CN102062445B

CN102062445B - 一种公建供热节能装置

Info

Publication number: CN102062445B
Application number: CN201010594370A
Authority: CN
Inventors: 王富全; 刘凤忠; 杨海霞; 庞卓; 王津
Original assignee: TIANJIN NANKAI DISTRICT PEOPLE'S GOVERNMENT HEAT SUPPLYING OFFICE
Current assignee: TIANJIN NANKAI DISTRICT PEOPLE'S GOVERNMENT HEAT SUPPLYING OFFICE
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: CN102062445A

Abstract

本发明涉及一种公建供热节能装置，包括自动控制部分和管道构件部分；管道构件部分是由并联在供水管道上的一条旁路管道构成；在旁路管道上，按水流方向依次安装有合流型电动三通调节阀、管道泵和球阀；通过自控技术和供热节能装置结合，PLC根据室外温度调整PID输出参数；由4～20mA电流信号控制阀门开度，控制电动三通调节阀、管道泵，其有益效果是：通过调整供水与回水混合比例，来实现对公共建筑的温度控制，以达到节能的目的；装置结构简单，性能稳定，结构紧凑，可在现有设备基础上改造而成，投入资金较少，适于广泛的应用和推广。

Description

一种公建供热节能装置

技术领域

本发明涉及供热设备技术领域，特别涉及一种公建供热节能装置。

背景技术

目前，学校、商店、办公楼等公共建筑，其供热系统能耗相当于普通民宅的两倍左右，且公建供热具有一定的特殊性：如办公楼在白天需暖气供热，而晚上、周末和节假日除值班人员外基本不用暖气供热；学校白天需暖气供热，而学生宿舍只在晚上集中用热，再有寒暑假、节假日都基本不用热等特点，而现行的供热系统不具备调控能力，在整个采暖季恒温供暖，存在着巨大的能源浪费。

节能降耗是现在供热行业面临的重要问题。现阶段的公建供热基本处于恒定状态，存在巨大的节能潜力，就公共建筑无需24小时恒温供热的特点。实施公建供热节能改造，通过借鉴国内外先进的自控技术和设备，进行科学调控，来实现对公共建筑的温度控制，以达到节能的目的。

发明内容

本发明的目的就是针对供热系统上述问题，设计一种节能技术方案，使公建供热系统具备调控能力，供热系统可根据供热用户的使用情况，动态调整热源分配，改变目前公建供热系统存在能源浪费的现状。

本发明是通过这样的技术方案实现的：一种公建供热节能装置，其特征在于，包括自动控制部分和管道构件部分；

所述自动控制部分包括仪表控制柜、PLC和上位计算机；

所述管道构件部分是由并联在供水管道上的一条旁路管道构成；在所述旁路管道上，按水流方向依次安装有合流型电动三通调节阀、管道泵和球阀；旁路管道和供水管道并联形成两个节点，两个节点之间一段供水管道上安装有蝶阀；

所述电动三通调节阀阀体上包括进水口，出水口和回水口；其中进水口和出水口通过法兰连接在所述旁路管道上；回水口通过法兰连接一条与回水管道连接的回水支管；回水支管上安装有球阀；电动三通调节阀将供水管道和回水管道两种温度的水流混合成第三种温度的水流；电动三通调节阀为合流型结构；

所述电动三通调节阀由电动执行机构和三通调节阀构成；电动执行机构由4～20mA电流信号控制阀门开度；通过阀位反馈，可提高调节精度；

所述电动三通调节阀与仪表控制柜的可编程序控制器PLC连接；

所述可编程序控制器PLC包括CPU模块、模拟量输入和输出模块、数字量输入和输出模块；

由PT100热电阻采集室外温度和管道水温；PT100热电阻通过温度变送器接入模拟量输入和输出模块；CPU模块通过编程和执行程序，执行其PID功能，模拟量输入和输出模块的4～20mA电流信号输出端连接电动三通调节阀信号输入端，由4～20mA电流信号控制阀门开度；同时电动执行机构阀位反馈信号接入模拟量输入和输出模块的4～20mA电流信号输入端；通过CPU模块程序计算输出比例积分、微分(PID)调节功能，提高调节精度；

由CPU模块中的程序来控制数字量输入和输出模块输出开关量信号，并经中间继电器控制管道泵和电动球阀的开启；

CPU模块通过RS232或RS485通信接口连接GPRS模块,通过GPRS方式发送给远程控制中心管理系统；

CPU模块通过GPRS方式接收远程控制中心管理系统的控制数据，根据控制数据，调整设置供热节能控制系统的运行参数；

通过CPU模块上通讯接口，用通讯电缆连接上位计算机内的 CP 5611卡；通过CP 5611卡和上位计算机通信；

上位计算机安装组态软件，编辑和运行组态软件，组态软件实现屏幕窗口监测控制，布水工艺画面和试验操作画面分别以数字、棒状图方式显示，由MCGS 组态软件自动生成报表；计算机将设定的程序传输至PLC的数字输入模块，由PLC的数字量输出模块输出开关量信号控制管道泵、电动球阀、电磁阀、中间继电器、指示灯和电机启动器；

