CN102326062B

CN102326062B - 估计热交换器与用户间热能交换的虚拟热量计系统和方法

Info

Publication number: CN102326062B
Application number: CN2009801572363A
Authority: CN
Inventors: A.阿雷斯塔; F.巴里; M.弗龙特雷; C.格雷科; S.马兰; M.马索罗; G.范多尼
Original assignee: Ingenia Srl
Current assignee: Ingenia Srl
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: DK2376884T3; CA2747383A1; ITTO20080961A1; IT1392557B1; ES2545086T3; CN102326062A; EA025762B1; EA201170869A1; EP2376884B1; WO2010073220A1; EP2376884A1; PL2376884T3; US20110257925A1

Abstract

所描述的是一种虚拟热计量系统（10），其包括：多个传感器（12、14、16、18、20），适于与中央热设施（I）的供应回路（C）相关联并且被布置用于供应对表示在预定时间段（Δt_TOT）中所述供应回路（C）的工作的物理量进行表示的主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）；控制装置（22），包括：存储器装置（23），被布置用于存储：热和流体动力学模型（M），其被初始定义并且表示中央热设施（I）、基于表示供应回路（C）和热交换器器件（H_1,1,…,H_1,n1,H_2,1,…,H_2,n2,…,H_m,1,…,H_m,nm）的工作的物理量来识别、在设施（I）的工作和激励的指定条件下被检测；以及数据，表示在时间段（Δt_TOT）中所述主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）的变化；以及处理装置（24），被布置用于在其输入处接收表示在时间段（Δt_TOT）中的主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）的变化的数据，并且被配置为根据热和流体动力学模型（M）来处理这些数据，并且在其输出处供应表示对在每个热交换器器件（H_1,1、…、H_1,n1；H_2,1、…、H_2,n2；…；H_m,1、…、H_m,nm）与相应的热用户（U₁、…、U_m）之间单独交换的热能（E_1,1,…,E_1,n1;E_2,1,…,E_2,n2;…;E_m,1,…,E_m,nm）的估计的数据（ê_1,1、…、ê_1,n1；ê_2,1、…、ê_2,n2；…；ê_m,1m、…、ê_m,nm）。

Description

估计热交换器与用户间热能交换的虚拟热量计系统和方法

技术领域

本发明涉及用于估计在用于生成和供应热能的中央设施的多个热交换器与用户综合体（complex）之间交换的热能的系统和方法。

背景技术

在现有技术中存在也被称为直接热量计（heat meter）、直接热费计（direct heating cost meter）或者温度计（therm meter）的热量计或测量器件，其在所有情况下都需要对经过每个加热单元（或者加热单元组）的载热流体（heat carrier fluid）的流量或者同一流体在加热单元（或者组）的入口和出口之间的温度差的直接瞬时测量结果。因此这些计量器件由以下部件构成：

两个温度传感器

流量传感器

用于加工和采样来自这三个传感器的信号并且对这些进行处理的电子系统

用于存储热测量结果的存储器

测量结果显示部件，以及

如果必要的话，用于发送测量的数据的部件。

从传感器（一个流量传感器和两个温度传感器）接收的数据由热量计的电子系统来收集和存储，并且随后关于时间进行积分以得到它们的能量数据元素。该数据元素可以显示在器件的显示单元（如果存在的话）上，和/或可以保存到其内部存储器和/或发送到普通的远程控制单元。该类型的热计量器件仅对于具有所谓的载热流体的“水平”、“环”或“区域”供应的加热设施而言在经济上是有利的。

该类型的系统需要在每个起居单元（accommodation unit）中的内部供应环（supply ring）（或者有限数量的环），该内部供应环服务于起居单元的所有加热单元并且连接到来自主供应的单个分支点。在该情况下，由单个起居单元的所有加热单元所供应的能量可以由用于起居单元的每个内部环的单个直接计量表来计量。相似地，在该情况下可以通过经过在来自主供应的分支附近插入用于供应环的电磁阀来控制载热流体的流动，调节温度。

另一方面，如果供应系统是竖管（riser）或者竖直类型的，其中单个起居单元的每个加热单元连接到竖直地延伸经过整个建筑物的主供应的不同管道，则直接热计量系统在经济方面是昂贵的，因为每个加热单元都需要分立的热量计并且因此需要带有其电子系统的分立的传感器组（两个温度传感器和一个流量传感器）。该后面的方案因此会需要高度侵入性的安装工作，会承担与加热单元的数量成比例地增加的费用，并且会对起居单元的外观具有显著的影响。进一步的缺点来自于以下事实：流量传感器的整体尺寸超过了在加热单元和嵌入有载热流体递送和返回管道的墙壁之间可用的空间；此外，流量传感器需要附加的上游和下游直管道延伸（pipe run）以限制流体中的会降低测量结果精度的紊流发展。因此，出于物理原因，流量传感器通常无法安装在每个加热单元处。此外，取决于由任何给定的流量传感器所使用的物理原理，它可能具有其他缺点。例如，如果流体具有高的悬浮杂质含量（这正是在加热设施中所使用的流体中的情况），则机械流量传感器的性能随着时间而降低。诸如电磁或者超声波传感器的其他类型的流量传感器需要太多的能量用于其电源并且太昂贵。因此，尽管直接热量计是用于测量所传递的热量的理想器件，但是在过去，它们从未被用于计量在竖管类型的中央加热系统与其用户之间交换的热量。

