CN102306245B - 一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法及系统 - Google Patents

一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法及系统 Download PDF

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CN102306245B CN201110218790.7A CN201110218790A CN102306245B CN 102306245 B CN102306245 B CN 102306245B CN 201110218790 A CN201110218790 A CN 201110218790A CN 102306245 B CN102306245 B CN 102306245B
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Abstract

本发明公开了一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法及系统，包括数据采集与控制装置、热计量装置和集中供暖系统管理中心；数据采集与控制装置完成本供暖分路的数据采集，并将数据传送给热计量装置；热计量装置接收数据采集与控制装置发来的数据，并通过热计量软件对这些数据进行分析、处理和计算，从而得到用户用热量；热计量软件包括计算用户供水端压力、用户压力损失、用户流量、用户阻力特性数、用户供水端温度和用户用热量等步骤。本方法只需安装少量的测量装置，不需要用户安装热量表、热量分配表，就可实现分户热计量，不仅降低了系统初始成本，避免了维修、更换大量热计量表和流量计等设备带来的麻烦，减少了系统的维护费用。

Description

一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法及系统
技术领域
本发明属于集中供暖系统技术领域，具体地说，特别涉及一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法及系统。
背景技术
    “热商品化”这个概念越来越多地为人们所接受，未来我国供暖事业也将朝着这个方向发展。要实现这个目标，就必须要有成熟的、公平的和低成本的热计量技术。有了这个关键技术，才可能真正意义上地实现用户热计量，并使其得到推广应用。这不仅能够节约能源，还能提高热舒适度。因此，如何客观地对用户用热量进行计量和修正，是目前的研究热点和难点。
针对上述问题，国家也制定了相应的标准和规范。例如，2001年3月颁布的国标《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ11- 87） 第3.9.1 条中规定：“新建住宅热水集中采暖系统，应设置分户热计量和室温控制装置。对建筑内的公共用房和公用空间，应单独设置采暖系统和热计量装置”，并将此条规定为强制性条文。计量方法一定要和温控配合使用，才能相辅相成，既能实现房间温度调节，节约能源，又能保证房间热舒适度。
目前常见的分户热计量方法有7种：热量表法、热量分配表法、面积法、温度和流量法、时间通断法、温度法和流量法。
专利文献CN201680930U和专利文献CN2771840Y指出了热量表法的概念和优缺点。热量表法是为每一个用户安装一个热量表，通过测量用户供水管的热水流量、供水管入口处水温和回水管出口处水温，来计算用户用热量。其优点在于：计量原理和供热量计算公式简捷、直观、准确性高。其缺点在于：要求供暖管路结构必须是闭环回路，而现有的供暖住宅建筑中有大部分是不满足这一条件的。由于热量表改造成本和维护成本均较高，为每一个用户安装一个热量表，将极大地增加热计量系统的成本，使其难以得到推广使用。
专利文献CN2771840Y阐述了热量分配表法的概念和优缺点。热量分配表法是由两个温度传感器集成为一体。其中两个温度传感器分别用来测量用户散热器的表面平均温度和室内空气温度，由公式计算出用户散热器的散热量，并将用户各个房间的散热器供热量加起来。其优点在于：适用于任何供暖管路结构。其缺点在于：计量原理和供热量计算公式复杂，其中散热器表面换热系数的确定是不准确的、不稳定的，受许多因素影响且影响较大，所以很难得出稳定的、准确的用户供热量。
用户面积法：根据各户住宅面积用某种算法对整幢楼的用热量进行分摊，只需楼前安装一个总热量表，用户不需要安装任何的检测装置，我国北方老式建筑就是采用的这种热计量方法。其优点在于：用户不需要安装测量装置，成本低，维护方便。其缺点在于：缺乏公平性和合理性，不能满足热舒适度，也不利于节约能源。
室内温度法：通过测定用户室内温度对整幢楼的热量进行分摊。其优点在于：成本低，维护方便，对室内的温度进行监测，适用范围较广。其缺点在于：不以实际耗热量为计量依据，而仅仅以室内温度为计量依据，易作弊，公平性难以保证。
热水流量法：用楼前热计量表测量整栋楼用热量，再根据热水表记录的流量用某种算法进行分摊。其优点在于：初始成本较低，可实现两种抄表。其缺点在于：由于散热量和水温不是线性关系，不能满足公平性原则。
