CN101308050B - 单管热能分配收费网络系统 - Google Patents

Abstract

单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。包括测控阀(3)、温度采集器(5)、单元仪表(1)、智能分配器(8)、数据接收器(2)、热能总表(6)、计算机监控中心(7)，测控阀(3)安装在每组散热片(4)的前端，数据接收器(2)安装在单元内，温度采集器(5)安装在每根立管的末端，单元仪表(1)安装在楼内，热能总表(6)与智能分配器(8)相连，计算机监控中心(7)与智能分配器(8)相连。具有对单管供暖系统无需改动管网结构，可直接安装使用；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、远程监控节能效果显著。

Description

单管热能分配收费网络系统

技术领域

单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：

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。

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、仅能在新建楼双管供暖系统使用，而占85％的既有住宅单管串联供暖系统无法使用；

2、对楼宇间的热平衡有影响。

国外热分配产品虽能解决单管系统的热计量。但也存在以下问题：

1、计算复杂，数据不实时、不直观，老百姓看不懂；

2、数据计算将产生二次费用，时间成本和货币成本都很高。

另外，我们知道，国家推进供热计量的主要目的是为了节能，而目前市场上的大部分产品仅有计量的概念而没有考虑到节能。

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、有效减少热能浪费(节能达30％以上)，实现远程自动监控和智能化管理的计算机网络系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该单管热能分配收费网络系统，其特征在于：包括测控阀、温度采集器、单元仪表、智能分配器、数据接收器、热能总表、计算机监控中心，测控阀安装在每组散热片的前端，数据接收器安装在单元内，温度采集器安装在每根立管的末端，单元仪表安装在楼内，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。

测控阀为三通阀，温度采集器置于三通阀内；

温度采集器包括温度传感器、时钟芯片、按键输入、拨码开关、单片机、RS485接口、LED状态指示、无线收发模块，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，单片机与无线收发模块、LED状态指示相连，RS485接口与单片机互联。

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EEPROM、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EEPROM、RS485接口分别与CPU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EEPROM、拨码开关、射频卡读写模块，串口0与数据接收器互联，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EEPROMLPC、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。

温度采集器，负责采集各户每散热片的入水温度和出水温度，并且根据温度查表得出各户的热焓差，计算出温度系数，根据设定采集一次当前温度，根据温度得到热水的焓值和密度(约各100个数值)，根据焓值和密度两个参数的乘积，把一天当中所有数据求平均值得到温度系数。

智能分配器实时采集热能总表的流量和热能，按照流量系数和温度系数把热能分配到各户中，利用GSM的SMS方式实时上报本单元总消耗热能和辖内各户消耗热能。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，得到总的热能当量值，同时抄取热能总表的热能，用热能总表的总热能，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总的热能，智能分配器，将各户的分配热能通过RS485总线下发各单元表的分配热能。

工作原理：

热分配原理：

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，通过计算得到温度系数；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，单管热能分配收费网络系统可以满足既有住宅单管供暖系统分户计量与节能改造。该方案是从整个供热系统来解决供热节能与分户计量问题，具有计量准确、节能显著、热量分配平衡合理、系统可靠、实现远程自动监控和智能化管理。

1、对单管供暖系统无需改动管网结构，可直接安装使用。

2、无流量计、系统稳定可靠、维护简单。

3、层间热平衡调节、楼宇平衡、室内温度调节；

4、楼宇总表热计量，用户热能动态分配；

5、实时用户热能查询、可扩展为远程抄表、远程监控；

6、节能效果显著。

附图说明

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是实施例的智能分配器电路原理框图；

图4是实施例的单元仪表电路原理框图；

图5是实施例的温度采集器流程框图；

图6是实施例的单元仪表流程框图；

图7是实施例的智能分配器流程框图；

图8是实施例的无线发送电路原理图；

图9是实施例的无线接收电路原理图；

图10是实施例的单元仪表电路原理图；

图11是实施例的智能分配器电路原理图。

图1-11是本发明的最近爱实施例。

图1中：1单元仪表2数据接收器3测控阀4散热片5温度采集器6热能总表7计算机监控中心8智能分配器。

图8-11中：U1、U8CPU处理器U2-U3RS232接口电平转换芯片U5LPC系列单片机U6射频卡读写集成芯片U7键盘数目管驱动专用集成芯片U4、U9、U17铁电数据存储器EEPROM  U10-U11RS232接口电平转换芯片U12无线发送模块处理器U13无线发送模块U14无线接收模块处理器U15无线接收模块U16RS485总线转换模块R1-R29电阻C1-C29电容EC1-EC6电解电容Y1-Y6晶体振荡器K1-K2电磁继电器Q1-Q2三极管DS1-DS2LED数码管PU1-PU2开关电源S1拨码开关D1-D2接线端子LED1发光二极管LL1-LL3电感D01稳压管。

具体实施方式

如图1所示：

本发明的单管热能分配收费网络系统，主要包括测控阀3、温度采集器5、单元仪表1、智能分配器8、数据接收器2、热能总表6、计算机监控中心7，测控阀3安装在每组散热片4的前端，数据接收器2安装在单元内，温度采集器5安装在每根立管的末端，单元仪表1安装在楼内，热能总表6与智能分配器8相连，计算机监控中心7与智能分配器8相连。

各户的测控阀3控制单元输出导线接在的单元仪表1输入端。

如图2所示：

测控阀3包括三通阀和温度采集器5，温度采集器5置于三通阀内。

温度采集器5包括温度传感器、时钟芯片、按键输入、拨码开关、单片机、RS485接口、LED状态指示、无线收发模块，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，单片机与无线收发模块、LED状态指示相连，RS485接口与单片机互联。