另一类型的用于计量由中央加热或冷却设施所服务的用户的消耗的系统使用热费分配表（heat cost allocator）。热费分配表是已存在了几十年并且被设计为解决计量竖直（竖管）设施的热量的问题的器件。操作原理是基于：

- 由安装在加热单元的前表面上的热费分配表测量加热单元的平均温度；

- （如果必要的话）直接测量在热单元和建筑物的整个供应设施之间交换的总热能；

- 加热单元的简化模型，以及

- （如果必要的话）测量每个加热单元工作所处的环境的平均温度。

尽管热费分配表是最广泛类型的系统，但是它们承受有各种缺点，包括如下事实：它们必须以表示单元的平均温度的特定位置被安装到每个加热单元的前表面。此外，它们的易接近性使得它们可以易于被窜改，并且费用分配的精度随着与每个各个热费分配表相关联的加热单元的工作条件的变化增加而降低。这个普遍使用的已知技术的其他缺点来自于以下事实：在存在位于加热单元以及安装于其上的热费分配表前方的家具或者物体时，热费分配的精度变得降低。最终，公知的是描述其上安装有热费分配表的加热单元的模型的、对用于计量目的的热费分配表的配置所需的参数并不总是已知的，因为仅有某个百分比的加热单元由系统的制造者在气候试验室（climatic test chamber）中基于热费分配表的适当测量结果所识别。如果在加热单元中载热流体的流动例如由于在其阀处或者在其下端处沉淀的沉积物而被部分地阻挡，则这些参数也可能随着各年以未知方式变化。

更不精确并且因此使用得更不广泛的另一方法可以应用于区域供应设施和竖管设施。在该方法中，每个起居单元的加热消耗的分配是仅仅基于使用的时间段。然而，由于载热流体在其沿着供应线路的流动中出现压力损失（也称为压头（head）损失）和热损失，这没有考虑到很多在实际中使得不可能具有流入载热流体（incoming heat carrier fluid）对于任何给定使用状态的相等的流量和温度的物理因素。

此外，在每个起居单元中的加热单元的类型和尺寸可能例如因为重建而随着时间被修改，并且可能在一个起居单元与下一个起居单元之间不再一致。

另一计量策略是基于对间接物理量的测量结果，诸如要计量其对热能的吸收或释放的起居单元中的环境的那些间接物理量。下面给出一些相关专利文献的简要描述。

根据德国专利DE 30 12 267，通过使用起居单元和热常数（传递率）之间的近似关系（vicinity）以及划分墙壁的表面的拓扑知识来估计在加热设施和每个起居单元之间交换的热能，以便计算由较热单元从较冷单元的“热量减损”。该技术基本上是基于每个加热的环境的内部温度、分立的元件（墙壁、地板、门和窗框以及房顶）的热常数以及外部温度的知识。根据对起居单元的内部环境的影响以及用户综合体的一些结构参数来估计由加热设施所释放的热能。

该类型的系统承受有大量缺点，包括：需要位于起居单元中的高数量的传感器；在该方法与较小数量的环境温度传感器一起使用的情况下（经常就是这样），计量的精度降低。这是因为在起居单元的环境内部的空气温度可以例如由于在地板与温度传感器所在的天花板之间的高度或者与位于建筑物外部而非内部分区的围墙、与加热单元或与窗户相邻而在一个房间与下一个房间之间以及在同一个房间内极大地变化。

EP 0 844 468使用了根据每个所监控的环境中存在的空气体积的知识并且根据在每个环境中所测量的连续最小温度和最大温度之间的温度差（例如由于加热单元从“切断”状态改变到“接通”状态所在的时间段）来得出热消耗以便保持温度在所想要的值的区域中的想法。

该系统的缺点是该方法不仅承受有与前面情况中相同的、与一致地表示了各种起居单元中的内部平均温度的温度测量结果有关的严重问题，导致计量精度的降低，而且还具有忽略了在其中加热单元被带入其正常工作状态的时间段期间损失到外部环境的热能的缺陷，换言之，为了在从先前的较低温度进行加热的短暂时间段之后保持内部温度在所想要的水平的区域中的目的并且为了仅仅补偿到外部的热损失的目的，因此仅仅考虑到提升内部空气温度所需的能量。

WO 03/60448描述了一种用于根据所选择的热舒适度等级来将热费分配到公寓的不同房间的方法。该方法基于在房间内部的周围温度、房间的体积以及外部周围温度的知识来工作，从而做出基于度日（degree-day）的校正。具体地，假设从建筑物的内部环境传递到外部环境的能量等于由加热设施所释放的能量，则该方法通过（部分地）对内部环境建模并且测量周围温度来估计该能量。

