用于管网性能控制的方法和装置与流程

本发明涉及管网系统控制技术领域，特别是涉及一种用于管网性能控制的方法和装置。

背景技术：

目前，现有的集中式管网供热系统末端调控依据通常是基于管网末端负荷进行质量调节、质量—流量调节或间歇调节，在调节过程中都是以供热回水温度作为监控点，当监测到供热回水温度高于或低于预设值时才进行调节。由此，当出现供热负荷减小时，采用传统的调节策略直接降低供热温度，很容易导致出现小温差大流量的现象，从而不利于降低供热管网的总能耗。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的供热管网的性能控制方式不利于降低供热管网的总能耗的问题，提供一种用于管网性能控制的方法和装置。

为实现本发明目的提供的一种用于管网性能控制的方法，包括：实时采集与管网性能相关的多种信息，其中，所述多种信息包括：当前气象信息、接入管网建筑物的建筑信息、所述管网末端对应的散热器的属性信息，以及所述管网中的管路信息和热源信息；根据所述当前气象信息和所述建筑信息计算所述管网的性能负荷数值，并获取所述管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数，其中，所述管网的性能负荷数值为所述管网的供热负荷数值；根据所述多个工况参数控制所述管网的运行。

在其中一个实施例中，所述获取所述管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数包括：根据所述管网的性能负荷数值、所述属性信息、所述管路信息以及所述热源信息获取所述管网在所述预设最小总能耗状态下对应的所述多个工况参数，其中，所述属性信息为所述管网末端对应的所述散热器的散热属性信息。

在其中一个实施例中，所述根据所述当前气象信息和所述建筑信息计算所述管网的性能负荷数值包括：根据所述当前气象信息和所述建筑信息，计算出在当前气象条件下所述建筑物的辐射吸热量和向外界散发的总散热量；根据所述建筑信息中的用途属性获取所述建筑物内除所述散热器之外的所有设备的室内散热量；依据能量守恒定律，根据第一预设公式计算出所述性能负荷数值；其中，所述第一预设公式为：所述性能负荷数值+所述辐射吸热量+所述室内散热量＝所述总散热量。

在其中一个实施例中，所述根据所述管网的性能负荷数值、所述属性信息、所述管路信息以及所述热源信息获取所述管网在所述预设最小总能耗状态下对应的所述多个工况参数包括：根据所述性能负荷数值和所述散热属性信息，确定所述散热器的进水温度范围；其中，所述进水温度范围包括多个进水温度，且多个所述进水温度在满足所述性能负荷数值时，所述散热器的最低进水温度按照预设温差依次递增直至所述散热器的预设最高进水温度为止；根据所述散热属性信息，获取所述散热器在各个所述进水温度下对应的边界流量；根据各个所述进水温度、与所述各个进水温度对应的所述边界流量、以及所述管路信息和所述热源信息，计算获取所述管网在各个所述进水温度下的总能耗；由各个所述进水温度下的所述总能耗中提取出最小总能耗，以所述最小总能耗状态下对应的所述多个工况参数作为最终工况参数；其中，所述最终工况参数包括所述管网运行在所述最小总能耗状态下，所述管网中的一次网水流量、所述管网中的供热热源的供水温度、所述管网中各水泵的供水温度以及水泵功率。

在其中一个实施例中，所述根据各个所述进水温度、与所述各个进水温度对应的所述边界流量、以及所述管路信息和所述热源信息，计算获取所述管网在各个所述进水温度下的总能耗包括：根据各个所述进水温度、与所述各个进水温度对应的边界流量以及所述管路信息，计算获取各个所述进水温度下的所述管网的输送能耗；根据各个所述进水温度、与所述各个进水温度对应的边界流量以及所述热源信息，计算获取各个所述进水温度下的所述管网的热源损耗；根据第二预设公式计算出各个所述进水温度下的所述管网的总能耗；其中，所述第二预设公式为：所述总能耗＝所述性能负荷数值+所述输送能耗+所述热源损耗。