如图3所示：

智能分配器8包括CPU、RTC时钟、地址拨码开关、GSM收发模块、铁电数据存储器EEPROM、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EEPROM、RS485接口分别与CPU互联。

如图4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EEPROM、拨码开关、射频卡读写模块，串口0与数据接收器互联，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EEPROMLPC、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5所示：

温度采集器5包括两部分：无线电接收部分和无线电发送部分。

无线发射部分包括无线收发模块和温度传感器18B20。无线电接收部分包括无线收发模块和RS485模块，无线接收模块，首先读取单元表的数据指令，根据指令，通过无线电收发模块，发送指令到无线发送模块，无线发送模块收到指令，读取温度传感器18B20的温度，将温度查表得到本采集模块的温度的焓值，通过无线电发送模块，把采集的温度发送到无线接收模块。无线接收模块受到温度传感器发送的温度和焓值，和上一个楼层的温度进行做差得到本楼层的温度的焓值差，同时根据存储在本地E2POM中的数据，分析得到一户的各散热片的温度和焓差，通过RS485总线发送到单元表。

负责采集各户的入水温度和出水温度，并且根据温度查表得出各户的热焓差。采集进、回水温度，并计算出温度系数；3分钟采集一次当前温度，根据温度，得到水的焓值和密度(约各100个数值)，根据两个参数的乘积，把一天当中所有数据求平均值得到温度系数。(大体4.187*温差)。

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。单元仪表接收智能分配器的指令，下发指令到温度采集器，控制温度采集器采集温度。单元仪表采集安装在各户的温度采集器的入水温度和出水温度，并转换为各户的热焓差。单元仪表读取存储在本地EEPROM中各户的流量系数乘以个户的热焓差，得到各户的当量热能。单元仪表将采集的各户的当量热能上报到智能分配器。单元仪表与智能分配器之间实时数据通讯，接收智能分配器发送的各户的每次分配热能，并更新存储在本地EEPROM中用户的剩余热能和总热能。单元仪表具有IC卡读写模块，供用户冲值和查询余额。用户买热以后，在单元仪表处冲值，单元仪表语音提示用户的余热和总热能，并在LED数码管上显示。

如图7所示：

智能分配器：实时采集出入水温度，通过计算得到流量温度系数。

实时采集热能总表的流量和热能；

分配器按照流量系数和温度系数把热能分配到各户中；

利用GSM方式实时上报本单元总消耗热能和辖内各户消耗热能。流量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，得到总的热能当量值，同时抄取热量总表的热能，用热表的总热能，除以抄取的当量热能，得到流量分配系数，各户的热能当量乘以热能分配系数便得到总的热能。流量分配器，将各户的分配热能通过RS485总线下发各单元表的分配热能。各单元表，将流量分配器，分配来的热能下发存储到各户度应的数据存储器中。得到各户的分配热能。

如图8-9所示：

温度采集电路由U12：无线发送模块的处理器、U14：无线接收模块的处理器、U13：无线电发送模块、U15：无线电接收模块、U16：RS485总线转换模块、U17：铁电存储器EEPROM、R25-R29电阻、C30-C33、磁片电容、C5-C6电解电容、Y5-Y6晶体振荡器、MOTOR：电动阀门直流电机、Q1，Q2：NPN型三极管、K1，K2电磁继电器组成。U1通过串行接口的RXD、TXD引脚和无线电收发模块进行通讯，通过P1.0管脚控制18B20数字温度传感器，通讯方式采取1-WIRE协议。当U1检测到无线电接收模块有数据进入时，控制温度传感器采取外界温度，然后把自身采集的温度通过无线电，发送到无线接收模块。无线接收模块，把采集的温度，通过RS485总线上报到计算机。无线接收模块采取单片机的P0.5和P0.6采用I2C数据总线和无线收发模块进行通讯，而单片机的RXD和TXD则通过RS485总线和单元表进行通讯。同时单片机P1.5和P1.6管脚采取模拟的I2C数据总线和铁电存储器FM24C64进行数据存储的交换。

如图10所示：

单元仪表电路由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EEPROM、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是开关电源电路组成。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负责于流量分配器，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11所示：

智能分配器电路：

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EEPROM、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组成。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：

单管系统由温度采集器，包括入水温度和出水温度采集器、数据接收器、单元仪表、智能分配器、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，流量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 (1)

1.单管热能分配收费网络系统，其特征在于：包括测控阀(3)、温度采集器(5)、单元仪表(1)、智能分配器(8)、数据接收器(2)、热能总表(6)、计算机监控中心(7)，测控阀(3)安装在每组散热片(4)的前端，数据接收器(2)安装在单元内，温度采集器(5)安装在每根立管的末端，单元仪表(1)安装在楼内，热能总表(6)与智能分配器(8)相连，计算机监控中心(7)与智能分配器(8)相连；

测控阀(3)为三通阀，温度采集器(5)置于三通阀内；

温度采集器(5)包括温度传感器、时钟芯片、按键输入、拨码开关、单片机、RS485接口、LED状态指示、无线收发模块，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，单片机与无线收发模块、LED状态指示相连，RS485接口与单片机互联；

智能分配器(8)包括CPU、RTC时钟、地址拨码开关、GSM收发模块、铁电数据存储器EEPROM、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EEPROM、RS485接口分别与CPU互联；

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EEPROM、拨码开关、射频卡读写模块，串口0与数据接收器互联，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EEPROM、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。 

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