所述方法具有如下缺陷：其假设在建筑物内部的环境和外部环境之间交换的热能等于在内部与加热设施交换的热能，并且错误地假设在起居单元内部和外部之间交换的热能可以仅仅根据内部体积并根据热舒适度来推出，所述热舒适度定义为在起居单元中不考虑热传递率所达到的温度。这意味着，如果存在具有相同体积的公寓，但是它们之一例如由于较老的门和窗框或者不同的外部暴露而具有较大损失，则在该公寓达到与其他公寓相同的平均温度（热舒适度等级）的情况下，会记录相同的消耗。因此，矛盾的是，该方法并未奖励针对节能（例如通过在更好的墙壁或者框架绝缘上进行投入或者通过限制开窗户的时间来实现）的用户行为，因为这被能量计量所忽略。例如，总是开着窗户并因此具有最大消耗的公寓将基于零或者几乎零花费来进行计量，因为内部温度将类似于外部温度。同样相当难以精确地确定公寓或者房间的平均温度，因为这可以随着关于墙壁或者孔的位置或者随着高度而有时在很大的程度上变化。尽管指定了传感器沿着载热流体供应回路来放置，但是这些传感器用于启动或停止计量，而不参与热消耗的估计。

此外，该方法未考虑到加热瞬态，换言之，有可能需要在不用局部设施延长的时间段之后达到所想要的温度，该方法也没有考虑到将内部温度提升到至外部的损失以上所需的能量消耗。

最后，描述了基于“度日”原理的计量方法的UNI 9019标准也是基于加热设施对在起居单元内部的环境的热影响的测量结果，并且承受有类似的精度问题。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种用于测量热量的改进的系统和方法，其可以克服已知技术的这些缺点和其他缺点并且也可以以简单经济的方式来应用。

根据本发明，借助于如所附权利要求1中所定义的虚拟热量计系统以及如所附权利要求13中所定义的用于估计在中央热设施的多个热交换器器件和用户综合体之间交换的热能的方法，实现了该目标和其他目标。

根据由本发明所提出的系统和方法的计量方法不是基于对起居单元内部的加热设施的环境影响的测量结果，也不是基于热费分配表类型的方法。因此，与现有技术相比，下面详细描述的根据本发明的系统和方法再次利用了直接测量与每个热交换器器件相关联的热量的原理，因此避免了上述间接方法的所有负面特征，但是省去了用于每个加热单元的热计量器件的安装和使用，因此极大地降低了所安装的计量传感器和器件的数量，同时实现了对由每个热用户所吸收的热量的高度精确计量。特别地，根据本发明的系统和方法使得有可能将直接热计量的原理应用于每个加热单元，而无需安装和使用用于每个加热单元的、作为形成直接热量计的一些部件的流量传感器和电子处理系统。

出于这些和其他原因，由本发明所提出的系统和方法例如在将旧的中央加热设施转换为用于为终端用户计量能量费用的功能自主设施中是特别有用的。

附图说明

参照附图，本发明的其他特征和优点将根据以下纯粹通过非限制性示例方式给出的详细描述而变得清楚，在所述附图中：

图1是根据本发明的系统的可能示例性实施例的框图；

图2是应用了图1的系统的加热设施的示例的示意性图；以及

图3是通过示例方式示出图2中所示的加热设施的热和流体动力学模型的框图。

具体实施方式

在本说明书中以及在权利要求书中，将参照由以下定义给出其所指的含义的多个术语。

用户综合体：这是与加热设施交换热能的建筑（structure）组的建筑。例如，该综合体可以是一个或多个各种类型的建筑，诸如住宅建筑物（诸如公寓楼、排屋、平房（bungalow）等）、商业建筑物、工业建筑物或独立式建筑物。

热用户：这是特别是为了任何随后的计量的目的而要监控其热能消耗的用户综合体的一般部分。它可以是起居单元或者一组这样的单元、起居单元的特定区域或者子区域、起居单元的房间、或者甚至是由设施的单个热交换器所加热的环境。

中央热设施：这是意在生成热能并且经由供应回路借助于载热流体来将热能传递到用户综合体的热用户、或者意在从用户汲取热能并且将其释放到外部环境中的设施。该设施可以是加热或者冷却设施。在本发明的实施例的示例中，其将被描述为已知类型的具有用于加热载热流体的热单元（或锅炉）和用于在闭合供应回路中建立该流体的受迫循环的泵送器件的加热设施。