所述电动三通调节阀也可通过与仪表控制柜的PID整定控制仪表连接；

所述PID整定控制仪表的输入类型选择为热电阻：PID整定控制仪表电阻信号输入端连接PT100热电阻，由PT100热电阻采集室外温度；根据室外温度调整PID整定控制仪表参数；PID整定控制仪表的4～20mA电流信号输出端连接电动三通调节阀信号输入端，由4～20mA电流信号控制阀门开度；同时电动执行机构阀位反馈信号接入PID整定控制仪表的4～20mA电流信号输入端；通过仪表比例积分、微分(PID)调节功能，提高调节精度；

本发明通过应用自控技术和供热节能装置结合，PLC根据室外温度调整PID输出参数；由4～20mA电流信号控制阀门开度，控制电动三通调节阀、管道泵，其有益效果是：通过调整供水与回水混合比例，进行科学调控，来实现对公共建筑的温度控制，以达到节能的目的；所述装置结构简单，性能稳定，结构紧凑，可在现有设备基础上改造而成，投入资金较少，适于广泛的应用和推广。

附图说明

图1 为公建供热节能装置的道构件部分示意图；

图2为远程控制中心管理系统软件流程图；

图3为公建供热节能装置控制程序流程图。

图中： 1. 供水管道，2. 回水管道，3. 旁路管道，4. 回水支管5. 电动

三通调节阀，6. 管道泵，7，电动球阀，8.蝶阀。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：

如图1所示，所述供热节能装置的管道构件部分是由并联在供水管道1上的一条旁路管道3构成；

在所述旁路管道1上，按水流方向依次安装有一个合流型电动三通调节阀5、一个管道泵6和一个电动球阀7；旁路管道3和供水管道1并联，形成两个节点，两个节点之间一段供水管道上安装有蝶阀8；

所述电动三通调节阀5阀体上包括进水口，出水口和回水口；其中进水口和出水口通过法兰连接在所述旁路管道3上；回水口通过法兰连接一条与回水管道2连接的回水支管4；回水支管4上安装有一个电动球阀7；

电动三通调节阀5将供水管道1和回水管道2中两种温度的水流混合成第三种温度的水流；

公建供热节能装置工作原理是：在白天工作时段内，由PT100热电阻采集室外温度；根据室外温度调整PID整定控制仪表参数；PID整定控制仪表的4～20mA电流信号输出端连接电动三通调节阀信号输入端，由4～20mA电流信号控制阀门开度；通过仪表比例积分、微分(PID)调节功能，提高调节精度；

室外温度由温度传感器上传至控制箱，经PID调节，输出信号控制三通阀开启，当室外温度较高时，供水温度相对降低，此时三通阀开启加大，回水由管道泵吸入供水的量增加。供水温度降低；当室外温度降低时，三通阀开启变小，回水混入供水的量减小，供水温度提高。实现供水温度随室外温度而自动控制，保证室温为恒定温度。在晚上或公休日、节假日，系统自动进入分时段控制设定状态，保持较大的开启度，增加混水量，降低供水温度，保持较低的室温，以达到节能降耗的目的。

所述可编程序控制器选S7-200系列PLC；包括CPU模块为S7-224、模拟量输入、输出模块EM235和数字量输入、输出模块EM223；GPRS模块国产导蓝迪无线DTU产LDG6000；

GPRS模块LDG6000其系统组网结构包括：

1、中心公网为固定IP：监控点直接向中心发起连接，运行可靠稳定，推荐此种方案。

2、中心公网动态IP+DNS解析服务：客户先与DNS服务商联系开通动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。

3、客户中心通过一条2M APN 专线接入移动公司GPRS 网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址。

4、进行广域连接，在GGSN 与移动公司互联路由器之间采用GRE 隧道。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP 地址和端口过滤。

此种方案适合于安全性要求较高的应用环境，其稳定性不如固定IP。

本实施例选方案1。

PT100热电阻采集室外温度和管道水温；PT100热电阻通过温度变送器将电阻信号变换为4～20mA电流信号；再接入模拟量输入、输出模块EM2354～20mA电流信号输入端；

