摘要：采暖熱負(fù)荷的大小是電力調(diào)峰的基礎(chǔ)，是熱負(fù)荷調(diào)節(jié)的依據(jù)。氣象因素是供熱系統(tǒng)采暖熱負(fù)荷變化的最直接影響因素。通過分析氣象因素對采暖熱負(fù)荷的影響，并根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)利用MATLAB程序進(jìn)行線性擬合，建立采暖熱負(fù)荷預(yù)測模型。計(jì)算結(jié)果通過誤差分析驗(yàn)證能滿足工程應(yīng)用精度的要求，可為后續(xù)研究具有循環(huán)水吸收式熱泵的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組調(diào)峰性能提供合理依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：氣象因素;采暖熱負(fù)荷;影響分析

　　引言

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對生活舒適性的要求顯著提高。冬季室外環(huán)境溫度降低，保證室內(nèi)的溫暖舒適是冬季供暖的目的。但由于熱能不能實(shí)現(xiàn)大量的存儲，因此需要隨時(shí)維持穩(wěn)定的產(chǎn)、銷平衡。隨著國家節(jié)能減排政策的推行落實(shí)，現(xiàn)代社會冬季的供暖工作既要保證熱用戶的熱量需求，還要考慮其經(jīng)濟(jì)性[1]。

　　熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱是我國北方地區(qū)主要的供暖方式，供熱系統(tǒng)對室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)效果直接影響著城市人民生活質(zhì)量，其中采暖熱負(fù)荷是調(diào)節(jié)的主要依據(jù)，更是電力調(diào)峰的基礎(chǔ)。采暖熱負(fù)荷是指為了滿足熱用戶的需求，系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)向建筑物供給的熱量，它隨著建筑物得到熱量、失去熱量的熱負(fù)荷之和的變化而變化[2]。

　　要維持室內(nèi)供暖溫度恒定，采暖熱負(fù)荷的值會隨著室外溫度的降低而隨之增加。采暖熱負(fù)荷預(yù)測是根據(jù)收集的歷史熱負(fù)荷數(shù)據(jù)，綜合考慮各種影響因素，通過分析計(jì)算找到采暖熱負(fù)荷變化規(guī)律，建立相對應(yīng)的采暖熱負(fù)荷預(yù)測模型，利用該模型可以實(shí)現(xiàn)對將來某一段時(shí)間或某一個(gè)時(shí)刻熱負(fù)荷值的預(yù)測。

　　因?yàn)椴膳療嶝?fù)荷對整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，所以只有通過對采暖熱負(fù)荷準(zhǔn)確快速的預(yù)測，才更有利于對供熱系統(tǒng)控制單元進(jìn)行合理調(diào)度，使逐時(shí)熱負(fù)荷與供熱系統(tǒng)的實(shí)際需熱量越接近，從而達(dá)到既保證供熱質(zhì)量又節(jié)能環(huán)保的目的。從而實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)精細(xì)化運(yùn)行管理。因此，采暖熱負(fù)荷預(yù)測是一項(xiàng)具有實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的研究性工作。

　　預(yù)測結(jié)果的精確程度會直接影響集中供熱系統(tǒng)的可靠性及經(jīng)濟(jì)性。其精確程度取決于模型建立時(shí)所考慮的各項(xiàng)影響因素。供熱系統(tǒng)采暖熱負(fù)荷的影響因素有氣象因素、使用因素和建筑因素等。其中，氣象因素是最直接的影響因素。通過計(jì)算分析氣象因素對采暖熱負(fù)荷的影響，進(jìn)而對熱負(fù)荷做出準(zhǔn)確的預(yù)測。

　　1樣本數(shù)據(jù)

　　為了更好地分析供暖熱負(fù)荷與氣象因素的之間的關(guān)系，以我國東北某省會城市的供熱為例，該地區(qū)采暖面積A為1.524×104m2，供熱機(jī)組為額定純凝功率為300MW的單抽凝汽式亞臨界參數(shù)機(jī)組。選取該市2018年供暖期1月~4月的供暖數(shù)據(jù)，以天為單位，共120天的樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)。采暖熱負(fù)荷值、溫度值、風(fēng)速均為日平均值。

　　2氣象因素對采暖熱負(fù)荷的影響分析

　　氣象因素對采暖熱負(fù)荷的影響主要包括室外溫度、空氣濕度、太陽輻射、風(fēng)向和風(fēng)速、降雨(雪)等，它的變化規(guī)模很難掌握。其中對集中供熱系統(tǒng)采暖熱負(fù)荷的影響最大的是室外溫度，而太陽輻射對采暖熱負(fù)荷的影響僅占全部因素的1%~5%[3]。因此，文中主要研究室外溫度和風(fēng)速對采暖熱負(fù)荷的影響并進(jìn)行預(yù)測，不再考慮太陽輻射這一影響因素。