热水流量温度法：根据测得的各用户热水流量和供、回水温度差来确定用热量，再进行分摊。其优点在于：计算得出的是用户的实际用热量，公平性强，可实现远程抄表，可实现末端热负荷调节。其缺点在于：需要较多的控制、监测设备，所以初始投资较高，且对水质要求较高，不然容易引起阀门控制和流量计精度差。
时间通断法：用楼前热量表计量整栋楼用热量，再根据通断阀的通断时间和房间温度用某种算法进行分摊。其优点在于：能够实现末端热负荷的调节，既能实现节能，又能实现用户热计量。其缺点在于：每个用户供水温度和回水温度都不相等，从而很难保证公平性。
目前绝大多数的热计量系统都采用热量表法、热量分配表法和热水流量温度法。热量表价格贵，每户安装一个热量表，增大系统初始投资，维护困难，改造成本高，使其难以得到推广使用；热量分配表法由于散热器表面换热系数的不确定性，造成计量不准确、不稳定；热水流量温度法要求每个用户都必须安装流量计，对水质要求高，维护困难。其余4种方法缺乏公平性，不能实现节能控制，在实际的集中供暖系统中极少采用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法及系统，特别适用于计量集中供暖系统用户的用热量。
本发明的实施例提供一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法，包括以下步骤：
1）集中供暖系统的每个供暖单元由m组并联的供暖分路组成，每组供暖分路由并联的n个用户组成，在集中供暖系统每个供暖单元的热力入口处供水管道上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器，在供暖单元热水管网沿程的第一个供暖分路的第一个用户的供水管道上安装温度传感器和压力传感器，第一个供暖分路的第一个用户的回水管道上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器，在供暖单元热水管网沿程的最后一个供暖分路的最后一个用户的供水管道上安装温度传感器和压力传感器，最后一个供暖分路的最后一个用户的回水管道上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器，在供暖单元其余用户的回水管道上均装有温度传感器；将每一组供暖分路的所有传感器测得的数据传输给数据采集及控制装置，由数据采集及控制装置汇集处理后传送给热计量装置；
2）热计量装置对数据进行分析和处理，根据公式                                                计算用户压力损失，其中，下标
Figure 711960DEST_PATH_IMAGE002
表示第
Figure 196162DEST_PATH_IMAGE004
个供暖分路第
Figure 2011102187907100002DEST_PATH_IMAGE005
个用户，表示一共有
Figure 881801DEST_PATH_IMAGE007
个供暖分路，表示每一个供暖分路一共有
Figure DEST_PATH_IMAGE009
个热用户，
Figure 447354DEST_PATH_IMAGE010
为用户压力损失，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
用户供水端压力，
Figure 909690DEST_PATH_IMAGE012
为用户阻力特性数，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 502173DEST_PATH_IMAGE014
为两个待求参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 267129DEST_PATH_IMAGE016
， 
Figure DEST_PATH_IMAGE017
分别为第一个供暖分路第一个用户供水端和回水端压力，其值由对应的压力传感器测得，
Figure 476656DEST_PATH_IMAGE018
为第
Figure 601737DEST_PATH_IMAGE007
个供暖分路第
Figure 462377DEST_PATH_IMAGE009
个用户供水端和回水端压力，其值由对应的压力传感器测得，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 398234DEST_PATH_IMAGE020
为第一个供暖分路第一个用户流量，其值由对应的流量传感器测得，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 219691DEST_PATH_IMAGE022
为第
Figure 148464DEST_PATH_IMAGE007
个供暖分路第
Figure 738976DEST_PATH_IMAGE009
个用户流量，其值由对应的流量传感器测得；
3）根据用户流量公式
Figure DEST_PATH_IMAGE023
计算用户流量，
Figure 970369DEST_PATH_IMAGE024
为用户流量；
4）根据管道传热学公式
Figure DEST_PATH_IMAGE025
计算用户供水端温度
