PDF《ز犚犝犆 产品在小区供暖供回水温度》

李迅, 冯涛, 丁德平, 等.

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1 5. B J R U C产品在小区供暖供回水温度预报的应用研究. 气象,

4 1 (

2 ) :

2 3

4

2 3 9. 湿貌吩谛∏┡┗厮露 预报的应用研究 李迅冯涛丁德平 谢庄北京市气象服务中心, 北京

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0 0

8 9 提要:利用气象部门快速更新的 B J RU C ( B e i j i n g R a p i dU p d a t eC y c l e ) 数值预报系统获得的2 4h逐时的室外温度预报资 料, 应用能量平衡原理, 建立建筑物热损失方程和供热量方程, 从而推导出室外温度和室内温度、 供水、 回水温度的预报模型. 用此模型对2

0 1 0年3月1―1 5日期间的供、 回水温度进行预报模拟, 与北京市海园物业供热单位实况值进行对比分析.检验 结果表明, 该模型模拟的室内温度与设计要求的室内温度(

2 0℃) 之间的均方根误差为0.

2 5℃,海园物业室内温度监测点数值 与2 0℃之间的均方根 误差为1.

5 3℃.模拟的供、 回水温度与海园物业监测点供水温度的均方根误差分别为3.

6 9℃ 和3.

8 0℃. 关键词: B J RU C,小区供热,供水温度,回水温度 中图分类号: P

4 9 文献标志码:A :10.

7 5

1 9 / j . i s s n .

1 0

0 0

0 5

2 6.

2 0

1 5.

0 2.

0 1

2 A p p l i c a t i o nR e s e a r c ho nC o mm u n i t yS u p p l y R e t u r n W a t e r T e m p e r a t u r ew i t hB J RU CP r o d u c t s L IX u n F E NGT a o D I NGD e p i n g X I EZ h u a n g B e i j i n gM e t e o r o l o g i c a lS e r v i c eC e n t e r , B e i j i n g1

0 0

0 8

9 :Basedo nt h e2 4hh o u r l yo u t d o o rt e m p e r a t u r ef o r e c a s t sf r o m B e i j i n gR a p i dU p d a t eC y c l e ( B J RU C) NWPa n do b s e r v e d i n d o o r t e m p e r a t u r e f r o mB e i j i n gH a i y u a nC o mm u n i t yd u r i n g1-1 5M a r c h2

0 1 0, t h er e l a t i o n sb e t w e e nh e a t s u p p l ya n d l o s s , i n d o o r a n do u t d o o r t e m p e r a t u r e , s u p p l ya n dr e t u r nw a t e r t e m p e r a t u r eo f h e a t i n gs y s t e mf o rb u i l d i n g s a r e e s t a b l i s h e db yu s i n g t h ep r i n c i p l eo f t h e e n e r g ye q u i l i b r i u m. A n u m e r i c a l s i m u l a t i o nm o d e l o f s u p p l ya n dr e t u r nw a t e r t e m p e r a t u r e i sd e d u c e d . T h e s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t o fh o u r l yt e m p e r a t u r e f o r e c a s t i s c a r r i e do u t . T h e n t h e s i m u l a t e d f o r e c a s t i s c o m p a r e d t o t h eo b s e r v e d t e m p e r a t u r e i nB e i j i n gH a i y u a nC o mm u n i t y . T h e r e s u l t ss h o wt h a t t h em e a ns q u a r e r o o t e r r o rb e t w e e ns i m u l a t e d i n d o o r t e m p e r a t u r e a n d r e q u i r e d t e m p e r a t u r e(

2 0℃) i s 0.

2 5℃. C o m p a r a b l y , t h e a c t u a l e r r o r o f o p e r a t i o n i nB e i j i n gH a i y u a nC o mm u n i t yi s1.

5 3℃.T h er o o tm e a ns q u a r ee r r o r sb e t w e e ns i m u l a t e da n do b s e r v e ds u p p l yw a t e r t e m p e r a t u r ea n dr e t u r nw a t e r t e m p e r a t u r ea r e3.

6 9℃a n d3.

8 0℃r e s p e c t i v e l y .Wh i c h i sm u c hl e s s t h a nt h ea c t u a l o p e r a t i o ne r r o r1.

5 3℃i nB e i j i n gH a i y u a nC o mm u n i t y . :BeijingR a p i dU p d a t aC y c l e( B J RU C) , c o mm u n i t yh e a t i n g , s u p p l yw a t e r t e m p e r a t u r e , r e t u r n w a t e r t e m p e r a t u r e 第4 1卷第2期2015 年2月气象ME T E O R O L O G I C A L MONTHL Y V o l .

4 1 N o .

2 F e b r u a r y

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1 5 北京市科技计划课题( Z

1 1

1 1

0 0

0 7

4 2

1 1

0 1

0 ) 和国家自然科学基金项目(

4 1

1 7

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5 7 ) 共同资助

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1 3年1 1月5日收稿;

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1 4年1 2月2日收修定稿 第一作者: 李迅, 主要从事应用气象研究和气象服务管理. E m a i l : l i x u n

4 3 9@s i n a . c o m 引言目前我国采暖热浪费情况仍然严重.开展气象 节能研究是北方省( 区、 市) 的一个重要任务, 即根据 气象预报调节能源使用量的方法, 温度低时增加燃 气和电力对取暖的供应, 反之, 减少取暖的供应, 达 到节能目的.在采暖系统运行期间, 建筑物的耗热 量不仅与供热面积、 供热流量、 供水温度、 回水温度 有关, 更决定于室外温度等气象条件的影响, 这些条 件每时每刻都在变化.如前所述, 供暖部门必须准 确地掌握温度的实时变化情况, 才能根据气温的随 时变化及时调整供暖温度.我国气象部门多年来开 展了气温和供暖气象节能技术研究, 王志斌等(2005)研究了城市集中供热节能气象预报系统, 陈 正洪等(