在其中一个实施例中，计算获取各个所述进水温度下的所述输送能耗和所述热源损耗时，由所述进水温度范围内的所述最低进水温度开始按照所述预设温差依次递增计算各个所述进水温度下的所述输送能耗和所述热源损耗，直至所述预设最高进水温度为止。

在其中一个实施例中，所述根据各个所述进水温度、与所述各个进水温度对应的边界流量以及所述管路信息，计算获取各个所述进水温度下的所述管网的输送能耗包括：根据各个所述进水温度、与所述各个进水温度对应的所述边界流量计算出所述管网中换热站的换热工况参数；其中，换热工况参数包括所述换热站的流量和换热温度；根据所述换热工况参数和所述管路信息计算出所述管网中各个水泵的水泵输送能耗；对各个所述水泵的水泵输送能耗进行累加求和计算，获取所述管网的所述输送能耗。

在其中一个实施例中，所述根据各个所述进水温度、与所述各个进水温度对应的边界流量以及所述热源信息，计算获取各个所述进水温度下的所述管网的热源损耗包括：根据各个所述进水温度下的所述换热工况参数确定所述管网中所述供热热源在各个所述进水温度下的热源工况参数；其中，所述热源工况参数包括所述供热热源的供水温度和供水流量；根据所述热源工况参数和所述热源信息计算出所述供热热源在各个所述进水温度下的热源效率；根据所述热源效率以及所述性能负荷数值计算出所述供热热源在各个所述进水温度下的所述热源损耗。

在其中一个实施例中，所述当前气象信息包括当前温度参数、当前风力等级、当前太阳辐射值和当前风向中的至少一种；所述建筑信息包括所述建筑物的围护结构的高度、所述围护结构的表面积、所述围护结构的材料、所述围护结构的热物性参数和所述建筑物的用途属性中的至少一种；所述散热属性信息包括所述散热器的种类、所述散热器的型号、所述散热器的材质和所述散热器的尺寸中的至少一种；所述热源信息包括所述供热管网中的供热热源的类型、供热热源的参数和供热热源的装置类型中的至少一种；所述管路信息包括所述供热管网的分支个数、各个分支的管路长度、各个分支的管路直径、各个分支的管路材质、各个分支的管路阻力系数和所述供热管网中的水泵扬程中的至少一种。

相应的，本发明还提供了一种用于管网性能控制的装置，包括：采集模块，用于实时采集与管网性能相关的多种信息，其中，所述多种信息包括：当前气象信息、接入管网建筑物的建筑信息、所述管网末端对应的散热器的属性信息，以及所述管网中的管路信息和热源信息；计算获取模块，用于根据所述当前气象信息和所述建筑信息计算所述管网的性能负荷数值，并获取所述管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数，其中，所述管网的性能负荷数值为所述管网的供热负荷数值；控制模块，用于根据所述多个工况参数控制所述管网的运行。

在其中一个实施例中，所述计算获取模块，还用于根据所述管网的性能负荷数值、所述属性信息、所述管路信息以及所述热源信息获取所述管网在所述预设最小总能耗状态下对应的所述多个工况参数，其中，所述属性信息为所述管网末端对应的所述散热器的散热属性信息。

上述用于管网性能控制的方法和装置，通过实时采集与管网性能相关的多种信息；其中，多种信息包括：当前气象信息、接入管网建筑物的建筑信息、管网末端对应的散热器的属性信息，以及管网中的管路信息和热源信息；根据当前气象信息和建筑信息计算管网的性能负荷数值，并获取管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数，其中，管网的性能负荷数值为管网的供热负荷数值；根据多个工况参数控制管网的运行。由此，该方法在调控供热管网的运行过程中，通过引入供热管网末端的散热器的散热属性信息，使得供热管网在满足当前所需的供热负荷的情况下，能够以最小总能耗对应的工况参数运行，达到了有效降低供热管网总能耗的目的。从而有效解决了传统的供热管网调控方式不利于降低供热管网的总能耗的问题。

