城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)的熱負荷預測方法研究

金蕾

熱負荷就是單位時間內用戶所需要的熱量。熱負荷是城鎮(zhèn)集中供暖的設計和規(guī)劃的重要依據(jù)，同時也是對城鎮(zhèn)集中供暖經(jīng)濟分析的最為重要的原始資料。對熱負荷的預測就是以每年熱負荷歷史數(shù)據(jù)為基礎，以具體的氣候條件為依據(jù)，通過現(xiàn)代科學的手段在滿足必要的精度范圍內對熱負荷進行計算，對未來的熱負荷進行預測，供暖部門以預測結果為依據(jù)對供暖的熱負荷進行調整，達到科學供暖，目的是節(jié)約集中供暖規(guī)程中的能源消耗。

集中供暖的方式在我國的中部和北方地區(qū)比較常見，集中供暖的熱負荷種類主要以采暖、通風、熱水供應和生產工藝等熱負荷為主，由于供暖的各種熱負荷存在各自不同的性質，因此熱負荷的性質存在一定的差異，如有季節(jié)性的熱負荷和常年性的熱負荷等，造成對熱負荷的變化隨機性很強，是非線性，使對熱負荷的預測所使用的方法和模式繁多，首先對熱負荷的種類進行分析。

一、對熱負荷預測方法的分類

根據(jù)供暖系統(tǒng)運行的各個階段，對熱負荷預測可分為兩部分，設計階段熱負荷的預測和運行階段的熱負荷預測。設計階段的熱負荷預測主要是根據(jù)供暖地區(qū)的歷史熱負荷數(shù)據(jù)和氣候條件，科學的選擇供暖的方式，供暖的方式?jīng)Q定供暖所使用的能源種類。設計階段的熱負荷預測十分重要，直接關系到集中供暖投資、運行費用和運行的經(jīng)濟性。運行階段的熱負荷預測主要是在供暖系統(tǒng)運行后，通過對熱負荷的預測實時對熱源的供應量進行調整，最終實現(xiàn)熱源的動態(tài)供需平衡管理和資源的優(yōu)化配置，同時制定每年的生產計劃和設備檢修和保養(yǎng)計劃，使供暖設備滿負荷運行，實現(xiàn)供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟、高效運行。在我國大力推行節(jié)能、減排大的背景下，對熱負荷的預測對提高供熱效率，降低燃料消耗有著重大深遠的意義。

根據(jù)供熱系統(tǒng)的運行周期，將熱負荷的預測分成三個階段，即：短期熱負荷預測、中期熱負荷預測和長期熱負荷預測。短期熱負荷預測是指對未來一天供暖熱負荷的變化情況進行預測，其目的是通過對未來一天熱負荷的預測，對熱源及時的進行調整，使系統(tǒng)運行更加經(jīng)濟、高效；中期熱負荷預測是只對未來一周內的熱負荷變化進行預測，其目的為供熱企業(yè)的今后采購計劃、生產計劃、設備維修、人員配備及財務計劃提供科學的依據(jù)；長期熱負荷的預測是指未來一年內的熱負荷變化情況，其目的是為今后的優(yōu)化運行和今后設計規(guī)劃提供依據(jù)。根據(jù)以上對熱負荷各個階段的預測可對熱負荷的方法進行如下分類：概算統(tǒng)計法、時間序列預測法、情景預測法和回歸分析法等。下面介紹幾種城鎮(zhèn)集中供熱負荷的預測方法。

二、城鎮(zhèn)集中供暖熱負荷預測方法

1.熱負荷預測的概算統(tǒng)計法。一般在對城鎮(zhèn)供暖的設計初期，設計人員很難精確的得到某個區(qū)域熱負荷歷史統(tǒng)計資料，因此采用概算統(tǒng)計法十分可行，具體過程為對供暖區(qū)域的各類熱用戶的熱負荷進行統(tǒng)計概算，根據(jù)統(tǒng)計概算的結果確定供暖系統(tǒng)的供暖方式，完成設備選型，采暖系統(tǒng)的概算統(tǒng)計法分成：面積概算統(tǒng)計法和體積概算統(tǒng)計法。面積概算統(tǒng)計法主要是按照我國《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設計規(guī)范》中所規(guī)定的面積計算方法，計算公式為：

