一种能耗系统中能量损耗的分析方法及系统与流程

本发明涉及集中节能管控技术领域，尤其涉及一种能耗系统中能量损耗的分析方法和系统。

背景技术：

能耗系统是消耗能源的整体装置，在日常生活或生产中应用极其广泛。为了提高能源利用率、加快建设资源节约型社会及促进经济社会全面、协调、可持续发展，需对能耗系统进行节能调控。

在传统的对能耗系统的节能调控中采用的能量平衡分析法中，都是把输出能量(或称能量源值)与输入能量(或称能量有效值)进行对比，即得到能量源值q1和能量有效值q2以及总能量损耗值δq∑，并根据总能量损耗值δq∑与能量源值q1的比值计算得出能量利用率，而对于总能量损耗值δq∑的构成没有进行系统的分析，因此增加了能耗系统的节能管控的实现难度。

技术实现要素：

为了实现上述目的，本发明一方面提供了如下的技术方案：

一种能耗系统中能量损耗的分析方法，其包括：量化步骤，对能耗系统的能量损耗进行量化，获得能耗系统的总能量损耗值δq∑、能量损耗的期望值δq0`和能量损耗的设计值δq0，其中总能量损耗值δq∑等于能量源值q1与能量有效值q2之差；获得步骤，获得能量损耗的有形损耗值δqy，根据设计值δq0与期望值δq0`之差等于无形损耗值δqw得到无形损耗值δqw，根据总能量损耗δq∑等于期望值δq0`、管理损耗值δqg、有形损耗值δqy和无形损耗值δqw之和得到管理损耗值δqg；调控步骤，根据管理损耗值δqg、无形损耗值δqw、有形损耗值δqy在总能量损耗δq∑中的比重，对能耗系统进行节能调控。

在如上所述的分析方法中，优选地，所述调控步骤具体包括：依据管理损耗值δqg、无形损耗值δqw、有形损耗值δqy在总能量损耗δq∑中的比重形成能耗分析报告，用户依据能耗分析报告作出调控决策：若管理损耗值δqg所占比重较大，则需要调整优化管理策略以对能耗系统进行调控；若有形损耗值δqy所占比重较大，则需要检修设备或更换配件以对能耗系统进行调控；若无形损耗δqw所占比重较大，则需要引进新技术以对能耗系统进行调控。

在如上所述的分析方法中，优选地，所述能耗系统为供热管网管道。

另一方面还提供了一种能耗系统中能量损耗的分析系统，其包括：实时数据模块、历史数据模块、环境数据模块、数据库模块、数据处理中心、管理损耗模块、优化环节、有形损耗模块、维修环节、无形损耗模块、改造环节和终端显示平台；其中，所述实时数据模块与所述数据库模块连接，用于收集所述能耗系统的中间环节装置中各设备当前数据；所述历史数据模块与所述数据库模块连接，用于收集所述中间环节装置中各设备过去数据；所述环境数据模块与所述数据库模块连接，用于收集引起系统偏离期望的数据；所述数据处理中心与所述数据库模块连接，负责从所述数据库模块中调取数据，进行相应的数据挖掘、计算、分析、预测，按照能量损耗的定义，分析出整个能耗系统中管理损耗、有形损耗、无形损耗在总能量损耗中的比重，并对应输送至所述管理损耗模块、有形损耗模块和无形损耗模块；用户根据各损耗模块的显示结果及损耗性质进入相应的优化环节、维修环节、改造环节，其中，所述优化环节为通过调整优化管理策略以对所述能耗系统进行调控，所述维修环节为通过检修设备或更换配件以对所述能耗系统进行调控，改造环节为通过需要引进新技术以对所述能耗系统进行调控；所述终端显示平台是所述分析系统的显示终端，用于系统数据的查看、统计、打印、报表。

在如上所述的分析系统中，优选地，所述能耗分析系统还包括：云平台，所述云平台分别与所述实时数据模块、所述历史数据模块和所述环境数据模块连接，还与所述数据库模块连接，用于将各数据模块收集的数据输送至所述数据库模块。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