附图说明

图1为本发明一个实施例中用于管网性能控制的方法的步骤流程图；

图2为本发明另一个实施例中用于管网性能控制的方法的步骤流程图；以及

图3为本发明一个实施例中用于管网性能控制的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

首先，需要说明的是，在本发明的用于管网性能控制的方法的具体实施例中，其所采集的当前气象信息指的是供热管网所在区域的当前气象参数，其具体可包括但不限于当前季节、当前温度参数、当前风力等级、当前太阳辐射值和当前风向中的至少一种。

建筑信息包括但不限于供热管网所接入的建筑物的围护结构的各项参数。其中，围护结构是构成建筑空间，抵御环境不利影响的构件，也包括多种配件。其各项参数具体可包括但不限于围护结构的高度、围护结构的表面积、围护结构的材料和围护结构的热物性参数中的至少一种。与此同时，在本发明的用于管网性能控制的方法中，其所采集的建筑信息还包括建筑物的用途属性。例如，作为写字楼使用、作为商业中心使用或作为居住使用等主要用途的用途属性信息。

散热属性信息可包括但不限于位于供热管网末端的散热器的种类、散热器的型号、散热器的材质和散热器的尺寸中的至少一种；热源信息可包括但不限于供热管网中的供热热源的类型、供热热源的参数和供热热源的装置类型中的至少一种；供热管网中的管路信息可包括但不限于供热管网的分支个数、各个分支的管路长度、各个分支的管路直径、各个分支的管路材质、各个分支的管路阻力系数和供热管网中的水泵扬程中的至少一种。

如图1所示，为本发明的一个实施例中用于管网性能控制的方法的步骤流程图。

步骤102，实时采集与管网性能相关的多种信息。其中，多种信息包括：当前气象信息、接入管网建筑物的建筑信息、管网末端对应的散热器的属性信息，以及管网中的管路信息和热源信息。

本实施例中，采集当前气象信息、接入管网建筑物的建筑信息为接入供热管网建筑物的建筑信息、管网末端对应的散热器的属性信息为供热管网末端对应的散热器的散热属性信息以及供热管网中的管路信息和热源信息，以便于后续根据所采集到的信息进行供热管网的总能耗的计算。进一步的，需要说明的是，当前气象信息的采集可通过气象测试仪来实现。建筑信息则通过在接入供热管网时直接由管理建筑物的物业管理处直接获取。供热管网末端对应的散热器的散热属性信息和供热管网的热源信息同样可直接由该建筑物的供热公司处获取。

步骤104，根据当前气象信息和建筑信息计算管网的性能负荷数值，并获取管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数。其中，管网的性能负荷数值为管网的供热负荷数值。

本实施例中，根据管网的性能负荷数值、属性信息、管路信息以及热源信息获取管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数，其中，属性信息为管网末端对应的散热器的散热属性信息。

步骤106，根据多个工况参数控制管网的运行。

本实施例中，根据管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数提取出最终工况参数进行供热管网的调控。其中，应当说明的是，最终工况参数包括供热管网运行在最小总能耗时，供热管网中的一次网水流量、热源供水温度、水泵供水温度及水泵功率。

上述用于管网性能控制的方法，通过实时采集与管网性能相关的多种信息；其中，多种信息包括：当前气象信息、接入管网建筑物的建筑信息、管网末端对应的散热器的属性信息，以及管网中的管路信息和热源信息；根据当前气象信息和建筑信息计算管网的性能负荷数值，并获取管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数，其中，管网的性能负荷数值为管网的供热负荷数值根据多个工况参数控制管网的运行。由此，该方法在调控供热管网的运行过程中，通过引入供热管网末端的散热器的散热属性信息，使得供热管网在满足当前所需的供热负荷的情况下，能够以最小总能耗对应的工况参数运行，达到了有效降低供热管网总能耗的目的。从而有效解决了传统的供热管网调控方式不利于降低供热管网的总能耗的问题。

