本发明专利技术公开了一种电采暖设备的加热特性建模与能效评估方法，包括如下步骤：（1）建立电采暖设备的加热特性模型；（2）建立电采暖设备加热保温过程模型；（3）电采暖设备能效评估；（4）求出加热模型以及保温过程模型表达式，本发明专利技术对装配电采暖设备的空间进行热力学建模，并采用类比法将其等效为一个一阶电路模型，简化了模型的求解难度，对于模型中的待定参数—热容和热阻，利用实验数据，结合建立的模型，基于最小二乘原理以较容易的求解得出。建模和求解的过程简单有效，以定量的描述空间温度，在此基础之上，运用电器效用的概念和评估方法，对电采暖设备进行能效分级，为电采暖设备的节能控制提供了重要的依据和参考。
【技术实现步骤摘要】
一种电采暖设备的加热特性建模与能效评估方法
本专利技术涉及一种加热设备模型和电器节能评估，具体涉及一种电采暖设备的加热特性建模与能效评估方法。
技术介绍
随着经济发展，人们对居住的舒适程度要求越来越高，长江以南许多地区冬季采暖的呼声也越来越高。在北方广泛采用的集中式供暖建设成本大、能源消耗大，而南方地区需要一种更为灵活的供暖方式。电采暖是一种直接将电能转换为热能的采暖方式，例如碳晶取暖器，采暖前期投资较低，舒适度高，便于用户灵活地选择性装配，是南方地区采暖的首选方式。电采暖设备功率一般较大，电能消耗较多，在保障用户舒适体验的前提下，应尽能降低能耗。现有电采暖运行模式一般是本地独立控制，控制策略单一粗糙，且未对电采暖设备加热特性进行定量的描述，从而难以实现电暖器群体协同控制，比如平抑电暖器群的负荷波动等。此外，电采暖设备的能效评估主要针对设备本身的电热转换效率及耗电量评估，未结合用户体验，具有片面性。因此，在建立电采暖加热特性模型基础上，结合电器效用和能效等级进行精细化的能效评估对电采暖群体控制及提高电采暖能效等多方面都具有重要的作用。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种电采暖设备的加热特性建模与能效评估方法，建立电采暖设备的加热特性的数学模型，对加热过程和保温过程进行定量描述。在此基础上，结合生活用电器效用概念和评估方法，对电取暖器加热过程进行能效评估，为节能优化控制提供模型基础和评价标准，以有效解决
技术介绍
中的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种电采暖设备的加热特性建模与能效评估方法，包括如下步骤：（1）建立电采暖设备的加热特性模型：由于加热区间较小，认为加热及保温过程中各项热力学参数恒定不变，加热及保温过程中，房屋状态不变，不存在干扰因素；（2）建立电采暖设备加热保温过程模型：描述配置电采暖设备的房屋空间的热力学过程；采用等效类比法求解给出的电采暖设备加热保温模型，在将原模型等效为一阶电路模型后，运用电工学知识，求解该模型，进而求解原热力学模型；（3）电采暖设备能效评估：结合用户实际使用体验和电器本身特性，参考生活用电器效用的概念及评估方法，电采暖设备属于一种蓄冷蓄热型设备，其效用的描述函数为：其中，Tl和Th分别是预期温度的下限阈值和上限阈值，Tt为时刻t的实际效果温度,若Tt在[Tl,Th]的范围内,则温度效用为1,当Tt<Tl或Tt>Th时,温度效用值的下降，下降速度由参数ε决定,ε∈(0,1]。基于效用函数，再结合电采暖设备的使用状态，就以进行能效等级的分级评估。（4）求出加热模型以及保温过程模型表达式：设室内初始温度为Tin0，室外温度为Tout，P为电采暖设备的额定功率，为效率，利用全响应三要素法和电路叠加定理，类比求出加热模型如式①，保温过程模型如式②；作为本专利技术一种优选的技术方案，所述分级评估是在已经建立的电采暖设备加热保温模型基础上，即判断给定时刻电采暖设备使房屋加热的温度值，进而确定其效用和能效等级。作为本专利技术一种优选的技术方案，在式①和式②中，热容C和热阻R为待定参数，通过实验的方法即确定作为本专利技术一种优选的技术方案，其试验的方法为：在某一房屋内配置功率为P的电采暖设备和数字式温度计，开启电采暖设备，并开始记录室内温度数据，选定一个合适的时间间隔，如1min，记录温度试验数据，当室内温度上升一定量后，关闭电采暖设备，继续记录温度数据，直到温度下降到开启电采暖设备前，通过实验获取实验数据后，基于最小二乘的原理确定待定参数，首先，式②变形为两边同时取自然对数，即：则以基函数作为插值基函数，基于最小二乘原理，求出再将式①做如下变形，并将已求出的代入，即：求出试验数据下对应的热阻R，再取平均值即认为是实际热阻R；至此，热容和热阻的参数就通过实验测定，加热和保温过程即用该模型进行定量描述。本专利技术的有益效果：本专利技术对装配电采暖设备的空间进行热力学建模，并采用类比法将其等效为一个一阶电路模型，简化了模型的求解难度。对于模型中的待定参数—热容和热阻，利用实验数据，结合建立的模型，基于最小二乘原理以较容易的求解得出。建模和求解的过程简单有效，以定量的描述空间温度，在此基础之上，运用电器效用的概念和评估方法，对电采暖设备进行能效分级，为电采暖设备的节能控制提供了重要的依据和参考。附图说明图1为本专利技术的电采暖设备加热及保温模型图。图2为本专利技术的电采暖设备加热及保温过程的等效模型图。图3为本专利技术电采暖设备的升温和保温模型的曲线和实际实验数据图。图4为本专利技术加热保温模型室温变化情况示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1：1、建立电采暖设备的加热特性模型，首先做如下假设：（1）由于加热区间较小，认为加热及保温过程中各项热力学参数恒定不变；（2）加热及保温过程中，房屋状态不变，不存在开窗、开门等干扰因素。