Figure 888908DEST_PATH_IMAGE026
，其中，下标
Figure DEST_PATH_IMAGE027
表示供水端，
Figure 372105DEST_PATH_IMAGE028
为热水比热容，为供暖单元每个供暖分路供水端温度，
Figure 692490DEST_PATH_IMAGE030
为热水从每个供暖分路供水端输送到每个用户供水端所产生的室外管网热损失；
5）利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE031
计算出用户用热量，其中，下标
Figure 94783DEST_PATH_IMAGE032
表示回水端，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
表示不同工况下供暖持续时间，
Figure 789636DEST_PATH_IMAGE034
表示在时间段
Figure 60211DEST_PATH_IMAGE033
下的功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为用户用热量。
用户阻力特性数可根据公式求出，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
为用户阻力特性数的修正系数，为常数，为热水密度，
Figure 91643DEST_PATH_IMAGE040
为管道内径，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为管道摩擦阻力系数， 
Figure 916642DEST_PATH_IMAGE042
表示管道长度， 
Figure DEST_PATH_IMAGE043
表示各局部阻力系数之和。
同一供暖分路相邻用户供水端压力由公式 
Figure 946040DEST_PATH_IMAGE044
求得，相邻供暖分路供水端压力由公式求得，其中，
Figure 955715DEST_PATH_IMAGE046
为每个供暖分路相邻用户之间的阻力特性数，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为相邻供暖分路之间的阻力特性数，
Figure 336143DEST_PATH_IMAGE048
为供暖分路供水端压力，
Figure 948521DEST_PATH_IMAGE039
为热水密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为重力加速度，
Figure 98005DEST_PATH_IMAGE050
为相邻供暖分路之间的管道长度，为第
Figure DEST_PATH_IMAGE053
个供暖分路的流量。
本发明运用流体力学理论建立供暖单元的数学模型，推导出用户阻力特性数计算公式，用户供水端压力计算公式，用户压力损失计算公式，用户流量计算公式，室外管网压力计算公式；运用传热学理论建立供暖单元热力损失模型，推导出用户供水端温度计算公式；用温度传感器测量每个用户回水端温度。把上述计算得到的用户供水端温度、流量、回水端温度和供暖时间代入用户用热量计算公式就可得到用户用热量。
本发明把上面推导出来的公式编入安装在热计量装置里的热计量软件中。热计量装置接收数据采集与控制装置传来的数据，热计量软件对这些数据进行分析、处理和计算，就可得出用户用热量。
本发明的关键之处在于流量的估算，其精度直接影响着整个分户热计量系统的效果。而影响流量计算精度的因素在于阻力特性数的计算，因此提出了通过对阻力特性数的不断修正来得到比较精确的流量值。基本思想如下：以
Figure 29314DEST_PATH_IMAGE022
为基准，逆向逐步求解得出每层楼供水端压力和流量，直到计算出热力入口处的总流量
Figure 880727DEST_PATH_IMAGE054
和热力入口处压力
Figure DEST_PATH_IMAGE055
，把二者的值与实际测得的
Figure 172162DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure DEST_PATH_IMAGE057
进行比较，判断是否满足允许的设定误差。若满足，则保存此时得到的每个供暖分路供水端流量
Figure 418294DEST_PATH_IMAGE058
和压力
Figure DEST_PATH_IMAGE059
值，并用上述思想方法来计算用户供水端流量
Figure 379559DEST_PATH_IMAGE024
和压力
Figure 983847DEST_PATH_IMAGE060
；否则，对用户和室外管网的阻力特性数进行修正，又重复上述步骤。
本发明的实施例提供一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量系统，包括数据采集与控制装置（1）、热计量装置（7）和集中供暖系统管理中心（8），供暖单元每个供暖分路配备一个数据采集与控制装置（1），供暖单元每个供暖分路的所有传感器通过线缆与对应的数据采集与控制装置（1）连接，数据采集与控制装置（1）通过无线或者电力载波通信方式与热计量装置（7）通信，热计量装置（7）通过网络与集中供暖系统管理中心（8）进行通信。
