(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111347042.9 (22)申请日 2021.11.15 (71)申请人 国网湖北省电力有限公司电力科 学 研究院 地址 430077 湖北省武汉市洪山区徐 东大 街227号 申请人 国家电网有限公司 (72)发明人 郑景文　凌在汛　崔一铂　周忠涛　 蔡万里　郭雨　康逸群　 (74)专利代理 机构 武汉楚天专利事务所 421 13 代理人 孔敏 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06Q 50/06(2012.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 一种考虑负荷与系统性能随机性的地表水 源热泵系统能耗预测方法 (57)摘要 本发明提供一种考虑负荷与系统性能随机 性的地表水源 热泵系统能耗预测方法， 包括如下 步骤： (1)收集地表水源热泵系统能耗预测所需 数据资料； (2)归类分析影响地表水源热泵系统 能耗预测的不确定性因素， 确定各个不确定性参 数的概率密度函数； (3)利用抽样法取样， 产生所 有不确定性参数样本； (4)建立建筑物理模型与 地表水源热泵系统模拟平台； (5)基于Monte   Carlo法， 将样本集输入建筑物理模型， 获取建筑 全年逐时冷热负荷集； (6)将负荷集与系统不确 定性参数样 本输入地表水源热泵系统模拟平台， 预测地表水源 热泵系统能耗分布。 本发明全面考 虑地表水源热泵系统能耗计算过程中的不确定 性因素预测地表水源热泵系统能耗， 提高预测的 可靠性， 为地表水源热泵系统性能评估和设计优 化等提供技术支持。 权利要求书3页 说明书12页 附图2页 CN 114169577 A 2022.03.11 CN 114169577 A 1.一种考虑建筑负荷与系统性 能不确定性的地表水源热泵系统能耗预测方法， 其特征 在于， 包括如下步骤： (1)收集地表水源热泵系统能耗预测所需数据资料， 所述数据资料包括气象数据、 建筑 设计数据、 地表水源热泵系统数据以及地表水文资料； (2)分析地表水源热泵系统能耗预测过程中的不确定性来源， 分为负荷侧不确定性和 系统侧不确定性， 分析各不确定性参数属 性， 选择合适的分布进行量化并确定概率密度函 数； (3)基于步骤(2)确定的概率密度 函数， 采用抽样法取样， 产 生步骤(2)中所有不确定性 参数样本； (4)根据步骤(1)中收集的数据资料， 搭建建筑物理模型与地表水源热泵系统模拟平 台； (5)将步骤(3)中影响建筑负荷预测结果的不确定性参数样本导入步骤(4)所建立的建 筑物理模型中， 基于 Monte Carlo量化方法， 计算建筑全年逐时冷热负荷， 获得负荷样本集； (6)将步骤(5)产生的负荷样本与 步骤(3)中系统侧不确定性参数样本输入到地表水源 热泵系统模拟平台， 根据地表水源热泵系统能耗模型 预测地表水源热泵系统全年能耗。 2.如权利要求1所述的一种考虑建筑负荷与系统性 能不确定性的地表水源热泵系统能 耗预测方法， 其特征在于： 所述气象数据包括当地典型气象年和历史空气 干球温度、 湿球温 度、 太阳辐射； 所述建筑设计数据包括建筑面积、 楼层数、 建筑功能、 建筑布局、 窗墙比、 墙体 与窗户材料、 室内人员与设备密度参数； 所述地表水源热泵系统数据包括机组性能参数、 水 泵效率； 所述 地表水文资料包括 不同深度全年水温数据。 3.如权利要求1所述的一种考虑建筑负荷与系统性 能不确定性的地表水源热泵系统能 耗预测方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 所述不确定性参数具体包括室外气象参数、 围护结构 物性参数、 室内热扰、 通风量及渗透风量、 室内空气状态参数和系统设备性能参数， 其中室 外气象参数包括室外空气 干球温度、 室外空气相对湿度、 太阳辐射， 围护结构物性参数包括 屋面U值、 外墙U值、 窗户U值与窗户太阳得热系数， 室内热扰包括人员密度、 灯光密度、 设备 密度， 室内空气 状态参数包括夏季室内温度设计值、 夏季室内相对湿度设计值、 夏季室内相 对湿度设计值、 冬季室内相对湿度设计值， 系统设备性能参数包括水泵效率、 机组效率。 4.