热设施包括：

i）供应回路：这是形成载热流体直到设施的热交换器连接至的终点的路径的管道、分支、接头和阀器件的集合；

ii）热单元：这是用于生成从供应回路得到的流动载热流体中热能的变化的装置。如果一个或多个热用户要被加热，则载热流体中热能的变化会是正的。相反，如果一个或多个热用户要被冷却，则载热流体中热能的变化会是负的。例如，在加热设施的情况下，热单元可以是已知类型的锅炉；

iii）泵送器件：这可以是用于建立经过供应回路的载热流体的受迫循环的任何装置；

iv）热交换器器件：这些是用于在供应回路中流动的载热流体和热用户之间交换热量（例如通过对流或辐射）的各个元件。这样的热交换器器件的示例可以是一般加热单元（诸如用于加热在建筑物内部的环境的热虹吸器）或者风机盘管单元（借助于受迫通风来工作并且可用于加热和冷却）。

参照图1，这示出了根据本发明的系统的可能示例性实施例的示意性框图。

整个系统由附图标记10来表示，并且与由中央热设施I加热的用户综合体U相关联。在所讨论的实施例中，用户综合体U被看作住宅建筑物，而中央热设施I被看作加热设施。然而，如上述的并且如根据本说明书对于本领域技术人员而言将显然的，本发明的原理也适用于不同类型的用户综合体，包括诸如夏天空调设施的冷却设施的情况。

如图1中所示，用户综合体U包括多个热用户，诸如m个起居单元U₁、…、U_m，意在从加热设施I接收热量。该加热设施I包括：

-供应回路C，意在具有流经它的载热流体，

-热单元G，诸如锅炉，被布置为生成从供应回路C得到的载热流体中热能的想要的变化，以及

-已知类型的泵送器件P，诸如泵，用于建立经过供应回路C的受迫循环。

加热设施I还包括多个热交换器器件，诸如由符号H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm表示的n=n ₁ +…+n _m个加热单元，其中索引m表明起居单元U₁、…、U_m的总数，其中第一个下标表示所考虑的起居单元，而第二个下标识别了在该起居单元内的特定加热单元。加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm以如下方式连接到供应回路C：这些加热单元在m个起居单元U₁、…、U_m之间被分配，并且适于将载热流体的热量传递到它们所处的环境。取决于加热设施I的类型，各个起居单元之间的加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm的分配及其类型甚至可以在起居单元内变化。加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm也可以连接到竖管供应设施（也称为“竖直”供应系统）或者连接到内部环供应设施（也称为“水平”供应系统）。

系统10包括多个控制阀器件，诸如p=p ₁ +…+p _m个电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm，其中第一个下标表示所考虑的起居单元，而第二个下标识别了与该起居单元相关联的特定阀元件。电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm被插入和分配在n个加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm和供应回路C的管道的分支之间。因此根据各个电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm中每个电磁阀的致动状态来控制载热流体经过供应回路C和n个加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm的路径。

假设各个电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm被配置为根据是否想要加热相关联的加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm的环境而处于两个工作状态（即“打开”和“关闭”）中。因此供应回路C可以假设2^p个不同的工作配置，针对每种工作配置为经过n个辐射器H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm的载热流体定义了特定供应路径。电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm的致动可以由用户手动控制，或者由在这提供有周围温度传感器的情况下的每个各个电磁阀的电子控制器或由与每个起居单元U₁、…、U_m相关联的、负责控制各个起居单元U₁、…、U_m中的温度的局部控制单元（诸如已知类型的恒温器或恒温器定时器）来自动控制。

如在本领域中已知的，在竖管供应的情况下，第i个起居单元U_i的n_i个加热单元H_i,1, …, H_i,ni典型地与q_i个相应的电磁阀E_i,1, …, EV_i,qi相关联，其中n_i=q_i。然而，在内部环供应中，所有属于同一起居单元U_j的n_i个加热单元H_i,1, …, H_i,ni通常与单个电磁阀EV_k相关联，这拦截了来自竖直列的分支到达所有n_i个加热单元所连接到的内部供应环。如果阀器件安装到每个加热单元，则控制动作以及因此计量可以为同一起居单元中的加热单元的每个子组被进一步独立地划分。例如，n_i个加热单元可以被划分为两个组，每个有x和y个元件，使得n_i=x+y，以为加热单元H_i,1,…,H_i,x的组（例如在白天区域）和为组H_i,x+1,…,H_i,y（例如在夜晚区域）提供分立的温度控制并因此提供分立的计量。这也可以在水平供应回路的情况下容易地实现，如果在所考虑的起居单元中存在两个供应环，一个服务于加热单元H_i,1,…,H_i,x的组而另一个服务于组H_i,x+1,…,H_i,y的话；在该情况中，只需要两个阀器件，每个环有一个阀器件。

在下面将详细描述的持续了时间段Δt_TOT的正常工作模式中，加热设施I借助于被供应有流经供应回路C的载热流体的加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm，而将热能E供应给用户综合体U。前述总热能E以热能E₁, …, E_m的相应各个量在各个起居单元U₁、…、U_m之间分配。如上所述，根据本发明的系统10的目的是得到在加热热设施I和起居单元U₁、…、U_m之间单独交换的热能的估计值ê₁, …, ê_m。