通过对量化的能量损耗进行分析，得到总能量损耗值、期望值和设计值，然后按照管理损耗、有形技术损耗、无形技术损耗的数量(即总量评价法)、占比(即比例评价法)来评价节能管控对象，并根据占比的变化程度、劣化的程度，反映能量损耗的现状和三个不同方向的节能空间，用于决策或辅助决策，实现节能管控，降低了节能管控的实现难度。

解决了目前国内外对于管理损耗缺乏研究造成系统能耗偏离应有水平的问题。完善了能耗系统评价体系，明确了能耗系统节能潜力的方向、性质和空间，并能将管理效益量化，为能耗企业决策提供有力的技术支持。用了新的能耗管理理论，结合闭环反馈的手段，通过远程数据平台，实现了集中节能管控。

附图说明

图1为本发明提供的一种能耗系统框架图；

图2为本发明提供的一种能量损耗分析方法的流程图；

图3为本发明提供的一种能量损耗分析系统框架图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不限制本发明的范围。

参见图1，能耗系统包括能量源1、耗能端2和中间环节装置3，中间环节装置3分别与能量源1和耗能端2连接，以将能量源1产生的输出能量(或称能量源值)传递给耗能端2。经中间环节装置3的传递，例如在传递过程中发生了能量转换，耗能端2接收的输入能量(或称能量有效值)小于能量源1的输出能量，输出能量q1和有效能量q2的差值(或称能量源值和能量有效值之差)为该能耗系统的总能量损耗值δq∑。为了便于实现节能管控，需要对总能量损耗进行分析，为此，本发明提供了一种能耗系统中能量损耗的分析方法，参见图2，其包括如下步骤：

量化步骤s1，对能耗系统的能量损耗进行量化，获得能耗系统的总能量损耗值δq∑、能量损耗的期望值δq0`和能量损耗的设计值δq0，其中总能量损耗值δq∑等于能量源值q1与能量有效值q2之差。

能耗系统的总能量损耗δq∑的获得可以通过先获得能量源值q1和能量有效值q2，再根据公式δq∑＝q1-q2得到；还可以通过直接测量计算的方法获得，本实施例对此不进行限定。能量源值q1和能量有效值q2的获得可以通过测量、测量计算、理论计算等方法得到。

能量损耗的期望值δq0`为能耗系统在当前先进技术的条件下所能达到的极限最小值，也就是说，能量损耗的期望值δq0`为能耗系统所处行业的先进值。对能耗系统来说，理想条件下，先进值可取δq0`＝0，在实际的工程应用中，当有新材料、新工艺、新方法可应用于减小能量损耗时，在投资者认为投资规模适当的条件下，通过设计计算可得到期望值δq0`，其为理论计算值。

能量损耗的设计值δq0为能耗系统设计时选取的能量损失值，即能耗系统按能量损耗为δq0进行设计，设计值δq0大于期望值δq0`。一般地，通过工程设计的有关参数(如材质、结构、厚度等)以及通过测量得到环境温度、外表面温度等参数，计算得到设计值δq0，具体的计算公式可参照相应的行业标准规范。

获得步骤s2，获得能量损耗的有形损耗值δqy，根据设计值δq0与期望值δq0`之差等于无形损耗值δqw得到无形损耗值δqw，根据总能量损耗δq∑等于期望值δq0`、管理损耗值δqg、有形损耗值δqy和无形损耗值δqw之和得到管理损耗值δqg。

具体地，根据公式δq0＝δq0`+δqw，得到能量损耗的无形损耗值δqw。无形损耗值δqw的产生来自于无形磨损，表示的是因能耗系统所处行业的技术进步而增加的技术损耗。

能量损耗的有形损耗δqy的获得可以通过公式δqy＝δq0``-δq0获得，δq0``表示的是能耗系统经过一段时间使用后，因其设备自身原因(如老化)，能耗系统的能量损耗相对于设计值δq0发生变化后的值，即经过一段时间使用后，能耗系统的能量损耗相对于设计值δq0增大至δq0``，因此而产生的损耗增加量被称为有形损耗，记为δqy，换言之，有形损耗δqy的产生来自于有形磨损，其表示的是能耗系统相对于历史时间增加的技术损耗。在实际的工程应用中，还可采用直接测量计算法得到有形损耗δqy。