如图2所示，为本发明的另一个实施例中用于管网性能控制的方法的步骤流程图。

步骤210，实时采集与管网性能相关的多种信息。其中，多种信息包括：当前气象信息、接入管网建筑物的建筑信息、管网末端对应的散热器的属性信息，以及管网中的管路信息和热源信息。

步骤220，根据当前气象信息和建筑信息，计算出在当前气象条件下建筑物的辐射吸热量和向外界散发的总散热量；以及根据建筑信息中的用途属性获取建筑物内除散热器之外的所有设备的室内散热量。

本实施例中，根据能量守恒定律可知，建筑物内的散热器的供热量，即供热管网的供热负荷+室内得热量，包括建筑物的辐射吸热量、建筑物内其他设备的散热量＝建筑物通过围护结构向外界的散热量。

步骤230，依据能量守恒定律，根据第一预设公式计算出性能负荷数值。其中，第一预设公式为：性能负荷数值+辐射吸热量+室内散热量＝总散热量。

本实施例中，其通过能量守恒定律，根据所采集到的当前气象信息和建筑物自身的建筑信息进行该建筑物内的供热管网的供热负荷的计算，使得最终获取的供热管网的供热负荷更加符合当前实际情况，这也就有效提高了供热负荷的精确性，使得后续根据供热负荷和散热器的散热属性信息进行供热管网的最优工况参数的确定时更加准确。当通过上述步骤获取供热管网的供热负荷后，即可进行供热管网在满足当前所需的供热负荷的前提下，能够以最小总能耗的工况参数运行的确定。

步骤240，根据性能负荷数值和散热属性信息，确定散热器的进水温度范围。

本实施例中，在上述步骤中所确定的散热器的进水温度范围包括多个进水温度，并且多个进水温度由满足供热负荷时散热器的最低进水温度按照预设温差依次递增直至供热管网的预设最高进水温度为止。例如，当某地区一建筑物所接入的供热管网当前设置的性能负荷数值，即供热负荷为15MW，当气象参数发生变化时，通过上述供热管网的供热负荷的计算过程获取此时需要调整该建筑物的供热管网的供热负荷为13MW。由此，根据当前所确定的供热负荷以及散热器的散热属性信息计算确定当前散热器的进水温度范围在60℃以上。其中，满足当前所需的供热负荷时，散热器的最低进水温度为60℃。

步骤250，根据散热属性信息，获取散热器在各个进水温度下的边界流量。

本实施例中，由于供热管网末端的散热器一般为辐射类散热器，其散热性能公式为：Q＝CM(△t)^b。其中，△t为过余温度，可通过公式：(散热器进水温度+散热器出水温度)/2-室温计算得到室温一般取18℃。b为系数，可通过实验测得。对于固定散热器，确定了散热器的进水温度，最大散热量就确定了。通过实际测试发现，对于一般散热器来说，其散热量随流量的增大而增大。但当流量增大到一定值时，散热量基本不再发生变化。此时，散热量达到最大值时对应的流量即为散热器在当前进水温度下的边界流量。由此，可得散热器在各个进水温度下对应的边界流量。同时，还可得散热器在各个进水温度下的最大散热量。

步骤260，根据各个进水温度及对应的边界流量、以及管路信息和热源信息，计算获取供热管网在各个进水温度下的总能耗。

本实施例中，由于供热管网的总能耗＝供热管网的输送能耗+供热管网的热源损耗+供热负荷。因此，在本实施例中，计算获取供热管网在各个散热器的进水温度下的总能耗可通过如下步骤来实现。