热计量装置（7）包括无线或电力载波通信模块（2）、微处理器（3）、操作界面（4）、显示屏（5）和网络通信模块（6），无线或电力载波通信模块（2）完成数据采集与控制装置（1）和热计量装置（7）的通信，网络通信模块（6）通过网络完成热计量装置（7）和集中供暖系统管理中心（8）的通信，微处理器（3）完成数据的分析和处理得出用户用热量，用户对操作界面（4）进行操作，就可通过显示屏（5）查看用热信息。
本发明的有益效果是：只需安装少量的测量装置，不需用户安装热量表、热分配表，不仅降低系统初始成本，还避免了维修、更换大量热计量表和流量计等设备带来的麻烦，降低了系统维护成本。热计量装置不仅能够就地显示各用户用热量，而且可通过网络与集中供暖系统管理中心进行通信，既便于用户及时查询，又可为小区管理和决策提供依据。在实现分户热计量的同时，还为热负荷的自动调节，实现节能减排，提高用户供热的舒适性打下了基础。
附图说明
图1为本发明中各传感器在供暖单元的布置示意图。
图2为集中供暖系统分户热计量系统示意图。
图3为热计量软件的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，以每栋楼作为集中供暖系统的一个供暖单元为例，该栋楼具有m层，也就是具有m组供暖分路，供暖分路之间为并联关系，m优选为大于等于2的整数，m也可以等于1。每层有n个用户，也就是每组供暖分路具有n个用户，同组中用户之间的供暖管道为并联关系，n优选为大于等于2的整数，n也可以等于1。在供暖单元的热力入口处供水管道上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器。在供暖单元每一个用户的回水管道上均安装有调节阀。在供暖单元热水管网沿程的第一个供暖分路的第一个用户的供水管道上安装温度传感器和压力传感器，第一个供暖分路的第一个用户的回水管道上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器。在供暖单元热水管网沿程的最后一个供暖分路的最后一个用户的供水管道上安装温度传感器和压力传感器，最后一个供暖分路的最后一个用户的回水管道上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器。除第一个供暖分路的第一个用户以及最后一个供暖分路的最后一个用户以外，在供暖单元其余用户的回水管道上均装有温度传感器。图1中：T为温度传感器，P为压力传感器，G为流量传感器，符号⊙所处位置表示温度、压力和流量的测量点，符号⊕所处位置表示温度、压力和流量的计算点。
如图2所示，基于集中供暖系统数学模型的分户热计量系统包括数据采集与控制装置1、热计量装置7和集中供暖系统管理中心8。每层楼作为一个供暖分路配备一个数据采集与控制装置1，该数据采集与控制装置1由数据采集模块、控制器和无线或者电力载波通信模块三大部分构成，供暖单元每层楼的所有传感器通过线缆与对应的数据采集与控制装置1连接，由数据采集与控制装置1采集本层楼的温度、压力和流量等数据，并通过无线或者电力载波方式传送给热计量装置7。热计量装置包括7包括无线或电力载波通信模块2、微处理器3、操作界面4、显示屏5和网络通信模块6。无线或电力载波通信模块2完成数据采集与控制装置1和热计量装置7的通信，网络通信模块6通过网络完成热计量装置7和集中供暖系统管理中心8的通信，微处理器3完成数据的分析和处理，用户通过操作界面4可以查询温度、压力、流量和热量等信息，所查信息通过显示屏5显示。热计量装置7中的网络通信模块6与微处理器3电连接，由于网络通信模块6通过网络完成热计量装置7与集中供暖系统管理中心8的通信，这样用户可以通过上网查询用热信息。
本发明运用流体力学和传热学的相关理论建立供暖单元的数学模型，并将推导出来的相关用户热用量计算公式编入安装在热计量装置里的热计量软件中。
用户压力损失可根据公式（1）求出，即
Figure DEST_PATH_IMAGE061
。其中，下标
Figure 813394DEST_PATH_IMAGE002
表示第
Figure 62104DEST_PATH_IMAGE004
个供暖分路第
Figure 443538DEST_PATH_IMAGE005
个用户，
Figure 535122DEST_PATH_IMAGE062
表示一共有个供暖分路，
Figure DEST_PATH_IMAGE063
表示每一个供暖分路一共有个热用户，
Figure 89490DEST_PATH_IMAGE064
为用户压力损失，
Figure 402791DEST_PATH_IMAGE011
用户供水端压力，
Figure 574140DEST_PATH_IMAGE012
为用户阻力特性数，
Figure 922076DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 645313DEST_PATH_IMAGE014
为两个待求系数。把
Figure 196642DEST_PATH_IMAGE066
代入公式（1），就可得到以下联立方程组，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
，解得，