能量损耗的无形损耗和有形损耗合称为技术损耗，即无形损耗值δqw和有形损耗值δqy之和称为技术损耗值δqj。凡因固有形态限制或能量存储、转换及运动原理本身限制而带来的损耗，称为技术损耗。

能量损耗的管理损耗值δqg可以通过公式δq∑＝δq0`+δqw+δqy+δqg获得。假如能耗系统完全按照设计安装并运行，则管理损耗δqg为0，此时，能量损耗等于技术损耗，为设计值δq0。

调控步骤s3，根据管理损耗值δqg、无形损耗值δqw、有形损耗值δqy在总能量损耗δq∑中的比重，对能耗系统进行节能调控。

具体地，依据管理损耗值δqg、无形损耗值δqw、有形损耗值δqy在总能量损耗δq∑中的比重形成能耗分析报告，用户依据能耗分析报告作出调控决策：若管理损耗值δqg所占比重较大，则需要调整优化管理策略以对能耗系统进行调控；若有形损耗值δqy所占比重较大，则需要检修设备或更换配件以对能耗系统进行调控；若无形损耗δqw所占比重较大，则需要引进新技术以对能耗系统进行调控。

本发明通过对量化的能量损耗进行分析，得到总能量损耗值、期望值和设计值，然后按照管理损耗、有形技术损耗、无形技术损耗的数量(即总量评价法)、占比(即比例评价法)来评价节能管控对象，并根据占比的变化程度、劣化的程度，反映能量损耗的现状和三个不同方向的节能空间，用于决策或辅助决策，实现节能管控。本发明提供的能量损耗分析方法，用于解决目前国内外对于管理损耗缺乏研究造成系统能耗偏离应有水平的问题。运用该方法完善能耗系统评价体系，明确能耗系统节能潜力的方向、性质和空间，为能耗企业决策提供有力的技术支持。

作为一种优选实施方式，上述能量损耗分析方法，还可以在决策执行后通过闭环管理实现持续改进的功能。即以调控执行后的结果数据根据数据的不同类别作为本系统的扰动因素来计算条件改变后的能量损耗值，通过这种闭环设计实现持续改进的功能。在一个闭环管理过程里，作为决策者，可根据前次节能分析报告执行相应环节即可改变相应损耗的量值，根据该损耗的量值的变化情况来判断执行环节的有效性，并通过多次执行相应环节直到相应损耗的量值达到预期目标值为止。

以能耗系统为集中供热系统为例进行说明，则能量源1为热源，耗能端2为热用户，中间环节装置3为供热管网，其总能量损耗按照渠道不同可分为：散热损耗、补水耗热损耗、管网失调热损耗、换热损耗、耗电损耗等，可以通过对各个损耗对应的中间环节装置进行控制以完成节能管控。实际上，从节能管控的角度，以上例举的这些损耗都可以看作由技术损耗和管理损耗组成。例如，管道的散热损耗，一部分损耗由保温材料的特性以及设计所采取的保温方式决定，这种技术损耗具有技术客观性，常常被称为设计值。下面以散热损耗对应的供热管网管道为例对能量损耗分析方法进行说明：

1)采用标准规范《供热管道保温结构散热损失测试与保温效果评定方法(cj/t140-2001)》提供的公式δq∑＝0.278g(c1t1-c2t2)计算得到供热管网管道的总能量损耗值δq∑；

其中g为热水质量流量，单位为kg/h；c1，c2为据热水温度表查得的被侧供热管网管道进出口热水比热容，单位为kj/(kg﹒k)；t1、t2为被测供热管网管道进出口热水温度，单位为k，该公式对应的供热管网管道为热水介质供热管网管道。

2)查供热管网管道的设计值、行业先进值，得到散热损耗的设计值δq0和散热损耗的期望值δq0`，通过δqw＝δq0-δq0`，计算得到无形损耗值δqw；

设计值δq0还可以通过工程设计的有关参数(如保温材质、厚度、结构等)以及通过测量得到环境温度、外表面温度等参数，计算得到设计值δq0，具体的计算公式可参照相应的行业标准规范。