2、建立电采暖设备加热保温模型：（1）配置电采暖设备的房屋空间用图1描述其热力学过程，其中，P为电采暖设备加热时对外辐射的热功率，刻画了电采暖设备的加热能力；C为被加热房屋的热容，它描述整个房屋吸收一定热量后温度的上升与存储性能；R为房屋等效总热阻，描述了在加热及保温过程中热量的损耗，主要来源于门窗和墙体对室外以热辐射的形式对外散失的热量；Tin和Tout分别指室内和室外的温度。当开关S闭合时，电采暖设备开始对室内加热，室温升高，到一定时间后，断开开关，电采暖设备不再对室内加热，由于热阻的存在，室温逐渐降低。（2）为求解图1给出的电采暖设备加热保温过程模型，采用等效类比法，如图2所示。原模型中的空间热容用电工学中的电容等效，电容用反映存储电荷的能力，与空间存储热量的能力类似；原模型中的热阻用电工学中的电阻等效；用电压等效原模型中的温度。这样，由单位一致的原理，原模型中的电采暖设备加热源应用一个恒定电流源表示；而室外温度认为是恒定的，故原模型中的室外环境应用一个恒定电压源表示。整个模型则等效为图2所示的一阶电路模型。（3）在将原模型等效为一阶电路模型后，运用电工学知识，即求解该模型，进而求解原热力学模型。设室内初始温度为Tin0，室外温度为Tout，P为电采暖设备的额定功率，为效率，利用全响应三要素法和电路叠加定理，类比求出加热模型如式①，保温过程模型如式②。（4）在式①和式②中，热容C和热阻R为待定参数，通过实验的方法即确定：在某一房屋内配置功率为P的电采暖设备和数字式温度计。开启电采暖设备，并开始记录室内温度数据。选定一个合适的时间间隔，如1min，记录温度试验数据。当室内温度上升一定量后，关闭电采暖设备，继续记录温度数据，直到温度下降到开启电采暖设备前。通过实验获取实验数据后，基于最小二乘的原理确定待定参数，首先，式②变形为：两边同时取自然对数，即：则以基函数作为插值基函数，基于最小二乘原理，求出再将式①做如下变形，并将已求出的代入，即：求出试验数据下对应的热阻R，再取平均值即认为是实际热阻R。至此，热容和热阻的参数就通过实验测定，加热和保温过程即用该模型进行定量描述。3、电采暖设备本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电采暖设备的加热特性建模与能效评估方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）建立电采暖设备的加热特性模型：由于加热区间较小，认为加热及保温过程中各项热力学参数恒定不变，加热及保温过程中，房屋状态不变，不存在干扰因素；（2）建立电采暖设备加热保温过程模型：描述配置电采暖设备的房屋空间的热力学过程；采用等效类比法求解给出的电采暖设备加热保温模型，在将原模型等效为一阶电路模型后，运用电工学知识，求解该模型，进而求解原热力学模型；（3）电采暖设备能效评估：结合用户实际使用体验和电器本身特性，参考生活用电器效用的概念及评估方法，电采暖设备属于一种蓄冷蓄热型设备，其效用的描述函数为：其中，Tl和Th分别是预期温度的下限阈值和上限阈值，Tt为时刻t 的实际效果温度,若 Tt在[Tl, Th]的范围内,则温度效用为1,当 Tt<Tl 或 Tt>Th 时,温度效用值的下降，下降速度由参数ε决定, ε∈(0,1]；基于效用函数，再结合电采暖设备的使用状态，就以进行能效等级的分级评估；（4）求出加热模型以及保温过程模型表达式：设室内初始温度为Tin0，室外温度为Tout，P 为电采暖设备的额定功率，为效率，利用全响应三要素法和电路叠加定理，类比求出加热模型如式①，保温过程模型如式②；。...
【技术特征摘要】
1.一种电采暖设备的加热特性建模与能效评估方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）建立电采暖设备的加热特性模型：由于加热区间较小，认为加热及保温过程中各项热力学参数恒定不变，加热及保温过程中，房屋状态不变，不存在干扰因素；（2）建立电采暖设备加热保温过程模型：描述配置电采暖设备的房屋空间的热力学过程；采用等效类比法求解给出的电采暖设备加热保温模型，在将原模型等效为一阶电路模型后，运用电工学知识，求解该模型，进而求解原热力学模型；（3）电采暖设备能效评估：结合用户实际使用体验和电器本身特性，参考生活用电器效用的概念及评估方法，电采暖设备属于一种蓄冷蓄热型设备，其效用的描述函数为：其中，Tl和Th分别是预期温度的下限阈值和上限阈值，Tt为时刻t的实际效果温度,若Tt在[Tl,Th]的范围内,则温度效用为1,当Tt<Tl或Tt>Th时,温度效用值的下降，下降速度由参数ε决定,ε∈(0,1]；基于效用函数，再结合电采暖设备的使用状态，进行能效等级的分级评估；（4）求出加热特性模型以及加热保温过程模型表达式：设室内初始温度为Tin0，室外温度为Tout，P为电采暖设备的额定功率，为效率，利用全响应三要素法和电路叠加定理，类比求出加...
【专利技术属性】
技术研发人员：何光宇，王彬，何果红，何勃兴，
申请(专利权)人：上海上塔软件开发有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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