Figure 171682DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
。
Figure 124857DEST_PATH_IMAGE070
分别为第一个供暖分路第一个用户供水端和回水端压力，其值由对应的压力传感器测得，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
为第
Figure 58744DEST_PATH_IMAGE007
个供暖分路第
Figure 346637DEST_PATH_IMAGE009
个用户供水端和回水端压力，其值由对应的压力传感器测得，
Figure 984423DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 41372DEST_PATH_IMAGE020
为第一个供暖分路第一个用户流量，其值由对应的流量传感器测得，
Figure DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 122723DEST_PATH_IMAGE074
为第
Figure 897912DEST_PATH_IMAGE007
个供暖分路第
Figure 339388DEST_PATH_IMAGE009
个用户流量，其值由对应的流量传感器测得。
用户阻力特性数可根据公式（2）求出，即
Figure DEST_PATH_IMAGE075
。其中，为用户阻力特性数的修正系数，为常数，为管道摩擦阻力系数，
Figure 869803DEST_PATH_IMAGE040
为管道内径，
Figure 901344DEST_PATH_IMAGE042
表示管道长度，
Figure 449131DEST_PATH_IMAGE039
为热水密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE077
表示各局部阻力系数之和。
由于为已知，则根据公式（3）就可求出
Figure DEST_PATH_IMAGE079
，即
Figure 732924DEST_PATH_IMAGE080
Figure DEST_PATH_IMAGE081
。其中，表示一种正比于管道平均凹凸的粗糙性长度，表示热水动力粘度。
当
Figure 88393DEST_PATH_IMAGE084
变化到时，
Figure 935257DEST_PATH_IMAGE086
变化到，二者之间的关系可用公式（4）表示，即
Figure DEST_PATH_IMAGE087
。其中，
Figure 138148DEST_PATH_IMAGE088
表示阀门全开时，对应的用户管网局部阻力系数之和；
Figure DEST_PATH_IMAGE089
为用户流量最大时，所对应的
Figure 4300DEST_PATH_IMAGE041
值，即
Figure 463094DEST_PATH_IMAGE041
的最小值。把
Figure 588176DEST_PATH_IMAGE090
Figure DEST_PATH_IMAGE091
代入公式（4），就可得以下联立方程组，
Figure 199548DEST_PATH_IMAGE092
，解得，，
Figure 260039DEST_PATH_IMAGE094
。
Figure DEST_PATH_IMAGE095
可根据公式（5）来计算，即
Figure 81496DEST_PATH_IMAGE096
。把
Figure DEST_PATH_IMAGE097
代入公式（5），就可得以下联立方程组，，从而可求出参数
Figure DEST_PATH_IMAGE099
。
同一供暖分路相邻用户供水端压力根据公式（6）来计算，即
Figure 476148DEST_PATH_IMAGE100
；相邻供暖分路供水端压力根据公式（7）来计算，即
Figure DEST_PATH_IMAGE101
。其中，，
Figure DEST_PATH_IMAGE103
，
Figure 626080DEST_PATH_IMAGE104
为室外管网阻力特性数的修正系数。
可根据公式（10）求得，即，
Figure DEST_PATH_IMAGE107
可根据公式（11）求得，即。相应的管道摩擦阻力系数根据公式（12）和（13）来计算，即
Figure DEST_PATH_IMAGE109
Figure 81222DEST_PATH_IMAGE110
， 
Figure DEST_PATH_IMAGE111
。另外，供暖单元每个分路的第一个用户供水端压力和每个分路供水端压力满足公式（14），即
Figure 877271DEST_PATH_IMAGE112
。
在计算每个供暖分路供水端压力和流量时，用户供水端压力可根据公式（15）来计算，即，其中，
Figure 23213DEST_PATH_IMAGE114
。
这里为了说明方便，在变量上部加一横杠来表示此变量的当前值，在变量下部加一横杠来表示此变量的初始值，不加横杠表示此变量修正后的值（即修正值）。例如
Figure 447372DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure DEST_PATH_IMAGE115