具体的，根据各个散热器的进水温度及其对应的边界流量和供热管网的管路信息，计算获取各个进水温度下的供热管网的输送能耗。由于在上述步骤中，根据散热属性信息，获取得到了散热器在各个进水温度下的边界流量。例如，散热器的进水温度为60℃时，满足供热负荷的最小流量60℃对应的边界流量；以及散热器的进水温度为(60+t)℃时，满足供热负荷时的最小流量(60+t)℃对应的边界流量。其中，t为预设温差，可根据实际需要进行设置，例如，11℃或15℃等，直到(60+t)℃＝散热器的预设最高进水温度。由此就有了散热器在满足所计算的供热负荷的前提下的一系列的工况参数。根据所获取的供热管网末端的散热器的一系列工况参数，具体可为散热器的各个进水温度及对应的边界流量，即可计算出供热管网的中间换热站的换热工况参数，即包括换热站的流量和换热温度。当计算得到中间换热站的换热工况参数后，再结合之前所采集的供热管网的管路信息计算出供热管网中各个水泵的水泵输送能耗。最后，再通过对各个水泵输送能耗进行求和运算即可得到供热管网的输送能耗。

进一步的，由于供热管网的总能耗不仅包括供热负荷、输送能耗，还包括热源损耗。因此，还需要进行供热管网的热源损耗的计算。其中，在进行供热管网的热源损耗计算时，同样可根据散热器的各个进水温度及其对应的边界流量和热源信息进行计算获取。具体的，当通过各个散热器的进水温度及其对应的边界流量折算出换热管网的中间换热站的换热工况参数后，首先根据换热工况参数确定供热管网中供热热源在各个进水温度下的热源工况参数，具体可包括供热热源的供水温度和供热热源的供水流量，即一次网流量。进而再根据获取的热源工况参数，结合之前采集的热源信息计算出供热热源在各个散热器的进水温度下的热源效率。计算得到热源效率后，结合供热负荷即可折算出供热热源在各个散热器的进水温度下的热源损耗。

当通过上述步骤分别计算得到供热管网的输送能耗和热源损耗后，结合之前所计算得到的供热负荷，可根据公式：总能耗＝供热负荷+输送能耗+热源损耗，计算获取各个进水温度下的供热管网的总能耗。其中，需要说明的是，在计算各个散热器的进水温度下的供热管网的总能耗过程中，计算获取各个进水温度下的输送能耗和热源损耗时，优选的，由进水温度范围内的最低进水温度开始按照预设温差依次递增，直至递增后的进水温度达到散热器的预设最高进水温度为止。由此能够简化计算过程，从而降低计算功耗。

更进一步的，当计算获取各个散热器的进水温度下供热管网的总能耗后，再通过以下步骤。

步骤270，由各个进水温度下的总能耗中提取出最小总能耗，以最小总能耗对应的工况参数作为最终工况参数。

步骤280，根据所提出的最小总能耗对应的最终工况参数进行供热管网的控制。

相应的，基于上述任一种用于管网性能控制的方法的原理，本发明提供了一种用于管网性能控制的装置。由于本发明提供的用于管网性能控制的装置的工作原理与本发明的用于管网性能控制的方法的原理相同或相似，因此重复之处不再赘述。

如图3所示，为本发明一个实施例中用于管网性能控制的装置10，包括采集模块200、计算获取模块400以及控制模块600。

其中，采集模块200用于实时采集与管网性能相关的多种信息，其中，多种信息包括：当前气象信息、接入管网建筑物的建筑信息、管网末端对应的散热器的属性信息，以及管网中的管路信息和热源信息；计算获取模块400用于根据当前气象信息和建筑信息计算管网的性能负荷数值，并获取管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数，其中，管网的性能负荷数值为管网的供热负荷数值；控制模块600用于根据多个工况参数控制管网的运行。

本实施例中，计算获取模块400还用于根据管网的性能负荷数值、属性信息、管路信息以及热源信息获取管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数，其中，属性信息为管网末端对应的散热器的散热属性信息。