　　2.1室外溫度對采暖熱負(fù)荷的影響

　　影響熱用戶供熱質(zhì)量的內(nèi)部因素包括供、回水溫度，循環(huán)水量等。當(dāng)室外溫度降低時(shí)，為了維持恒定的室內(nèi)溫度，對應(yīng)的供水溫度、回水溫度以及供回水的溫差則隨之升高，采暖熱負(fù)荷也升高。質(zhì)調(diào)節(jié)因其運(yùn)行簡便成為集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方法中應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。該調(diào)節(jié)方法是維持熱網(wǎng)循環(huán)流量不變的情況下，當(dāng)室外溫度變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)供水溫度來達(dá)到熱平衡。

　　由于質(zhì)調(diào)節(jié)方法本身與室外溫度具有一定的關(guān)聯(lián)，因此在預(yù)測熱負(fù)荷時(shí)，采用室外溫度作為輸入變量進(jìn)行分析計(jì)算，既能保證供熱質(zhì)量，又能提高供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。將采暖熱負(fù)荷數(shù)據(jù)與室外溫度數(shù)據(jù)利用matlab的最小二乘法進(jìn)行線性擬合，得到室外氣溫與供熱負(fù)荷之間的擬合結(jié)果。縱坐標(biāo)為日采暖熱負(fù)荷，橫軸為日平均氣溫。

　　2.2考慮風(fēng)速影響的室外溫度對采暖熱負(fù)荷的影響

　　室外溫度和室內(nèi)溫度都會隨著風(fēng)速的變化而發(fā)生改變。根據(jù)傳熱學(xué)對流換熱原理可知，對流換熱系數(shù)會隨室外空氣流速的增加而增大，從而導(dǎo)致室外溫度隨空氣流動速度的加快而降低。并且室外溫度的降溫幅度與風(fēng)速成正比，風(fēng)速越大，室外溫度降低越多。

　　這種情況下室外實(shí)際溫度就會低于預(yù)測值，影響采暖熱負(fù)荷。同時(shí)建筑物外表面與空氣的對流換熱速度隨風(fēng)速的增加而增大，散熱速度加快，建筑物的蓄熱效果下降，室內(nèi)溫度降低導(dǎo)致采暖熱負(fù)荷發(fā)生變化。另外室內(nèi)壓差也會隨風(fēng)速的變化而變化，導(dǎo)致門窗附近縫隙間的空氣流速、冷風(fēng)浸入耗熱量和冷風(fēng)滲透耗熱量都發(fā)生改變，采暖熱負(fù)荷也隨之發(fā)生改變[2]。

　　2.3預(yù)測精度驗(yàn)證

　　根據(jù)上文的分析結(jié)果：考慮風(fēng)速影響后的空氣溫度與熱負(fù)荷的線性相關(guān)程度比不考慮風(fēng)速影響時(shí)要高。因此，選擇室外溫度和風(fēng)速作為影響采暖熱負(fù)荷的氣象因素，建立相應(yīng)的熱負(fù)荷模型。針對文中東北某省會城市的供熱系統(tǒng)及所提供的樣本數(shù)據(jù)對其采暖熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測計(jì)算，并通過比對所得的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算出相對誤差。

　　由于該預(yù)測模型只考慮了室外溫度和風(fēng)速這兩個(gè)主要影響因素，所以，得出的采暖熱負(fù)荷的數(shù)值與實(shí)際值存在一定的偏差。但預(yù)測模型結(jié)果的總體趨勢與實(shí)際情況是一致的，相對誤差的絕對值也在工程應(yīng)用精度的允許范圍內(nèi)。

　　3結(jié)語

　　針對東北某市一供熱系統(tǒng)，根據(jù)其提供的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，具體分析了氣象因素對采暖熱負(fù)荷的影響，結(jié)果表明：考慮風(fēng)速影響后的空氣溫度與熱負(fù)荷的線性相關(guān)程度比不考慮風(fēng)速影響時(shí)要高。說明采暖熱負(fù)荷受空氣溫度的直接影響，而風(fēng)速則對空氣溫度直接影響，從而間接影響采暖熱負(fù)荷。將受風(fēng)速影響的室外溫度與實(shí)際采暖熱負(fù)荷利用matlab程序進(jìn)行線性擬合，建立供熱系統(tǒng)熱負(fù)荷預(yù)測模型。

　　并對計(jì)算得到的預(yù)測值與用戶實(shí)際采暖熱負(fù)荷值進(jìn)行誤差分析計(jì)算，得到結(jié)果中最大相對誤差為4.84%。說明采用該熱負(fù)荷預(yù)測模型對供熱期的采暖熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測的值在合理范圍內(nèi)，精度滿足需求，可為后續(xù)研究具有循環(huán)水吸收式熱泵的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組調(diào)峰性能提供合理依據(jù)。

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　　氣象方向刊物推薦：應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)特別關(guān)注應(yīng)用應(yīng)用氣象學(xué)科的最新成就和發(fā)展，包括新思想、新理論、新方法和新產(chǎn)品;應(yīng)用氣象學(xué)實(shí)例剖析及生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn);交叉學(xué)科的綜合總體水平和業(yè)績，以及反映世界應(yīng)用氣象學(xué)科的發(fā)展。本刊倡導(dǎo)技術(shù)綜合，技術(shù)滲透，突出創(chuàng)新，講實(shí)實(shí)效，注重成果，及時(shí)跟蹤前沿技術(shù)研究信息。

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