系统10包括多个主传感器，这多个主传感器被布置用于在前述指定的时间段Δt_TOT期间以采样间隔Δt测量表示供应回路C的工作的物理量并且供应表示关于每个这些采样间隔Δt的这些数据的第一信号。

更具体地，系统10包括至少以下组的主传感器：

-主流量测量器件12，被布置用于供应表示在多个加热单元所连接到的供应回路C的主递送部分C_man.中流动的载热流体的流量的第一信号Q_man.；

-第一和第二主温度传感器14、16，被配置为供应分别表示多个加热单元所连接到的供应回路C的递送部分C_man.和返回部分C_rit.各自中的载热流体的第一和第二温度的第二主信号T_man.和T_rit.；以及

-第一和第二主压力传感器18、20，被布置用于供应表示多个加热单元所连接到的供应回路C的递送部分C_man.和返回部分C_rit.中的载热流体的第一和第二压力的第三主信号P_man.和P_rit.。

如对于本领域技术人员将是显然的，第一和第二主压力传感器18、20可以有利地被替换为具有求出压力P_man.和P_rit.之间的差Δp（换言之，供应回路两端的总压降）的功能的单个差分压力传感器。

此外，如下面所更全面描述的，电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm被布置用于直接向系统10供应表示其各自工作状态（换言之，在所讨论的示例性实施例中阀打开或者关闭）的第四主信号s =s_1,1, …, s_1,p1, s_2,1, …, s_2,p2, …, s_m,1, …, s_m,pm。在本说明书的其余部分中，向量s也称为“工作配置向量”。基于第四主信号s =s_1,1, …, s_1,p1, s_2,1, …, s_2,p2, …, s_m,1, …, s_m,pm，有可能以明确的方式确定经过供应回路C的载热流体的供应路径，因此确定由后者所采取的工作配置。在其他变化实施例（未示出）中，系统可以提供有与起居单元相关联并且与电磁阀相分离的局部检测器或者控制器器件，其方式使得可以设定和检测它们的工作和配置状态以供应表示这些致动状态的信号。例如，如果起居单元提供有控制电磁阀的恒温器定时器器件，则这些起居单元可以存储并且供应与致动状态s_1,1, …, s_1,p1, s_2,1, …, s_2,p2, …, s_n,1, …, s_n,pn在每个采样时刻Δt中的时间段Δt_TOT期间变化的方式相关的所有必要的信息。

优选地，相对于给予载热流体的方向，主流量测量器件12位于紧接在泵P下游的供应回路C中。

优选地，相对于给予载热流体的方向，第一主温度传感器14位于紧接在热单元G上游的供应回路C中，而第二主热传感器16位于紧接在包括热单元G和泵P的组下游的供应回路C中。

优选地，相对于给予载热流体的方向，第一主压力传感器18位于紧接在热单元G上游的供应回路C中，而第二主压力传感器20位于紧接在包括热单元G、泵P和流量测量器件12的组下游的供应回路C中。

系统10还包括控制单元22，其包括用于接收和存储与由前述主传感器组以每个采样间隔Δt供应的主信号Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit和s相关的数据的存储器模块23。应该注意的是，所选择的采样间隔Δt是合宜地小于加热设施的物理行为的特征时间常数。

与表示供应回路C、加热设施I和系统10的热和流体动力学模型M相关的数据初始地存储在存储器模块23中。下面描述热和流体动力学模型M的识别和定义的过程和特性。

控制单元22还包括处理器模块24，其被配置为从存储器模块23（或者可替选地直接从主传感器的同一组）获取所存储的主信号Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit和s，并且被配置为基于也存储在存储器23中的热和流体动力学模型M来处理这些主信号。

处理器模块24因此被布置用于使用对由每个加热单元H_i,k所交换的能量的估计来供应表示对在整个时间段Δt_TOT期间在热设施I和每个热用户U₁、…、U_m之间单独交换的实际热能E₁, …, E_m的估计的输出数据ê₁, …, ê_m，ê_i,k属于第i个用户或起居单元。

可选地，处理器模块24可以包括第一和第二子模块24a和24b。

第一子模块24a被布置用于实施处理主信号Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.和s的中间操作，并且被配置为基于热和流体动力学模型M来供应以下第一和第二中间数据：

和

这分别表示对流经每个加热单元的载热流体的各个流量在每个采样间隔Δt中的估计以及对每个加热单元的入口和出口处的载热流体之间的热差的估计，因此形成施加到每个加热单元终点的虚拟热量计。

在本发明的上下文中，术语“虚拟热量计”指的是用于基于传统热量计原理但是无需使用任何对经过元件的载热流体的流量的直接测量并且有可能无需温度测量结果来测量和计算由载热流体所流经的热交换器器件与其环境所交换的热量的器件，所述温度测量结果是基于与供应回路的包括设施的所讨论的热交换器和多个其他交换器元件二者的较大部分相关的、物理地并且各自地同类的测量结果（也就是说，流量和温度的测量结果）。

