CN101308049A - 双管热能分配收费网络系统 - Google Patents

Abstract

双管热能分配收费网络系统，属于建筑集中供暖分户计量技术领域。包括每户温度采集器(2)、三通阀(3)、智能分配器(7)、单元仪表(1)、热能总表(5)、层间温度采集器(8)、计算机监控中心(6)，三通阀(3)安装在每户入水管处，每户温度采集器(2)分别安装在每户的入、回水管上，三通阀(3)与每户温度采集器(2)相连，单元仪表(1)安装在楼内与每户温度采集器(2)、层间温度采集器(8)及智能分配器(7)相连，热能总表(5)与智能分配器(7)相连，计算机监控中心(6)与智能分配器(7)相连。具有用户热能动态分配、无流量计，系统稳定可靠、维护简单、节能效果显著等优点。

Description

双管热能分配收费网络系统

技术领域

双管热能分配收费网络系统，属于建筑集中供暖分户计量技术领域。

背景技术

目前，我国集中供热系统主要分为单管串联和双管并联两种连接方式，供热市场存在的主要问题有：

1、能源的巨额浪费。随着人民生活水平的提高，建筑能耗增长迅猛，其中采暖、空调能耗约占总建筑能耗的60～70％。我国目前集中供热采暖综合效率偏低，从锅炉房到建筑物之间，制热和配送的综合热效率约为45-70％，而输送过程的热损失在8-15％以上，远远低于丹麦82％的热效率。我国北方地区的既有建筑中50％以上是非节能建筑，平均耗能是发达国家的3倍；供热设施严重老化，其损失的热能占总供热的30％；我国目前没有有效的温控阀，用户只能开窗调节室温，仅此一项浪费的热量占供热总量的7％。目前，供暖是按住房面积收费，用多用少交费一样，对热不存在精确的计量，老百姓主动节能意识很淡薄。

2、供热单位收费困难，同时也激化供需双方的矛盾。现行的“大锅饭”供热体制流经之处，不管交没交费，都可以享受“一视同仁”的供暖；不管需不需要供暖，都必须按住房的建筑面积交费。北京一年供暖总费用大约在20亿元左右，拖欠的费用则在4亿元，占到20％，和住房的空置率成正比。收费困难导致供暖部门严重亏损，我国目前热电厂的亏损面积高达90％以上。

目前国内同类热计量产品存在的缺点有：

1.产品的维护问题无法解决，如电池的更换、维修，不能有明确的责任人负责；

2.无法解决目前收费难的问题；

3.对楼宇间的热平衡有影响。

4.机械式流量计容易堵塞，影响用户取暖。

5.机械式流量计长时间运行磨损严重，造成计量误差大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，根据热能具有传导性的特点，设计一种能较准确的实现分户计量，室内温度调节，楼宇热分配和楼宇热平衡、供热网调度、远程监控、用户管理、有效减少热能浪费，实现远程自动监控和智能化管理的双管热能分配收费网络系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该包括每户温度采集器、三通阀、智能分配器、单元仪表、热能总表、层间温度采集器、计算机监控中心，三通阀安装在每户入水管处，每户温度采集器分别安装在每户的入、回水管上，三通阀与每户温度采集器相连，单元仪表安装在楼内与每户温度采集器、层间温度采集器及智能分配器相连，热能总表与智能分配器相连，计算机监控中心与智能分配器相连。

三通阀为电动三通阀。

三通阀为手动三通阀。

温度采集器包括时钟芯片、按键输入、拨码开关、温度传感器、单片机、RS485接口、LED状态指示、电动机驱动电路、电动三通阀，时钟芯片、按键输入、拨码开关、温度传感器分别与单片机相连，单片机分别与LED状态指示、电动机驱动电路相连，电动机驱动电路与电动三通阀相连，RS485接口与单片机互联。

单元仪表包括串口0、串口1、处理器、RTC时钟模块、LPC单片机、LED数码管显示模块、铁电数据存储器E2PROM、拨码开关、射频卡读写模块，温度采集器与串口0互联，串口0与处理器互联，智能分配器与串口1互联，串口1与处理器互联，RTC时钟模块、铁电数据存储器E2PR0M、LPC单片机分别与处理器互联，拨码开关与处理器相连，LPC单片机与射频卡读写模块互联，LPC单片机与LED数码管显示模块相连。

