一种基于历史数据的大型热水系统节水节能方法与流程

本发明涉及热水系统领域,特别涉及一种基于历史数据的大型热水系统节水节能方法。

背景技术：

热水系统能耗一项约占建筑能耗的10％-30％，调查表明，各类商业建筑能耗中，热水能耗比例为：写字楼的2.7％，商场的10.7％，饭店的31％，医院的41.8％。随着社会的不断进步和发展，国内将有更多的住宅和小区采用集中热水供应系统，因此科学合理地设计、管理和使用热水系统，减少热水系统中水和能量的浪费，是一个非常重要的研究任务。

热水系统在广泛的部署在多种建筑中，满足人们对于生活热水的需求。传统的热水系统大多在每日的某一时间段内采取不间断供水，这种方式能够有效保障人们的热水使用需求，但是往往存在着大量烧水浪费，不仅增加了无谓的烧水消耗，同时这些多余的热水也基本无法被再次回收利用，所以也导致了水资源的浪费。

大多数热水系统节能方案着眼于对于系统结构设计的优化等，避免热能损耗、提高能量转化率等等，但是往往忽略了因为上述供水方案而导致的能量损耗以及水资源浪费。随着各类电子设备以及仪器的智能化，目前已经可以轻松的采集到热水系统的详细工作信息，例如每日供水量、时间等等，同时也可以人工控制热水系统的烧水量以及热水供应时间等。本发明方法即基于历史真实的用水数据，提出了一种大型热水系统的节水节能方法，通过动态调控热水系统每日的烧水量，使其基本与真实需求量保持一致，避免烧水浪费，实现节水节能。

技术实现要素：

本发明提供一种能降低烧水能耗浪费和水资源浪费的大型热水系统节水节能方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于历史数据的大型热水系统节水节能方法，包括如下步骤：步骤一、根在方法的开始阶段，大型热水系统采用不限量供应的方式，设定一个观察期t，在观察期内，记录每日真实用水量；步骤二、观察期结束后，根据得到的历史数据计算出一个适当的热水烧水量，并将该日热水系统的烧水量设定为该值；步骤三、如果设定的烧水量无法满足需求，则在热水耗尽前启动热水系统，补充供水，保证热水供应满足用户需求，当每日供水完毕后，同样记录每日的烧水量，返回步骤二；基于上述的大型热水系统节水节能方法，能有效降低烧水能耗浪费和水资源浪费。

本发明的有益效果是：本发明根据热水系统历史真实供水量，对烧水量进行动态调控，使得烧水量与真实的需水量基本保持一致，从而减少烧水浪费，节水节能。

附图说明

图1为本发明实施例基于历史数据的大型热水系统节水节能方法流程示意图。

图2为本发明实施例对于热水的预测调控量与真实需求量的示意图。

图3为本发明实施例热水供应量与一般方法的热水供应量之间的对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实例，对本发明做进一步说明。图1给出了本发明方法的运行流程示意图，本实施例主要包括如下内容。

步骤一，由于在方法开始阶段，没有历史数据可以作为参考，所以首先设定一个观察期，时间长度为t，在观察期内，热水系统采取不限量供应的方式，并记录每日真实的用水量，得到长度为t的记录数组h＝{h1,h2,...,ht}，其中hi表示观察期内第i天的真实用水量。

步骤二，通过步骤一和后续供水过程中对于真实烧水量的记录，我们得到了真实用水量的历史数据h。因为烧水量可以看作一种时序数据，具有较强的时间相关性，因此可以根据历史使用量精准的调控烧水量，达到节水节能的效果。具体而言，在得到第i天至第i+t天的烧水量后，第i+1天的调控烧水量可通过下面的方式进行计算：

然后将该日(第i+1天)的热水系统烧水量设定为该值。

步骤三，当少数情况出现剩余水量低于阈值水量θ时，即表明剩余热水量可能不足以满足需求时，便启动热水系统增加供水量，保证热水的充足供应。当到达热水供应截止时间或其他停止条件时，则停止热水供应，同时记录这一次的真实用水量。具体而言，阈值水量θ所代表的含义为：假设热水的使用速率为v升/小时，热水系统从启动到完成烧水所需的时间为tθ小时，则当水箱剩余热水量ε^*＝θ升时启动热水系统，可以保证在剩余热水用尽之前，延续热水供应。综上所述，我们给出θ的计算方法，如下面的公式所示。通过这种方法，即使少数情况出现预测烧水量失准，也能够保证热水的充足供应。

当本次热水供应完毕后，在下次热水供应开始时，则返回并执行步骤二。

本发明提供了一种基于历史数据的大型热水系统节水节能方法，通过使用热水系统历史烧水量数据，对每日烧水量进行动态调控，从而使得烧水量接近真实的需求量，避免烧水能耗浪费和水资源浪费，本发明的优点在于：

(1)本发明不需要对现有的热水系统结构进行改造或重新设计，易于实施，对于不同类型的热水系统都可以很方便的进行应用。

(2)本发明提出的基于历史数据的大型热水系统节水节能方法使得热水系统每日烧水量十分接近真实的需求量。图2是使用本发明方法根据历史用水数据计算预测需水量的结果，可以看到，由于用水数据具有较为稳定的变化趋势和取值范围，本方法可以准确的通过近期历史数据预测未来用水量。当出现烧水情况预测水量不足时，也可以根据上文的补充供水方法，保证热水的充足供应。

(3)本发明提出的基于历史数据的大型热水系统节水节能方法，在保证热水供应充足的前提下有效降低了烧水量，从而实现了节水节能。按照国家标准gb50015-2003规定，淋浴器额定流量是9升/分钟，正常淋浴的平均水流量为5升/分钟，洗浴时开启淋浴器的平均时长占比为50％左右，以大学宿舍建筑为例，通过计算得到一栋宿舍建筑每日消耗水量约为90吨，相应地一个宿舍群(包含35栋宿舍建筑)每日供水量约为1575吨，除去寒暑假约80天，其余时间每日供水，则年供水量为441000吨。根据学生用水数据，可以计算得到，真实年均需水量约为361411吨。图2为传统热水供应方案下的热水供应了与真实需求量的对比分析，可以看到，传统方案的热水供应量远超需求量，从而存在大量烧水能量浪费。本发明方法通过预测用水需求量，可以准确的调控设定烧水量，使得烧水量与需求量基本相同。在图2中，最大预测误差为3.15％，我们设预测误差上限不超过10％，在预测用水量达到误差上限的情况下，通过本发明方法的年供水量为39755吨，在这种情况下可节水43448吨，节约烧水能耗约1.73×10⁶kw·h，相当于213吨标准煤燃烧所释放的能量。