和
Figure 997450DEST_PATH_IMAGE116
分别表示用户阻力特性数的修正值、初始值和当前值。
用户阻力特性数根据公式（16）来修正，即，其中，
Figure 15215DEST_PATH_IMAGE118
。同理，室外管网阻力特性数根据公式（17）和（18）来修正，即
Figure DEST_PATH_IMAGE119
，
Figure 699269DEST_PATH_IMAGE120
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE121
，，
Figure 253189DEST_PATH_IMAGE123
。
用户流量根据公式（19）求出，即
Figure 617306DEST_PATH_IMAGE124
。
用户供水端温度根据管道传热学公式（20）求出，即
Figure 495263DEST_PATH_IMAGE125
。
用户管网热损失可由公式（21）求得，即
Figure DEST_PATH_IMAGE126
。其中，
Figure 644747DEST_PATH_IMAGE127
表示每层楼供水端到热用户供水端管道长度。同理，每层楼供水端温度可由公式（22）求得，即
Figure DEST_PATH_IMAGE128
。其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE130
。系数
Figure 552102DEST_PATH_IMAGE131
可由下面一个方程组
Figure 968171DEST_PATH_IMAGE132
求得，其中，
Figure 221429DEST_PATH_IMAGE133
，，
Figure 36249DEST_PATH_IMAGE135
 和 可由测得的参数计算得到。则可解得，
Figure 629353DEST_PATH_IMAGE137
。
根据公式
Figure 10787DEST_PATH_IMAGE138
计算出用户用热量。
本发明用热量计算软件对采集到的数据进行分析、处理和计算，从而得出用热量。热计量软件流程图如图3所示，包括以下步骤：
1）数据采集：各层楼的数据采集与控制装置获取该层流所有传感器的测量数据，通过无线或者电力载波通信方式传送到微处理器。
2）数据的读入：微处理器把接收到的数据读入到热计量软件中。
3）模型参数的计算：根据公式（1）、（2）、（3）、（4）、（5）和（19）计算
Figure DEST_PATH_IMAGE139
。
步骤4）到步骤9）求解每个供暖分路供水端流量和压力：
4）根据公式（2）、（4）和（5）计算
Figure 853103DEST_PATH_IMAGE140
，令
Figure 610975DEST_PATH_IMAGE141
。
5）根据公式（6）和（7）计算
Figure 838825DEST_PATH_IMAGE142
。
6）根据公式（1）、（7）、（15）和（19）计算
Figure DEST_PATH_IMAGE143
。
7）判断是否成立？若成立，转到步骤8）；若不成立，按公式（16）对用户阻力特性数
Figure 266526DEST_PATH_IMAGE012
进行修正。当小于零时，
Figure 556390DEST_PATH_IMAGE144
；当
Figure DEST_PATH_IMAGE145
大于零时，。
8） 判断是否成立？若成立，转到步骤9）；若不成立，按公式（18）对室外阻力特性数进行修正。当小于零时，
Figure 939857DEST_PATH_IMAGE146
；当
Figure DEST_PATH_IMAGE147
大于零时，
Figure 615820DEST_PATH_IMAGE144
。令
Figure 715494DEST_PATH_IMAGE148
，转到步骤6）。令
Figure DEST_PATH_IMAGE149
。
9）令
Figure 793303DEST_PATH_IMAGE150
。
步骤10）到步骤13）求解每个用户供水端流量和压力：
10）根据公式（1）、（6）和（19）计算
Figure DEST_PATH_IMAGE151
。
11）判断
Figure 828386DEST_PATH_IMAGE152
是否成立？若成立，转到步骤12）；若不成立，按公式（16）和(17)进行用户阻力特性数
Figure 850700DEST_PATH_IMAGE012
和用户管网阻力特性数的修正。当
Figure 629431DEST_PATH_IMAGE154
小于零时，公式（16）和（17）中都取；当大于零时，公式（16）和（17）中都取
Figure 667553DEST_PATH_IMAGE146
。令
Figure DEST_PATH_IMAGE155
，转到步骤10）。
12）判断
Figure 984396DEST_PATH_IMAGE156
是否成立，若不成立，则转到步骤10）；若成立，转到步骤13）。
13）令。
14）根据公式（20）、（21）、（22）和（23）求得用户供水端温度
Figure 771218DEST_PATH_IMAGE158
。