智能分配器包括CPU、RTC时钟、地址拨码开关、GSM收发模块、铁电数据存储器E2PR0M、多个RS485接口，RTC时钟、地址拨码开关分别与CPU相连，GSM收发模块、铁电数据存储器E2PROM、多个RS485接口分别与CPU互联。

智能分配器根据用户设定的抄取时间间隔，下发指令要求各单元仪表上报各单元各户的热能当量，把各单元各户的热能当量相加，得到总的热能当量值，智能分配器抄取热量总表的热能，此热能为本智能分配器控制下各单元各户的实际用热量，智能分配器用实际总热能除以抄取的当量热能，得到热能分配系数，各户的热能当量乘以热能分配系数便得到各户的分配热能。

单元仪表采集各温度采集器的温度，得出本单元的热能分配值，智能分配器根据用户设定的抄表时间间隔，下发指令要求各单元仪表上报各单元各户的热焓差，根据各户的总的焓差，单元仪表读取存储在铁电数据存储器E2PROM中各户的流量系数得到各户的热能分配当量，单元仪表可以自动将各户的热能分配当量上报给智能分配器，单元仪表还可以接收智能分配器下发的各户的分配热能，并可以存储各户的分配热能供用户查询。

工作原理：

双管系统由入水温度和出水温度采集器、三通阀、智能分配器、单元仪表、热能总表、计算机监控中心等组成。

热分配是把热计量的核心要素——流量和温度引入到热分配中，作为热分配的依据，在供暖系统满足一定条件时，按楼宇总表分配热能。

温度采集器实时采集入、出水温度，通过计算得到热焓值；在系统安装时计算出用户流量比例系数，并输入到智能分配器中；在系统运行时，智能分配器读取总表的热能和流量，同时从温度采集器中获得温度系数，分配器按照流量系数和温度系数把热能分配到各用户。

与现有技术相比，本发明双管热能分配收费网络系统所具有的有益效果是：从整个供热系统来考虑解决供热节能与分户热计量问题，以楼宇总表热计量为依据、用户热能动态分配；无流量计，系统稳定可靠、维护简单；层间热平衡调节、楼宇平衡、室内温度调节；楼宇总表热计量，用户热能动态分配；实时用户热能查询、可扩展为远程抄表、远程监控；节能效果显著。

图1是实施例的系统安装结构示意图；

图2是实施例的温度采集器电路原理框图；

图3是实施例的单元仪表电路原理框图；

图4是实施例的智能分配器电路原理框图；

图5是实施例的智能分配器流程框图；

图6是实施例的单元仪表流程框图

图7是实施例的单元仪表电路原理图；

图8是实施例的智能分配器电路原理图。

图1中：1单元仪表2每户温度采集器3三通阀4散热器5热能总表6计算机监控中心7智能分配器8层间温度采集器。

图7-8中：U1、U8ARM7处理器  U2-U3、U10-U11RS232接口电平转换芯片U4、U9铁电数据存储器E2PROM  U5LPC系列单片机  U6射频卡读写集成芯片  U7是键盘数目管驱动专用集成芯片  SMP1 SIM卡座  R1-R24电阻C1-C29电容  EC1-EC4电解电容  Y1-Y2晶体振荡器  DS1-DS2LED数码管PU1-PU2是开关电源  S1拨码开关。

具体实施方式

如图1所示：

本发明双管热能分配收费网络系统由单元仪表1、每户温度采集器2、三通阀3、散热器4、热能总表5、计算机监控中心6、智能分配器7、层间温度采集器8组成。三通阀3安装在每户入水管处，每户温度采集器2分别安装在每户的入、回水管上，三通阀3与每户温度采集器2相连，单元仪表1安装在楼内与每户温度采集器2、层间温度采集器8及智能分配器7相连，热能总表5与智能分配器7相连，计算机监控中心6与智能分配器7相连。

