城镇集中供热系统的热负荷预测方法研究

金蕾

热负荷就是单位时间内用户所需要的热量。热负荷是城镇集中供暖的设计和规划的重要依据，同时也是对城镇集中供暖经济分析的最为重要的原始资料。对热负荷的预测就是以每年热负荷历史数据为基础，以具体的气候条件为依据，通过现代科学的手段在满足必要的精度范围内对热负荷进行计算，对未来的热负荷进行预测，供暖部门以预测结果为依据对供暖的热负荷进行调整，达到科学供暖，目的是节约集中供暖规程中的能源消耗。

集中供暖的方式在我国的中部和北方地区比较常见，集中供暖的热负荷种类主要以采暖、通风、热水供应和生产工艺等热负荷为主，由于供暖的各种热负荷存在各自不同的性质，因此热负荷的性质存在一定的差异，如有季节性的热负荷和常年性的热负荷等，造成对热负荷的变化随机性很强，是非线性，使对热负荷的预测所使用的方法和模式繁多，首先对热负荷的种类进行分析。

一、对热负荷预测方法的分类

根据供暖系统运行的各个阶段，对热负荷预测可分为两部分，设计阶段热负荷的预测和运行阶段的热负荷预测。设计阶段的热负荷预测主要是根据供暖地区的历史热负荷数据和气候条件，科学的选择供暖的方式，供暖的方式决定供暖所使用的能源种类。设计阶段的热负荷预测十分重要，直接关系到集中供暖投资、运行费用和运行的经济性。运行阶段的热负荷预测主要是在供暖系统运行后，通过对热负荷的预测实时对热源的供应量进行调整，最终实现热源的动态供需平衡管理和资源的优化配置，同时制定每年的生产计划和设备检修和保养计划，使供暖设备满负荷运行，实现供暖系统的经济、高效运行。在我国大力推行节能、减排大的背景下，对热负荷的预测对提高供热效率，降低燃料消耗有着重大深远的意义。

根据供热系统的运行周期，将热负荷的预测分成三个阶段，即：短期热负荷预测、中期热负荷预测和长期热负荷预测。短期热负荷预测是指对未来一天供暖热负荷的变化情况进行预测，其目的是通过对未来一天热负荷的预测，对热源及时的进行调整，使系统运行更加经济、高效；中期热负荷预测是只对未来一周内的热负荷变化进行预测，其目的为供热企业的今后采购计划、生产计划、设备维修、人员配备及财务计划提供科学的依据；长期热负荷的预测是指未来一年内的热负荷变化情况，其目的是为今后的优化运行和今后设计规划提供依据。根据以上对热负荷各个阶段的预测可对热负荷的方法进行如下分类：概算统计法、时间序列预测法、情景预测法和回归分析法等。下面介绍几种城镇集中供热负荷的预测方法。

二、城镇集中供暖热负荷预测方法

1.热负荷预测的概算统计法。一般在对城镇供暖的设计初期，设计人员很难精确的得到某个区域热负荷历史统计资料，因此采用概算统计法十分可行，具体过程为对供暖区域的各类热用户的热负荷进行统计概算，根据统计概算的结果确定供暖系统的供暖方式，完成设备选型，采暖系统的概算统计法分成：面积概算统计法和体积概算统计法。面积概算统计法主要是按照我国《城镇供热管网设计规范》中所规定的面积计算方法，计算公式为：

Q=qfF

Q-设计热负荷。

qf-单位建筑面积热指标（W/（m2）；

F-建筑面积（m2）

例如：楼房体积是已知的，可采用每立方米建筑体积在室内外温差为1°C时的热指标qv【W/（m3·℃）】

Q=qvV（t2-t1）

V--建筑体积（m3）；

t2--室内计算温度（°C）；

t1--采暖室外计算温度（°C）。

采暖热指标qv和qf的大小与楼房外墙结构的传热系数、外墙体积、外墙的密闭性或通风条件、楼房的类型和外形以及墙窗面积比等很多因素有着直接的关系，在通常的情况下就是采用概算統计分析得到，因此概算统计法主要应用于设计阶段对热负荷的预测，同时也适合长期对热负荷的预测。

2.热负荷的时间序列预测法。热负荷的时间序列预测法是一种热负荷历史数据的延伸预测，也称历史数据引伸预测法。具体的操作方法为对之前的热负荷的历史数据进行分析，建立时间序列模型，通过时间序列模型来描述热负荷的运行规律，最终确定热负荷的预测的数学公式，通过数学公式计算出未来的热负荷的需求，历史数据的建立是通过不断的按照规定的时间进行采样所得，目前建立的模型有自回归（AR）模型、滑动平均（MA）模型等。时间序列预测法是通过对大量的历史热负荷的数据进行统计分析的基础上，因此对供暖系统热负荷的预测速度快，能够很真实的反应出热负荷的变化规律（除了特殊气候的变化），对历史数据的分析结果和准确度要求比较高，因此建立模型的过程比较复杂，同时没有考虑到特殊天气的变化因素，因此只适合城镇集中供暖短期热负荷的预测。

3.热负荷的情景分析预测法。情景预测法也称为情景评估法和前景分析预测法。它以推测为基础描述未来热负荷的变化，并作出一系列的连续假设，对假设进行全面的和连续的描述，对建筑物内的热负荷进行高度主观性的描述，也可以对复杂热负荷进行动态模拟，最后以数据的形式做情景再现，达到对供暖的热负荷进行预测的目的。在预测中将多个建筑物进行组合，确定区域内建筑物的热负荷的情景。首先选择一个情景，在此时此刻建筑物内的热负荷情况是怎样的，所有个体建筑物的热负荷的情景组成区域内的此时此刻的建筑物情景，不同时刻区域内建筑物热负荷的情景是不同的，在全日24小时内的就可以得到无数个情景。预测试可以选择某些关键点，利用模拟软件计算出建筑物内各点的热负荷，最后得到一系列的热负荷的数据，连接这些点就可以得到一天中建筑物内热负荷的变化规律，时刻选取的越多，得到的热负荷曲线越真实。

情景分析法提供了最可能出现的热负荷预测结果，因此属于高概率性预测，精度较高，但结果依赖于各个热负荷的变化规律，一旦出现突发情况，预测偏差将无法估量。

结束语

在实际工作中，城镇集中供热对热负荷的预测意义重大，它不仅关系到供暖方式的合理性和经济性，同时也关系到在今后运行过程中的运行成本，因此在今后对热负荷预测研究中，通过对热负荷历史数据的大量积累，要向着快速、高精度方向发展，以便提高预测的有效性。

参考文件

[1]梁艳，陈文楷，焦洪峰，祁鸿科；供暖系统的混杂自动机建模与模糊控制[J]；电工技术杂志；2004年04期.

[2]周芮锦；潘毅群；黄治钟；；时间序列方法及其在实际办公楼能耗预测中的应用[J]；建筑节能；2012年02期.