Q=qfF

Q-設計熱負荷。

qf-單位建筑面積熱指標（W/（m2）；

F-建筑面積（m2）

例如：樓房體積是已知的，可采用每立方米建筑體積在室內外溫差為1°C時的熱指標qv【W(wǎng)/（m3·℃）】

Q=qvV（t2-t1）

V--建筑體積（m3）；

t2--室內計算溫度（°C）；

t1--采暖室外計算溫度（°C）。

采暖熱指標qv和qf的大小與樓房外墻結構的傳熱系數(shù)、外墻體積、外墻的密閉性或通風條件、樓房的類型和外形以及墻窗面積比等很多因素有著直接的關系，在通常的情況下就是采用概算統(tǒng)計分析得到，因此概算統(tǒng)計法主要應用于設計階段對熱負荷的預測，同時也適合長期對熱負荷的預測。

2.熱負荷的時間序列預測法。熱負荷的時間序列預測法是一種熱負荷歷史數(shù)據(jù)的延伸預測，也稱歷史數(shù)據(jù)引伸預測法。具體的操作方法為對之前的熱負荷的歷史數(shù)據(jù)進行分析，建立時間序列模型，通過時間序列模型來描述熱負荷的運行規(guī)律，最終確定熱負荷的預測的數(shù)學公式，通過數(shù)學公式計算出未來的熱負荷的需求，歷史數(shù)據(jù)的建立是通過不斷的按照規(guī)定的時間進行采樣所得，目前建立的模型有自回歸（AR）模型、滑動平均（MA）模型等。時間序列預測法是通過對大量的歷史熱負荷的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的基礎上，因此對供暖系統(tǒng)熱負荷的預測速度快，能夠很真實的反應出熱負荷的變化規(guī)律（除了特殊氣候的變化），對歷史數(shù)據(jù)的分析結果和準確度要求比較高，因此建立模型的過程比較復雜，同時沒有考慮到特殊天氣的變化因素，因此只適合城鎮(zhèn)集中供暖短期熱負荷的預測。

3.熱負荷的情景分析預測法。情景預測法也稱為情景評估法和前景分析預測法。它以推測為基礎描述未來熱負荷的變化，并作出一系列的連續(xù)假設，對假設進行全面的和連續(xù)的描述，對建筑物內的熱負荷進行高度主觀性的描述，也可以對復雜熱負荷進行動態(tài)模擬，最后以數(shù)據(jù)的形式做情景再現(xiàn)，達到對供暖的熱負荷進行預測的目的。在預測中將多個建筑物進行組合，確定區(qū)域內建筑物的熱負荷的情景。首先選擇一個情景，在此時此刻建筑物內的熱負荷情況是怎樣的，所有個體建筑物的熱負荷的情景組成區(qū)域內的此時此刻的建筑物情景，不同時刻區(qū)域內建筑物熱負荷的情景是不同的，在全日24小時內的就可以得到無數(shù)個情景。預測試可以選擇某些關鍵點，利用模擬軟件計算出建筑物內各點的熱負荷，最后得到一系列的熱負荷的數(shù)據(jù)，連接這些點就可以得到一天中建筑物內熱負荷的變化規(guī)律，時刻選取的越多，得到的熱負荷曲線越真實。

情景分析法提供了最可能出現(xiàn)的熱負荷預測結果，因此屬于高概率性預測，精度較高，但結果依賴于各個熱負荷的變化規(guī)律，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況，預測偏差將無法估量。

結束語

在實際工作中，城鎮(zhèn)集中供熱對熱負荷的預測意義重大，它不僅關系到供暖方式的合理性和經(jīng)濟性，同時也關系到在今后運行過程中的運行成本，因此在今后對熱負荷預測研究中，通過對熱負荷歷史數(shù)據(jù)的大量積累，要向著快速、高精度方向發(fā)展，以便提高預測的有效性。

參考文件

[1]梁艷，陳文楷，焦洪峰，祁鴻科；供暖系統(tǒng)的混雜自動機建模與模糊控制[J]；電工技術雜志；2004年04期.

[2]周芮錦；潘毅群；黃治鐘；；時間序列方法及其在實際辦公樓能耗預測中的應用[J]；建筑節(jié)能；2012年02期.