三通阀3为电动三通阀。

三通阀还可以采用手动三通阀。

如图2所示：

温度采集器2和8包括时钟芯片、按键输入、拨码开关、温度传感器、单片机、RS485接口、LED状态指示、电动机驱动电路、电动三通阀，时钟芯片、按键输入、拨码开关、温度传感器分别与单片机相连，单片机分别与LED状态指示、电动机驱动电路相连，电动机驱动电路与电动三通阀相连，RS485接口与单片机互联。

如图3所示：

单元仪表1包括串口0、串口1、处理器、RTC时钟模块、LPC单片机、LED数码管显示模块、铁电数据存储器E2PROM、拨码开关、射频卡读写模块，温度采集器与串口0互联，串口0与处理器互联，智能分配器与串口1互联，串口1与处理器互联，RTC时钟模块、铁电数据存储器E2PROM、LPC单片机分别与处理器互联，拨码开关与处理器相连，LPC单片机与射频卡读写模块互联，LPC单片机与LED数码管显示模块相连。

如图4所示：

智能分配器7包括CPU、RTC时钟、地址拨码开关、GSM收发模块、铁电数据存储器E2PROM、多个RS485接口，RTC时钟、地址拨码开关分别与CPU相连，GSM收发模块、铁电数据存储器E2PROM、多个RS485接口分别与CPU互联。

如图5所示：

智能分配器根据用户设定的抄取时间间隔，下发指令要求各单元仪表上报各单元各户的热能当量，把各单元各户的热能当量相加，得到总的热能当量值，智能分配器抄取热量总表的热能，此热能为本智能分配器控制下各单元各户的实际用热量，智能分配器用实际总热能除以抄取的当量热能，得到热能分配系数，各户的热能当量乘以热能分配系数便得到各户的分配热能。

如图6所示：

单元仪表采集各温度采集器的温度，得出本单元的热能分配值，智能分配器根据用户设定的抄表时间间隔，下发指令要求各单元仪表上报各单元各户的热焓差，根据各户的总的焓差，单元仪表读取存储在铁电数据存储器E2PROM中各户的流量系数得到各户的热能分配当量，单元仪表可以自动将各户的热能分配当量上报给智能分配器，单元仪表还可以接收智能分配器下发的各户的分配热能，并可以存储各户的分配热能供用户查询。

如图7所示：

单元仪表电路原理图：

U1是CPU处理器部分：本部分由U1是ARM7处理器、U2-U3是RS232接口电平转换芯片、U4是铁电数据存储器E2PROM、U5LPC系列单片机、U6是射频卡读写集成芯片、U7是键盘数目管驱动专用集成芯片、R1-R10是电阻、C1-C16是磁片电容、EC1-C4是电解电容、DS1-DS2是LED数码管、Y1是晶体振荡电路，为处理器提供振荡时钟、PU1是开关电源电路。

U1具有两个标准的串行控制器，RXD0和TXD0用来与外部温度采集器进行通讯，RXD1和TXD1负责于智能分配器，进行通讯，同时U1通过外部的GPIO和八位处理器U5进行数据交换。同时U1的SDA和SCL组成标准的I2C数据总线，用来读取和存储数据，这些数据包括各户的流量分配系数和各户的采取热能，和分配热能。U5通过SPI总线和U6通讯，用来读取外部的射频卡，同时通过U2自带的I2C数据总线控制U7数目管驱动电路，控制数码管DS1-DS8的显示。

如图8所示：

智能分配器电路原理图：

U8是CPU处理器部分：本部分由U1是ARM7处理器、U10-U11是RS232接口电平转换芯片、U9是铁电数据存储器E2PROM、CON1是40管脚的数据排线接口，用来连接西门子数据模块TC35、SMP1是标准的SIM卡座、R13-R24是电阻、C17-C29是磁片电容、EC3-C4是电解电容、Y2是晶体振荡电路，为处理器提供振荡时钟、PU2是开关电源电路、S1是拨码开关，用来标志热烈分配器的通讯地址、U1具有两个标准的串行控制器，RXD0和TXD0用来与单元仪表进行通讯，RXD1和TXD1负责于热量总表进行数据通讯。U1通过扩展的串行接口和西门子GSM模块TC35i进行数据交换，通过GSM网络，和远程计算机中断，通过SMS方式进行数据交换。