如权利要求3所述的一种考虑建筑负荷与系统性 能不确定性的地表水源热泵系统能 耗预测方法， 其特征在于， 步骤(2)中分析各不确定性参数属性， 选择合适的分布进行量化 并确定概率密度函数具体为： 将室外空气干球温度、 室外空气湿球温度、 太阳辐射、 夏季室 内温度设计值、 夏季室内相对湿度设计值、 冬季室内温度设计值、 冬季室内相对湿度设计 值、 建筑朝向、 热泵机组夏季额定制冷系 数和热泵机组冬季额定制热系 数指定为服从正态 分布并给定概率密度函数， 将室内人员密度、 灯光密度、 设备密度、 通风量、 水泵效率指 定为 服从三角分布并给定概率密度函数， 将渗透风量、 屋面U值、 外墙U值、 窗户U值与窗户太阳能 得热系数指定为 服从均匀分布并给定概 率密度函数。 5.如权利要求1所述的一种考虑建筑负荷与系统性 能不确定性的地表水源热泵系统能 耗预测方法， 其特征在于， 步骤(3)中的抽样法包括简单随机抽样、 系统随机抽样、 分层抽样 以及拉丁超立方抽样。 6.如权利要求1所述的一种考虑建筑负荷与系统性 能不确定性的地表水源热泵系统能权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114169577 A 2耗预测方法， 其特征在于， 步骤(4)中， 建立的建筑物理模型所用软件平台包括TRNSYS、 EnergyPlus、 Openstudio、 DOE ‑2或DesT， 搭建地表水源热泵系统模拟平台的软件包括 TRNSYS、 MATLAB或Dymo la。 7.如权利要求1所述的一种考虑建筑负荷与系统性 能不确定性的地表水源热泵系统能 耗预测方法， 其特征在于， 所述建筑物理模型用于 建筑冷热负荷计算， 其中热负荷 采用稳态 传热计算， 依据公式(1)～(5)， 冷负荷计算采用冷负荷系数法， 依据公式(6)～(14)： Qh＝Q1+Q2                                    (1) Qj＝α UF(tn‑twn)                                (2) Q1＝Qj(1+βch+βf+βl+βm)(1+βg)(1+βjx)             (3) Q2＝0.278CpLρwn(tn‑twn)                         (4) 式中， Qh为建筑热负荷， W； Q1、 Q2分别为围护结构耗热量与冷风渗透耗热量， W； Qj为围护 结构基本耗热量， W； F为围护结构面积， m2； tn为室内设计温度， ℃； twn为供暖室外计算温度， ℃； U为围护结构的传热系数， W/(m2·K)； α 为围护结构计算温差修正系数； βch、 βf、 βl、 βm、 βg、 βjx分别为朝向修正率、 风力附加率、 两 面外墙修正、 窗墙 面积比过大修正、 高度附加率、 间歇 附加率， Cp为空气的定压比热， Cp＝1.01kJ/(kg·℃)； ρwn为供暖室外计算温度下空气密度， kg/m3； L为渗透冷空气量， m3/h； αn、 αw分别为围护结构内外表面换热系数， W/(m2·K)； δ为围 护结构各层材料厚度， m； λ为围护结构各层材料导热系数， W/(m ·K)； αλ为材料导热系数修 正系数； Rk为封闭空气间层的热阻， m2·K/W； CLc＝CclCCzDJ,maxFC                      (9) Cz＝CwCnCs                            (10) Dτ＝0.01Φnτg                          (14) 式中， CLc、 CLrt、 CLzm、 CLsb分别为外墙传热、 屋面传热、 外窗传 热、 透过玻璃窗进入的太阳辐射得热、 人体散热、 照明散热、 设备散热形成的逐时冷负荷， W； twlq、 twlm、 twlc分别为外墙、 屋面、 外窗逐时冷负荷计算温度， ℃； CclC透过无遮阳标准玻璃太 阳辐射冷负荷系数； Cz为外窗综合遮挡系数； Cw、 Cn、 Cs分别为外遮阳修正系数、 内遮阳修正 系数、 玻璃修正系数； DJ,max为夏季透过标准玻璃窗的最大日射得热系数； FC窗玻璃净面积， m2； 分为人体、 照明、 设备冷负荷系数； Φ为群集系数； Czm、 Csb分别为照明 修正系数、 设备修正系数； Qrt、 Qzm、 Qsb分别为人体、 照明、 设备散热量， W； Dτ为人体散湿量，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114169577 A 3