2 0

0 5 ) 、 霍秀英等(

1 9

9 0) 和车少静等(

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0 2) 采用统计预报的方法, 提供常规的气象预报和日供、 回水温度预报.由于这些方法自动化程度低, 已经 无法满足用户快速调整供暖的要求.探索新的预报 方法, 提供更精细的供暖参数是气象部门刻不容缓 的责任. 欧洲地区如冰岛、 土耳其及芬兰等国家有着丰 富的地热资源, 一些供暖单位利用地热的热量给建 筑物供暖, 由于这种热量往往达不到建筑物所规定 室内温度, 所以一般还需增加人工供热.为了使室内 温度达到规定值, V a l d i m a r s s o n等(

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8 9 ) 、 V a l d i m a r s s o n (

1 9

9 3 ) 、 Y i l d i r i m 等(

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0 3 ;

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0 6 ) 和Nappa(2002)利用能量平衡原理, 根据建筑物的实况温度( 实时室内 温度) 和相应的外界气温来计算需增加的热量, 既满 足了供暖需求也节约了能源. 国内供暖多以小区为单位运行, 需供暖的面积 远大于国外的单栋屋型, 热水在管道中流动的时间 比较长, 对室内温度的调节需要一定时间的提前量, 照搬国外那种依靠气温实况来调节室温的做法, 无 法满足实际供暖需求, 需要依托数值天气预报开展 相关的供暖研究. 目前北京气象局已开发出精细化的快速更新数 值预报系统( B J RU C) , 其预报要素包括未来

2 4h 的逐时温度、 湿度、 风速和气压等基本气象要素, 每3h 更新一次(范水勇等,

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0 8;

2 0

0 9;

李青春等,

2 0

1 1 ) , 魏东等(

2 0

1 0;

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1 1) 的研究表明无论其预报 的基本要素, 还是计算的物理量,

1 2h 时效内的预 报误差较小, 与实况的一致性较好.总体来说, B J RU C对站点 要素预报的 变化趋势较好, 准确率较高, 具有很好的参考价值.该系统为开发气象服务 新技术提 供了条件, 本研究的模型中就使用BURU C的预报产品.下面介绍本文研制的小区供热 系统的供、 回水温度预报模型.使用数值模拟方法 制作供回水温度在国内尚属首次, 该方法的运用使 精细化的自动供暖气象节能服务成为可能.

1 供暖系统的物理模型原理简介 经典的热学理论认为一般的民用住宅或房间的 热平衡得到的热量主要是散热器和太阳辐射进入室 内的热量.失热量则由维护结构传热耗热、 门窗渗 入室内的冷空气的耗热量( 冷风渗透耗热量) 和由门、 孔洞及相邻房间侵入的冷空气耗热量( 冷风侵入 耗热量) 组成.由于模拟这个过程非常复杂, 因此必 须对上述热量得失进行一定的简化, 才能实现预报 应用.首先, 由于建筑物及管网随时间的变化比室 外温度的变化慢得多, 对短的温度间隔( 如对本文的 时间步长3

6 0s来说小得多) 可以忽略, 即在本模型 中忽略供暖系统的流体动力问题, 将供暖系统考虑 为准静力系统( V a l d i m a r s s o ne ta l ,

1 9

8 9;

V a l d i m a r s s o n,

1 9

9 3 ) .第二, 考虑在实际供暖运营中, 流量 很少发生变化, 因此在模拟过程中考虑恒定的流量, 即管中流量不随时间变化.第三假设管道中没有热 量损失, 忽略管网中温度的下降.其他相对次要的 热交换, 如门、 窗渗透的和侵入耗热及太阳辐射在本 文中均予以忽略.

2 建筑物的供热量与热损失 2.

1 建筑物的供热量 供热量是需要提供给建筑物的热量, 可以用供 回水温度之差来表示, 其方程( V a l d i m a r s s o ne ta l ,

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8 9;

V a l d i m a r s s o n,

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9 3 ) 为s u p p l y = ( - ) (

1 ) 式中, s u p p l y为供热量( 单位: kW) ;

是水流量, 本 文中为常量, 取为2 5k g ・s -1 ;

鹞娜热萘( 单位: J ・k g -1 ・℃-1 ) , 这里取为4.

1 8 6;

笪┧ 度( 单位: ℃) ;

蛭厮露( 单位: ℃) .式( 1) 表 示供热量是 、 蠛 的函数.

5 3

2 第2期李迅等: B J RU C产品在小区供暖供回水温度预报的应用研究 2.

2 建筑物的热损失 建筑物的热损失是天气条件和室内温度的函 数, 表示热损失是建筑物表面通过墙体向外界环境 的传 输的热损失量. 其方程可以写成如下形式(Valdimarsson, e ta l ,

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8 9;

V a l d i m a r s s o n ,

1 9

9 3 ) : loss= ( - ) (

2 ) 式中, loss为建筑物 热损失( 单位: kW) , 为建筑 物热交换系数( 单位: W・m-2 ・℃-1 ) , 馕ㄖ 物面积( 单位: m

2 ) , 狻 馐怯虢ㄖ锏娜刃灾视 关数, 将在

第六节详细介绍. 式(

2 ) 表明热 损失是室外、 内 温度 的函 数.槲夷谖露, 镂彝馕露, 这里就是 B J RU C 预 报产品. 3........