上述用于管网性能控制的装置，通过采集模块200实时采集与管网性能相关的多种信息，其中，多种信息包括：当前气象信息、接入管网建筑物的建筑信息、管网末端对应的散热器的属性信息，以及管网中的管路信息和热源信息；再通过计算获取模块400根据当前气象信息和建筑信息计算管网的性能负荷数值，并获取管网在预设最小总能耗状态下对应的多个工况参数，其中，管网的性能负荷数值为管网的供热负荷数值；最终通过控制模块600根据多个工况参数控制管网的运行。由此，该装置在调控供热管网的运行过程中，通过引入供热管网末端的散热器的散热属性信息，使得供热管网在满足当前所需的供热负荷的情况下，能够以最小总能耗对应的工况参数运行，达到了有效降低供热管网总能耗的目的。从而有效解决了传统的供热管网调控方式不利于降低供热管网的总能耗的问题。

为更清楚的说明本发明的用于管网性能控制的装置10的工作原理，以下以一具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。

为某地区一建筑物接入的供热管网。供热管网包括供热热源，其中，供热热源可以为各种形式，例如，锅炉、热电联产或热泵机组等、一次网水泵、一次网供水、一次网回水、换热站、二次网水泵、二次网供水、混水泵和末端的散热器。其中，信息采集中心所对应的采集信息分别为：热源信息、一次网供水温度、一次网回水温度、一次网流量及一次泵功率、二次网流量及二次泵功率、二次网供水温度、二次网回水温度、混水流量及混水泵功率、末端的散热器的散热属性信息以及气象参数。

假设该供热管网初始设置供热负荷为15MW，当信息采集中心通过采集该供热管网所在区域的当前气象信息发现当前气象参数发生变化时，处理中心根据当前气象参数和该供热管网所接入的建筑物的建筑信息计算出此时供热管网的供热负荷应当为13MW。因此，根据该供热负荷以及散热器的散热属性信息计算发现，此时散热器的进水温度范围应当在60℃以上。由此，根据散热器的散热属性信息可得，散热器的进水温度在60℃下，散热器满足负荷时的最小流量60℃时的边界流量；散热器290的进水温度在60+t℃下，散热器满足供热负荷时的最小流量65℃时的边界流量；其中，t为温度调节刻度，可根据需要选取，1或5℃等；直到60+t℃等于散热器的预设最高进水温度为止。这样就有了一系列的供热管网200末端散热器的工况参数，即散热器在上述进水温度范围内的进出水温度及对应的流量，其中包括边界流量等。

处理中心进一步根据这些信息计算出换热站的换热工况参数，具体包括：换热站的供热介质流量、换热温度，再结合之前采集的管路信息就可以计算出各个水泵，即包括一次网水泵、二次网水泵和混水泵的水泵输送能耗；对水泵输送能耗进行求和运算即可得到供热管网的输送能耗。同时，由换热站的换热工况参数可以确定供热热源的工况参数，即具体包括：热源供水温度、流量，确定了供热热源的工况参数后，再结合之前所采集的热源信息，例如，锅炉的类型，参数，燃料参数等就可以计算出热源效率，从而折算出供热能耗，即供热负荷+热源损耗。其中，当供热热源为锅炉时，热源效率为热源的热效率；当供热热源为热电联产时，热源效率赌赢为单位热量耗燃料的量；当供热热源为热泵机组时，热源效率则对应为机组COP(Coefficient Of Performance，能量与热量之间的转换比率)。进而，再根据总能耗＝供热能耗+输送能耗，即可得到供热管网的一系列总能耗。

当处理中心计算出可供选择的各工况参数下的总能耗后，选择其中的最小总能耗作为最优解，将这时对应的流量温度，作为该气象参数下的工况参数反馈各调节设备，即供热热源、一次网水泵、二次网水泵和混水泵等。

综上所述，其通过将供热管网末端的散热器的散热属性信息结合到供热管网的调控过程中，使得供热管网的调控更加贴合实际运行情况，从而也有效降低了供热管网的总能耗。另外，还需要说明的是，用于管网性能控制的装置不仅适用于上述提到的结构的用于管网性能控制的装置，同时还适用于直供式供热装置。由此，用于管网性能控制的装置不仅能够精确调控供热管网，同时还具有一定的灵活性和适应性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。