城鎮集中供熱系統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。熱負荷是城鎮集中供暖的設計和規劃的重要依據，同時也是對城鎮集中供暖經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據為基礎，以具體的氣候條件為依據，通過現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對供暖的熱負荷進行調整，達到科學供暖，目的是節約集中供暖規程中的能源消耗。

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

根據供暖系統運行的各個階段，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供暖地區的歷史熱負荷數據和氣候條件，科學的選擇供暖的方式，供暖的方式決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濟性。運行階段的熱負荷預測主要是在供暖系統運行后，通過對熱負荷的預測實時對熱源的供應量進行調整，最終實現熱源的動態供需平衡管理和資源的優化配置，同時制定每年的生產計劃和設備檢修和保養計劃，使供暖設備滿負荷運行，實現供暖系統的經濟、高效運行。在我國大力推行節能、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。

根據供熱系統的運行周期，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，使系統運行更加經濟、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；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化運行和今后設計規劃提供依據。根據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。下面介紹幾種城鎮集中供熱負荷的預測方法。

二、城鎮集中供暖熱負荷預測方法

1.熱負荷預測的概算統計法。一般在對城鎮供暖的設計初期，設計人員很難精確的得到某個區域熱負荷歷史統計資料，因此采用概算統計法十分可行，具體過程為對供暖區域的各類熱用戶的熱負荷進行統計概算，根據統計概算的結果確定供暖系統的供暖方式，完成設備選型，采暖系統的概算統計法分成：面積概算統計法和體積概算統計法。面積概算統計法主要是按照我國《城鎮供熱管網設計規范》中所規定的面積計算方法，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/（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、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計分析得到，因此概算統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據的延伸預測，也稱歷史數據引伸預測法。具體的操作方法為對之前的熱負荷的歷史數據進行分析，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律，最終確定熱負荷的預測的數學公式，通過數學公式計算出未來的熱負荷的需求，歷史數據的建立是通過不斷的按照規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據進行統計分析的基礎上，因此對供暖系統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律（除了特殊氣候的變化），對歷史數據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假設，對假設進行全面的和連續的描述，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模擬，最后以數據的形式做情景再現，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域內的此時此刻的建筑物情景，不同時刻區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據，連接這些點就可以得到一天中建筑物內熱負荷的變化規律，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律，一旦出現突發情況，預測偏差將無法估量。

結束語

在實際工作中，城鎮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據的大量積累，要向著快速、高精度方向發展，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]；建筑節能；2012年02期.