同时U1的SDA和SCL组成标准的I2C数据总线，用来读取和存储数据，这些数据包括各户的流量分配系数和各户的采取热能，和分配热能。

工作过程：

双管系统由温度采集器，包括入水温度和出水温度采集器、单元仪表、流量分配仪、三通阀、热能总表等组成。整个工作过程由智能分配器控制，智能分配器读取时钟芯片的当前时间，如果超过设定的工作时间，智能分配器控制单元仪表，抄取各户的温度和焓值，同时读取热量总表的总耗热能，根据热能分配法，分配各户的热能，下发到各单元表，同时智能分配器，负责通过GSM网络和远程计算机终端，进行数据交换，上报各户的当前温度、瞬时热能、总累计热能等数据，同时接收远程计算机终端的指令。控制单元表进行数据交换。

Claims (8)

1、双管热能分配收费网络系统，其特征在于：包括每户温度采集器(2)、三通阀(3)、智能分配器(7)、单元仪表(1)、热能总表(5)、层间温度采集器(8)、计算机监控中心(6)，三通阀(3)安装在每户入水管处，每户温度采集器(2)分别安装在每户的入、回水管上，三通阀(3)与每户温度采集器(2)相连，单元仪表(1)安装在楼内与每户温度采集器(2)、层间温度采集器(8)及智能分配器(7)相连，热能总表(5)与智能分配器(7)相连，计算机监控中心(6)与智能分配器(7)相连。

2、根据权利要求1所述的双管热能分配收费网络系统，其特征在于：三通阀(3)为电动三通阀。

3、根据权利要求1所述的双管热能分配收费网络系统，其特征在于：三通阀(3)为手动三通阀。

4、根据权利要求1所述的双管热能分配收费网络系统，其特征在于：温度采集器(2、8)包括时钟芯片、按键输入、拨码开关、温度传感器、单片机、RS485接口、LED状态指示、电动机驱动电路、电动三通阀，时钟芯片、按键输入、拨码开关、温度传感器分别与单片机相连，单片机分别与LED状态指示、电动机驱动电路相连，电动机驱动电路与电动三通阀相连，RS485接口与单片机互联。

5、根据权利要求1所述的双管热能分配收费网络系统，其特征在于：单元仪表(1)包括串口0、串口1、处理器、RTC时钟模块、LPC单片机、LED数码管显示模块、铁电数据存储器E2PROM、拨码开关、射频卡读写模块，温度采集器与串口0互联，串口0与处理器互联，智能分配器与串口1互联，串口1与处理器互联，RTC时钟模块、铁电数据存储器E2PROM、LPC单片机分别与处理器互联，拨码开关与处理器相连，LPC单片机与射频卡读写模块互联，LPC单片机与LED数码管显示模块相连。

6、根据权利要求4所述的双管热能分配收费网络系统，其特征在于：智能分配器(7)包括CPU、RTC时钟、地址拨码开关、GSM收发模块、铁电数据存储器E2PROM、多个RS485接口，RTC时钟、地址拨码开关分别与CPU相连，GSM收发模块、铁电数据存储器E2PROM、多个RS485接口分别与CPU互联。

7、根据权利要求1或6所述的双管热能分配收费网络系统，其特征在于：智能分配器根据用户设定的抄取时间间隔，下发指令要求各单元仪表上报各单元各户的热能当量，把各单元各户的热能当量相加，得到总的热能当量值，智能分配器抄取热量总表的热能，此热能为本智能分配器控制下各单元各户的实际用热量，智能分配器用实际总热能除以抄取的当量热能，得到热能分配系数，各户的热能当量乘以热能分配系数便得到各户的分配热能。

8、根据权利要求1所述的双管热能分配收费网络系统，其特征在于：单元仪表采集各温度采集器的温度，得出本单元的热能分配值，智能分配器根据用户设定的抄表时间间隔，下发指令要求各单元仪表上报各单元各户的热焓差，根据各户的总的焓差，单元仪表读取存储在铁电数据存储器E2PROM中各户的流量系数得到各户的热能分配当量，单元仪表可以自动将各户的热能分配当量上报给智能分配器，单元仪表还可以接收智能分配器下发的各户的分配热能，并可以存储各户的分配热能供用户查询。

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