该为18℃
‑
24℃，可以得到房间的动态设定温度，在0:00
‑
8:00，电价为低价期和平段期，维持房间温度在22℃。在8:00
‑
11:00，电价处于高价期，占有率为0，此时仅需要维持房间温度不低于人体热舒适温度最下限18℃即可。在11:00
‑
18:00，电价处于平段期，虽然在这一段时间内室内人员占有率为0，但是为了减少高峰期的峰值压力，实行在高峰期提前一段时间预热，维持房间温度在室内热舒适温度的上限24℃，以向建筑的围护结构与地板辐射采暖系统末端储备能源供高峰期使用。在18:00
‑
23:00，由于电价处于高峰期，维持室内温度20℃即可。在23:00
‑
24:00，电价处于低谷期，维持房间为22℃。
[0023]步骤3：在热源侧采用气候补偿器对锅炉的供水温度进行质调节，其锅炉的供水温度变化曲线为：
[0024][0025]式中，t
sup_pri
为锅炉的一次侧供水温度；t
wea_low
为室外天气最低温度设定值
‑
12℃；t
wea_high
为室外天气最高温度设定值12℃；t
sup_high
为锅炉供水温度上限80℃；t
sup_low
为锅炉供水温度下限60℃；t
wea
为实时室外天气温度。
[0026]图3示出了室外天气温度与热源侧供水温度之间的对应关系，当室外天气温度较低时，增加锅炉的供水温度，当室外空气温度较高时，降低锅炉的供水温度。
[0027]步骤4：在二次侧采用气候补偿器对循环水进行量调节，如图4所示，根据室外天气温度与室内空气设定温度确定二次侧供水温度，当室外空气温度高于室内空气设定温度减去8℃时，循环水流量为0，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法，其特征包括以下步骤：步骤S1、根据区域供热系统架构建立供热系统的仿真模型，仿真模型包括节能住宅建筑、二次侧泵、阀门、热交换器、采暖末端、一次侧泵、热源及管网；步骤S2、根据人体热舒适温度、室内占有率及当地动态电价，确定室内设定温度，作为供热系统的控制目标；步骤S3、根据室外温度的实时监测值或预测值，采取主动的气候补偿控制，动态调节一次侧供水温度，优化系统的供热量输出，提高系统适应室外温度变化的能力；步骤S4、根据室内设定温度、室外天气温度与二次侧供水温度计算出一次侧供水温度设定值，采用PID控制器以一次侧供水温度的设定值和实际测量值作为输入，调节一次侧的泵与阀门开度来调节一次侧流量，实现对建筑热负荷变化的响应控制；步骤S5、采用PID控制器以室内实际空气温度与设定温度作为输入，调节二次侧泵与阀门的开度来调节供水流量，以精准控制室内温度。2.根据权利要求1所述的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法，其特征在于所述步骤S1中的节能住宅建筑，符合四步节能建筑规范标准要求。3.根据权利要求1所述的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的供热系统的仿真模型由Dymola软件建立，该仿真模型通过建筑设计参数和设备选型参数准确确定各组成元件的参数，能够准确反映供热系统的动态热工特性。4.根据权利要求1所述的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的采暖末端为地板辐射采暖系统。5.根据权利要求1所述的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的当地动态电价具有低谷期、平段期和高峰期，室内热舒适温度范围由需求确定。6.根据权利要求1所述的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法，其特征在于，所述步骤S3中的热源包括但不限于锅炉、热电联厂或热泵。7.根据权利要求1所述的基于仿真模型的低能耗建筑的供热系统优化控制方法，其特征在于，所述步骤S3中的供水温度变化曲线为：式中，t
sup_pri
为热源的一次侧供水温度，作为输出；t
wea_low
为室外天气最低温度设定值；t
wea_high
为室外天气最高温度设定值；t
sup_high
为热源供水温度上限；t
sup_low
为锅炉供水温度下限；t
wea
为实时室外天气温度，作为输入；热源侧的供水温...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘利，徐爱国，钱剑杰，李香，
申请(专利权)人：南京远思智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：