15）根据公式（24）计算出用户用热量。
采用上述热计量方法，并借助图2所示的热计量装置（7），对操作界面（4）进行简单的操作，就可在显示屏上查询供暖单元每个用户的用热量。

Claims (2)

1.一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法，其特征在于包括以下步骤：
1）集中供暖系统的每个供暖单元由m组并联的供暖分路组成，m为大于或等于1的整数，每组供暖分路由并联的n个用户组成，n为大于或等于1的整数，在集中供暖系统每个供暖单元的热力入口处供水管道上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器，在供暖单元热水管网沿程的第一个供暖分路的第一个用户的供水管道上安装温度传感器和压力传感器，第一个供暖分路的第一个用户的回水管道上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器，在供暖单元热水管网沿程的最后一个供暖分路的最后一个用户的供水管道上安装温度传感器和压力传感器，最后一个供暖分路的最后一个用户的回水管道上安装温度传感器、压力传感器和流量传感器，在供暖单元其余用户的回水管道上均装有温度传感器；将每一组供暖分路的所有传感器测得的数据传输给数据采集及控制装置，由数据采集及控制装置汇集处理后传送给热计量装置；
2）热计量装置对数据进行分析和处理，根据公式
Figure FDA0000372393380000011
计算用户压力损失，其中，下标ij表示第i个供暖分路第j个用户，i=1,2,……m表示一共有m个供暖分路，j=1,2,……n表示每一个供暖分路一共有n个热用户，ΔPij为用户压力损失，Psij用户供水端压力，Sij为用户阻力特性数，β1、β2为两个待求参数， β 1 ≈ P s 11 P rmn S 11 + 2 P smn P s 11 S mn - 2 P smn P s 11 S 11 - P smn P r 11 S mn ( S mn - S 11 ) P smn P s 11 , β 2 ≈ P s 11 P rmn - P smn P r 11 ( S mn - S 11 ) P smn P s 11 , Ps11和Pr11分别为第一个供暖分路第一个用户供水端和回水端压力，其值由对应的压力传感器测得，Psmn和Prmn为第m个供暖分路第n个用户供水端和回水端压力，其值由对应的压力传感器测得，
Figure FDA0000372393380000014
G11为第一个供暖分路第一个用户流量，其值由对应的流量传感器测得，
Figure FDA0000372393380000015
Gmn为第m个供暖分路第n个用户流量，其值由对应的流量传感器测得；所述用户阻力特性数可根据公式
Figure FDA0000372393380000016
求出，其中，γsij为用户阻力特性数的修正系数，
Figure FDA0000372393380000021
为常数，ρ为热水密度，D为管道内径，λsij为管道摩擦阻力系数，Lsij表示管道长度，(Σζ)sij表示各局部阻力系数之和；同一供暖分路相邻用户供水端压力由公式
Figure FDA0000372393380000022
求得，相邻供暖分路供水端压力由公式求得，其中，Zij为每个供暖分路相邻用户之间的阻力特性数，Zi为相邻供暖分路之间的阻力特性数，Psi为每个供暖分路供水端压力，ρ为热水密度，g为重力加速度，Li为相邻供暖分路之间的管道长度，Gl为第l个供暖分路的流量；
3）根据用户流量公式
Figure FDA0000372393380000024
计算用户流量，Gij为用户流量；
4）根据管道传热学公式
Figure FDA0000372393380000025
计算用户供水端温度Tsij，其中，下标s表示供水端，c为热水比热容，Tsi为供暖单元每个供暖分路供水端温度，ΔQij为热水从每个供暖分路供水端输送到每个用户供水端所产生的室外管网热损失；
5）利用公式Wij=Qijtij=cGij(Tsij-Trij)tij/3600计算出用户用热量，其中，下标r表示回水端，tij表示不同工况下供暖持续时间，Qij表示在时间段tij下的功率，Wij为用户用热量。
2.一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量系统，其特征在于：该系统包括数据采集与控制装置（1）、热计量装置（7）和集中供暖系统管理中心（8），供暖单元每个供暖分路配备一个数据采集与控制装置（1），供暖单元每个供暖分路的所有传感器通过线缆与对应的数据采集与控制装置（1）连接，所述热计量装置（7）包括无线或电力载波通信模块（2）、微处理器（3）、操作界面（4）、显示屏（5）和网络通信模块（6），无线或电力载波通信模块（2）通过无线或者电力载波通信方式完成数据采集与控制装置（1）和热计量装置（7）的通信，网络通信模块（6）通过网络完成热计量装置（7）和集中供暖系统管理中心（8）的通信，微处理器（3）完成数据的分析和处理得出用户用热量，用户对操作界面（4）进行操作，通过显示屏（5）查看用热信息。
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