第二子模块24b被配置为接收前述中间数据

和

并且被布置用于供应输出数据

ê_1,1, …, ê_1,n1; ê_2,1, …, ê_2,n2; …; ê_1,m, …, ê_1,nm

其作为整体与时间段Δt_TOT（例如整个加热设施的整个操作期）相关并且表示对在每个热交换器H_i,k和其所属的起居单元U_i之间交换的热能的估计。为了得到前述输出能量数据ê_1,1, …, ê_1,n1; ê_2,1, …, ê_2,n2; …; ê_1,m, …, ê_1,nm，第二子模块24b针对由一般热交换器H_i,k传递到其所属的起居单元U_i的热功率的时间来计算和或积分，也就是量

。在一般第i个起居单元的加热单元和该第i个起居单元的内部环境之间交换的总热功率因此等于和

，这可以通过以下中间数据求出

和

这是由第一子模块24a基于以下公式所供应的：

前述公式是表达借助于流动的载热流体来交换的能量的连续时间等式的离散化

，

其中

-

是流体的热容量，

-

是第i个起居单元的第j个加热单元的入口和出口之间的载热流体的温度差，

-

是经过第i个起居单元的第j个加热单元的流体的质量流量，

-

是第k个采样时刻，

-

是关于k=0的初始采样时刻，并且

-

是最终的采样时刻，并且使得

分别与用户U₁、…、U_m有关并且等于对属于同一第i个用户的每个加热单元的能量传递的估计之和（ê_i = ê_i,1+ …+ ê_i,n1）的输出能量数据ê₁, …, ê_m可以以适当方式存储在存储器23中，或者可以发送到附加的远程器件用于后续处理。

要理解的是，可以用任何对于本领域技术人员已知的方式发生向控制单元22发送主信号Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.和s，例如借助于已知类型的无线或无线电链接。清楚地，对于中间数据

和输出数据

ê_1,1, …, ê_1,n1; ê_2,1, …, ê_2,n2; …; ê_1,m, …, ê_1,nm

以上注释也是有效的。

因此，组成控制单元22的模块和子模块也可以分布在用户综合体内部或外部的不同位置。

如下面还将更全面描述的，通过使用用于得到输出数据ê_1,1, …, ê_1,n1; ê_2,1, …, ê_2,n2; …; ê_1,m, …, ê_1,nm的该方案所获得的优点之一表现在极大减少了在设施的工作模式期间必须测量的并且对各个起居单元U₁、…、U_m的热消耗的可靠估计所需的物理量。因此减少了必须安装在用户综合体U和中央热设施I中的传感器和器件的数量。这是因为，简单地通过使用表示供应回路C的整体工作条件的并且被应用于热和流体动力学模型的主信号Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s，有可能以甚至比以上描述的可替选的现有系统的精度更大的精度来预测在静止条件与水力学和/或热瞬态条件两者下以及还有在任何异常下热设施I借助于各个热交换器元件H_i,k和起居单元U₁、…、U_m之间的热交换的数量。这简化并改进了安装过程，减少了系统的总费用，减少了维护工作并且限制了安装在起居单元U₁、…、U_m中的器件的视觉冲击。

优选地，系统10包括从属传感器的组，从属传感器包括布置用于供应从属或者识别信号的从属热传感器（未示出），其表示在供应回路C的其他部分中并且尤其是在供应回路C的从属分支或者在加热单元附近的终点处流动的载热流体的温度。

例如，如果在供应回路C中有大量竖管，则有可能在紧接在来自主回路的竖管的递送分支下游并且紧接在朝向主供应回路的竖直返回管道的接头上游的竖管部分中安装这些从属热传感器。这些传感器可以必要时安装到所有竖管或者合宜地安装到有限的表示性样本。

在另一示例中，有可能在一个或多个可能已经沿着主供应线路存在的旁路部分中包括一个或多个从属流量传感器（未示出）。这样的从属流量传感器被布置用于根据由流体回路C所采取的工作配置（也就是说，基于控制阀器件的工作状态）来供应表示相应旁路部分中的流量测量结果的从属信号。前述从属流量传感器因此对于求出沿着相应旁路上的闭合供应部分的流体压降而言是有用的。

根据另外的示例，还有可能在可能存在的一个或多个旁路部分中包括一个或多个附加的从属温度传感器（未示出）。这样的从属温度传感器被布置用于供应表示旁路部分的终端部分中的温度的、以及表示沿着通向相应旁路的供应回路的整个部分的热损失的从属信号。

根据另一示例，有可能得到关于包括被布置用于供应表示一个或多个加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm的入口和/或出口处的载热流体的温度的信号的附加的从属热传感器的水力学回路C的工作的进一步信息。

最终，根据另一示例，有可能在回路的可以合宜地测量压力的部分中包括一个或多个单个的或者差分的压力传感器，以便确定在同一供应回路的两个点之间的流体压降；或者以便给移动压力传感器的安装提供自封闭的连接。