包括CPU模块为S7-224、模拟量输入、输出模块EM235和数字量输入、输出模块EM223；GPRS模块国产导蓝迪无线DTU产LDG6000；

CPU模块为S7-224通过编程和执行程序，执行其PID功能，模拟量输入、输出模块EM235的4～20mA电流信号输出端连接电动三通调节阀信号输入端，由4～20mA电流信号控制阀门开度；同时电动执行机构阀位反馈信号接入模块EM235的4～20mA电流信号输入端；通过CPU模块程序计算的比例积分、微分(PID)调节功能，提高调节精度；

由CPU模块中的程序来控制数字量输入、输出模块EM223输出开关量信号，控制管道泵和电动球阀的开启；

CPU模块S7-224通过RS232或RS485通信接口连接GPRS模块LDG6000,通过GPRS方式发送给远程控制中心管理系统；

CPU模块S7-224通过GPRS方式接收远程控制中心管理系统的控制数据，根据控制数据，调整设置供热节能控制系统的运行参数；

实施例：供热区域内公建大约150万m²，如果能实现公建独立用热，加装节能控制装置，以节能20% 计算，公建热指标q=44W/m²

　q _H＝q _c·H _c·η ₁·η ₂/(24·Z)

　44＝q _c×8.14×10³×0.85×0.65/(24×130)

q _c＝30.53kg/m²

式中　q _c——建筑物采暖耗煤指标kg/m²标准煤；

　　　Z——采暖期天数(d)天津地区取130d；

　　　q _H——公建建筑物耗热量指标为44W/m²；

H _c——标准煤热值，取8.14×10³W·h/kg；

η ₁——室外管网输送效率，取0.85；

　　η ₂——锅炉运行效率，取0.6。

节能入口装置运行后可节能25%

采暖耗煤量指标q _c2=30.53×(1－0.25)＝22.90kg/m²，

100m²公建以标煤870元/吨计算：100*（30.53-22.90）*10000/1000*870=664万元。

实践表明，公建节能装置运行后节能效果明显，若推广全市，效益更加可观。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims

1.一种公建供热节能装置，其特征在于，包括自动控制部分和管道构件部分；所述自动控制部分包括仪表控制柜、PLC和上位计算机；所述管道构件部分是由并联在供水管道上的一条旁路管道构成；在所述旁路管道上，按水流方向依次安装有合流型电动三通调节阀、管道泵和球阀；旁路管道和供水管道并联形成两个节点，两个节点之间一段供水管道上安装有蝶阀；所述电动三通调节阀阀体上包括进水口，出水口和回水口；其中进水口和出水口通过法兰连接在所述旁路管道上；回水口通过法兰连接一条与回水管道连接的回水支管；回水支管上安装有球阀；电动三通调节阀将供水管道和回水管道两种温度的水流混合成第三种温度的水流；电动三通调节阀为合流型结构；所述电动三通调节阀由电动执行机构和三通调节阀构成；电动执行机构由4～20mA电流信号控制阀门开度；通过阀位反馈调节精度；所述电动三通调节阀与仪表控制柜的可编程序控制器PLC连接；所述可编程序控制器PLC包括CPU模块、模拟量输入和输出模块、数字量输入和输出模块；由PT100热电阻采集室外温度和管道水温；PT100热电阻通过温度变送器接入模拟量输入和输出模块；CPU模块通过编程和执行程序，执行其PID功能，模拟量输入和输出模块的4～20mA电流信号输出端连接电动三通调节阀信号输入端，由4～20mA电流信号控制阀门开度；同时电动执行机构阀位反馈信号接入模拟量输入和输出模块的4～20mA电流信号输入端；通过CPU模块程序计算输出PID调节功能；由CPU模块中的程序来控制数字量输入和输出模块输出开关量信号，并经中间继电器控制管道泵和电动球阀的开启；CPU模块通过RS232或RS485通信接口连接GPRS模块,通过GPRS方式发送给远程控制中心管理系统；CPU模块通过GPRS方式接收远程控制中心管理系统的控制数据，根据控制数据，调整设置供热节能控制系统的运行参数；通过CPU模块上通讯接口，用通讯电缆连接上位计算机内的 CP 5611卡；通过CP 5611卡和上位计算机通信。

2.如权利要求1所述公建供热节能装置，其特征在于，所述电动三通调节阀通过与仪表控制柜的PID整定控制仪表连接；所述PID整定控制仪表的输入类型选择为热电阻：PID整定控制仪表电阻信号输入端连接PT100热电阻，由PT100热电阻采集室外温度；根据室外温度调整PID整定控制仪表参数；PID整定控制仪表的4～20mA电流信号输出端连接电动三通调节阀信号输入端，由4～20mA电流信号控制阀门开度；同时电动执行机构阀位反馈信号接入PID整定控制仪表的4～20mA电流信号输入端。