[发明专利]供暖系统水温度预测模型的建模方法及水温控制策略

说明书

本发明开了供暖系统水温度预测模型的建模方法及水温控制策略，包括如下步骤：S1：建立房间热负荷预测模型。考虑房间热负荷主要受室外环境参数(室外温度T_ao、太阳辐射I)、室内设定温度(T_ai,set)和外围护结构影响；开发具有通用性、自适应性的地板辐射最佳供水温度预测模型，基于运行数据自动修正模型关键参数(围护结构传热系数与地板辐射热阻)，大幅提高预测模型的准确性，实现对地板辐射末端最低需求水温的准确预测。(2)开发高效、稳定的适用于空气源热泵集中供暖的变水温策略，基于地板辐射最佳供水温度预测，考虑供暖管网水温衰减及滞后性。

技术领域

本发明属于空气源热泵供热系统节能优化领域，具体涉及供暖系统水温度预测模型的建模方法及水温控制策略。

背景技术

空气源热泵以电力作为驱动，从大气中吸取热量，提升至可用的高品位热能，是一项节能、环保的可再生能源技术；低温地板辐射是空气源热泵供暖最适宜的末端形式，具有舒适、节能等优势。近年来，在北方清洁能源推动下，空气源热泵-地板辐射供暖系统在我国区域集中供暖中应用越来越广泛。

由于空气源热泵机组的制热运行效率(COP)随供水温度变化，降低供水温度可有效提高机组COP，降低供暖能耗；地板辐射的换热量受水温影响，当负荷降低时，如果水温不随之减低，会造成房间过热、能耗浪费。因此，空气源热泵集中供暖系统在运行中应根据热负荷需求，采用变水温运行，才能更好达到节能和舒适目标。现有研究对变水温控制方法进行了较广泛研究，主要分为两类：

1)基于气候补偿的变水温控制方法：根据室外环境变化，按照所设定的温度补偿曲线，调节供水温度设定值。如发明专利CN111473408A公开了一种基于气候补偿的供热控制系统的控制方法，包括：建立气候补偿数学模型、热交换动态模型；根据供回水平均温度的设定值与实际值，自动调整下一次运行状况。

2)基于最优化算法的变水温控制方法：以供热系统运行成本最低为目标，首先收集系统热源、管网及用户的相关数据，并考虑当地电网费用标准，之后建立特定数学模型，再通过相应算法分析、运算，最终确定最低运行成本时的热泵机组水温设定值。

然而，气候补偿器的调节曲线需要花费大量时间调试获取，且室外气象参数中仅考虑了室外温度影响，导致供水温度设定值并不准确，造成过热或欠热问题；基于最优化算法的变水温方法，需要对供暖系统进行全局优化，所建模型复杂、通用性差，不易于工程应用。在实际工程中，目前空气源热泵集中供暖系统通常采用“定水温”运行策略，或者阶段性手动调整水温设定值，严重影响了空气源热泵集中供暖系统的节能效益。

因此，为促进空气源热泵集中供暖系统的节能减排，开发适用于工程应用的地板辐射-空气源热泵供暖系统智能水温控制方法是非常必要的，应重点解决两个问题：(1)开发具有通用性、自适应性的最佳供暖水温预测模型，根据建筑负荷需求，自动预测地板辐射末端的最低需求水温。(2)开发高效、稳定的适用于空气源热泵集中供暖的变水温策略，在控制器层面实现优化控制，便于工程推广应用。

发明内容

本发明提供了供暖系统水温度预测模型的建模方法及水温控制策略。首先，根据典型房间的热负荷需求和地板辐射换热能力，建立了地板辐射最佳供水温度预测模型，采用最小二乘法及二分法自适应修正模型参数，自动预测不同运行工况下的供暖水温需求；然后，基于最佳水温预测，考虑集中供热系统远距离输送引起水温衰减及滞后，并结合室内温度反馈，开发变水温优化控制策略，实时重设空气源热泵机组回水温度设定值，提高空气源热泵集中供暖系统运行效率。

具体技术方案如下：一方面，本发明提供了供暖系统水温度预测模型的建模方法及水温控制策略，包括如下步骤：

S1：建立房间热负荷预测模型。考虑房间热负荷主要受室外环境参数(室外温度T_ao、太阳辐射I)、室内设定温度(T_ai,set)和外围护结构影响，并且考虑易于工程应用，建立房间热负荷预测模型如下：