这组从属传感器优选地不由系统10用来进行工作模式中的直接实时测量以便计量所交换的热能，尽管上述的所有现有技术系统都是以这种方式使用的。相反，仅仅为了识别（也就是说，确定）针对系统在其上工作的每个特定设施I所定义的热和流体动力学模型M的特性参数的相应值的目的，这些传感器用于下述的热和流体动力学模型M的识别模式中。从属传感器的组因此可以用使得它们可从加热设施I并且特别是从供应回路C移除的方式合宜地安装。如对于本领域技术人员将清楚的，随着所安装的从属传感器的数量的增加（也就是说，随着供应回路C中的测量重要物理量的部分的数量的增加），对热和流体动力学模型M进行识别的过程变得更加精确。因此热和流体动力学模型M可以在其输出处供应更加精确的对加热设施I经由热交换器H_i,n与起居单元U₁、…、U_m之间交换的热能的估计。

为了更精确地工作，一些从属传感器，特别是被布置用于供应表示一个或多个加热单元的入口和/或出口处的载热流体的温度的信号的从属热传感器，可以被包括在系统的主传感器（也就是说，在设施I的工作期间为了计量所交换的热能的目的而使用的那些传感器）当中。

此外，系统10可以必要时包括辅助传感器组（未示出），其被布置用于供应表示与供应回路C外部的元件和部件相关的物理量的辅助信号，但是再次出于识别热和流体动力学模型的目的或者用于在没有同一加热单元的入口和出口处的载热流体的温度的从属传感器的情况下增强在每个加热单元与其用户之间交换的能量的估计精度，而非如上述已知方法的情况将会那样，出于收集用于估计由建筑物的内部环境和外部环境所释放的热能的测量结果的目的。

因此，作为另外的示例，第二传感器组可以包括被配置为供应表示起居单元U₁、…、U_m的相应内部区域中的周围温度的信号的辅助热传感器（未示出）。因为在起居单元U₁、…、U_m内部的房间之间温度可以基本上变化，所以也有可能安装多个这些辅助内部周围温度传感器，每个区域一个或者每个房间一个，不像用于此处所描述的计量方法的直接支持那么多，而是作为可能包括将单一起居单元的内部环境划分为多个独立控制区域的温度控制系统的伴随物，使得有可能针对每个区域独立地设定所想要的温度。在该情况下，如上所述，加热单元H_i,1, …, H_i,ni被划分为组，每个组涉及特定的控制区域，每个区域与检测表示其所涉及的区域的平均温度的内部周围温度的一个或多个传感器相关联。同样在该情况下，关于第i个起居单元的电磁阀的打开或关闭状态的信息可以由工作配置向量s_i（t）表示。

然而，因为另外的周围内部和/或外部温度测量结果可用于控制目的，所以热和流体动力学模型M也可以考虑到由以下附加的辅助信号做出的贡献以便增加估计所交换的热能的方法的精度。

- 由辅助热传感器所供应的辅助信号；以及

- 由外部辅助热传感器所供应的外部辅助信号。

此外，控制单元22有利地包括识别模块28，其被布置用于实施热和流体动力学模型M的特性参数的初步识别并且随后用于将其值供应给存储器模块23。

识别过程包括在安装时发生的第一全自动或半自动步骤。

第一步骤的目的是得到描述每个各个中央热设施I和系统的传感器和致动器的物理行为的热和流体动力学模型M的特性参数的值。该识别过程是对安装有由本发明所提出的系统的每个热设施I实施的。优选地，使用实验室来识别诸如传感器、泵和致动器的标准部件的行为模型并且来核实由制造商所宣称的特性，并且如果安装了相同的部件则无需为每个设施重复整个识别过程。另一方面，在考虑中央热设施I的情况下，对所交换的热能的该估计的创新使得定义了对于每个各个设施有效的设施I的热和流体动力学模型M，并且通过在在线或者离线处理的不同的预定工作配置中做出多个测量以得到前述特性参数的值而被有效地识别。因此，与特定中央热设施I相关的所有物理元件被有效地建模和识别，并且没有像热费分配表和安装有分配表的加热单元的情况那样，基于预定的表格而被简单地采取。

为了便于确定这些特性参数的值，优选的是使用一组物理假设，这使得整个识别过程能够在确保以这种方式识别的模型符合所想要的精度要求的同时被简化。

物理假设如下：

- 系数的恒定性与温度变化无关：假设压降不根据实际工作范围中载热流体的温度波动而变化，以及

- 完全的特征化与流动条件（紊流或层流）的变化无关：假设在不同流动条件中压降的变化完全且充分地以对用于计算紊流和层流条件中的压降的相应传统公式的使用为特征。

识别过程意在必要时提供每个识别步骤所需的工作条件。例如，可能有必要创建关于热和流体特性稳定的稳态工作条件。因此，在从前面的工作条件向下一工作条件变化期间，通常的实践是等待直到完成了瞬态稳定（settling）期并且建立了新的常规工作条件为止。这些稳态条件可以例如在确定沿着供应回路的特定部分的热量或压力损失中是有用的。在其他识别步骤中，过程意在提供受控的瞬态条件以便在正被识别的元件的入口处创建合适的激励。这可能例如在识别加热单元的热行为时发生。