3)根据能耗系统(即供热管网管道)所处的环境条件、使用年限等因素，通过取样测量计算散热损耗的设计值δq0``(供热管网管道经过一段时间使用后，因管道所用保温材料的自然老化，使得管道的散热损耗相对于设计值δq0增大至δq0``，该设计值δq0``可称为当前设计值，设计值δq0称为初始设计值)，通过δqy＝δq0``-δq0计算得到有形损耗值δqy；

在实际的工程应用中，可采用测量计算法得到有形损耗δqy，可采用的方法包括表面温度法、温差法、热流计法等，方法中涉及的公式可参照标准规范《gb/t8175-2008设备及管道绝热设计导则》。

4)通过δq∑＝δq0`+δqw+δqy+δqg，计算得到管理损耗值δqg；

5)结合历史数据，分析出整个系统中管理损耗δqg、有形技术损耗δqy、无形技术损耗δqw的数量、占比，反映能量损耗的现状、在不同时段的变化过程和三个不同方向的节能空间，得到能耗分析报告；

6)用户依据能耗分析报告完成合理决策。

需要说明的是，对于本领域的技术人员来说，对供热管网管道的散热损耗进行分析的方法还同样适用于集中供热系统的其他损耗对应的中间环节装置，也同样适用于其他能耗系统，本实施例对此不进行限定。

本发明还提供了一种能量损耗分析系统，如图3所示，其包括：实时数据模块、历史数据模块、环境数据模块、数据库模块、数据处理中心、管理损耗模块、优化环节、有形损耗模块、维修环节、无形损耗模块、改造环节和终端显示平台。

实时数据模块与数据库模块连接，用于收集能耗系统的中间环节装置中各设备当前数据。历史数据模块与数据库模块连接，用于收集中间环节装置中各设备过去数据。环境数据模块与数据库模块连接，用于收集引起系统偏离期望的数据，可通过预先设定、手工录入、对外数据接口得到，其包括社会数据和扰动因素，社会数据可以为行业先进值、期望值、新设备环境下的基础数据。扰动因素为节能调控执行后的结果数据，即以调控执行后的结果数据根据数据的不同类别作为本系统的扰动因素。

数据处理中心与数据库模块连接，其为整个系统核心之所在，负责从数据库模块中调取数据，进行相应的数据挖掘、计算、分析、预测，按照前述的能量损耗的定义，分析出整个系统中管理损耗、有形损耗、无行损耗在总能量损耗中的比重，并对应输送至管理损耗模块、有形损耗模块和无形损耗模块。用户根据各损耗模块的显示结果及损耗性质进入相应的优化、维修、改造执行环节，关于根据损耗性质进入相应的优化、维修、改造执行环节的描述可参见上述步骤s3中的内容，此处不再一一赘述。各执行环节为本系统的子系统，接受手工录入调整数据后由决策触发，以执行后的结果数据根据数据的不同类别作为本系统的扰动数据来计算条件改变后的能量损耗值，通过这种闭环设计实现持续改进的功能。终端显示平台是本系统的显示终端，用于系统数据的查看、统计、打印、报表。

为了便于远程控制，能耗分析系统还包括：云平台(或称远程数据平台)，云平台分别与有形损耗数据模块、无形损耗数据模块和管理损耗数据模块连接，还与数据库模块连接，用于将各损耗数据模块收集的数据输送至数据库模块。

综上所述，本发明通过对量化的能量损耗进行分析，得到总能量损耗值、期望值和设计值，然后按照管理损耗、有形技术损耗、无形技术损耗的数量(即总量评价法)、占比(即比例评价法)来评价节能管控对象，并根据占比的变化程度、劣化的程度，反映能量损耗的现状和三个不同方向的节能空间，用于决策或辅助决策，实现节能管控，降低了节能管控的实现难度。

解决了目前国内外对于管理损耗缺乏研究造成系统能耗偏离应有水平的问题。完善了能耗系统评价体系，明确了能耗系统节能潜力的方向、性质和空间，并能将管理效益量化，为能耗企业决策提供有力的技术支持。用了新的能耗管理理论，结合闭环反馈的手段，通过远程数据平台，实现了集中节能管控。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。