尽管在以下示例中已经关于建模做出了特定选择，但是根据本发明的系统和方法涉及可以用任何类型的数学模型来得到的对在用户综合体和中央热设施之间交换的热能的估计，假设其一致地表示热设施的每个部件单元的真实物理行为的话。目标是得到与每个热交换器器件相关联的虚拟热量计，换言之，得到由每个加热单元所释放的能量的一致且精确的估计测量结果而不使用物理传感器（入口温度传感器、出口温度传感器、载热流体流量传感器以及电子处理系统）以构建热量计。可能的通常模型类型包括“黑箱”、“灰箱”和“白箱”类型；对于模型的类型和特定的模型的选择会影响识别过程。

术语“白箱模型”表明基于直接识别并使用描述支配所描述对象的工作的物理现象的等式的模型。

术语“黑箱模型”表明不需要了解要被表示的真实系统的物理规律的模型。通过以适当的输入来“激励”真实系统并且测量已生成“激励物”的真实系统的输出而表征模型。随后使用统计标准来表征该类型的模型。

术语“灰箱模型”表明基于从支配真实物理系统的行为的物理现象的部分知识中得出的参数等式的两种前述类型的混合。该类型的模型也经受适当“激励”并且使用所得到的输出来确定等式的参数。

对于识别过程的第一步骤，要估计的特性参数主要由结构和静态及动态行为来确定，并且部分由针对如下热设施的每个部件单元所选择的特定模型来确定：

- 加热设施，

- 供应回路，

- 加热单元，

- 电磁阀，以及

- 系统中安装的传感器。

有利地，识别模块28实施致动和测量的过程以识别表示泵P、主流量测量器件12、电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm、温度传感器14和16、供应回路C和加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm的行为的特性参数。如上所述，这些过程可以合宜地根据环境在实验室中实施或者直接在中央热设施I上实施，并且通过以下来执行：

- 设定诸如阀器件和泵工作条件的状态的致动状态；

- 必要时适当地激励被识别的元件的入口；

- 获取在各个元件或者整个热设施的出口处响应于激励物的测量结果，以及

- 处理测量结果数据以提取与特定模型有关的特性参数的值。

下面描述的对于系统和热设施的各种元件而言重要的所有参数涉及其中已选择了特定但非排他性的数学模型来表示每个元件的热和流体行为的示例。

关于泵P，在识别模块28的输入处被有利地供应的特性参数包括下表中所列的那些：

参考主流量测量器件12，由识别模块28有利地识别并且随后评价的特性参数包括下表中所列的那些：

参照电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm，由识别模块28识别并且随后评价的特性参数包括下表中所列的那些，假设如下表示电磁阀（例如，带有具有约120秒的致动时间的慢致动器的机械阀）的行为的模型：

- 对于在全打开状态中的机械阀的流体行为，通过集中的压力损失以及由此通过传统等式（“白箱”模型）：

其中

是电磁阀两端的压力损失（流体压降），

是压力损失系数，而

是流量，并且

- 对于致动器，假设如果适当地识别，则简化了具有介质致动延时的打开和关闭瞬态的“通/断”模型没有降低整体计量的精度。

还应该注意的是，针对电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm，如果这些是慢工作类型（例如在双方向上具有约120秒的切换瞬态的电热致动阀）的，则瞬态压力损失

是可变的，因此不能由单个参数来表示，除非在第二分析中发现诸如平均值的积累统计量是显著的。在任何情况下，由在整个打开和关闭时间段期间各个电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm两端的压力差的测量结果的集合给出瞬态压力损失

。在所有情况下，压力损失根据安装有致动器的阀的类型和尺寸以及所使用的致动器的类型（直阀、L形阀等）而改变，并且识别因此必须在每种情况下重复。

参考主温度传感器18、20以及从属传感器，由识别模块28识别并随后评价的特性参数包括下表中所列的那些。

参考组成供应回路的各种部分和元件，由识别模块28识别并随后评价的特性参数包括下表中所列的那些，假设例如选择了“白箱”类型的描述性流体动力学模型，如下面的通常等式所表示的

其中，k是元件两端相应的压力损失（压降）系数，

是经过在本示例中被假设为在完全紊流条件下工作的元件的载热流体的质量流量。根据需要，可以通过流体供应回路的元件类型（直的和弯曲的部分、连接器/断路器、歧管等）的变化和/或通过可以由雷诺数来表示的流体条件的变化，做出其他规格。

参考其中在本示例中已经选择了“黑箱”数学模型或者更具体地说二阶ARX滤波器的加热单元，由识别模块28所识别并随后评价的特性参数得自于最小平方数字估计算法。该类型的滤波器有效地逼近了在加热单元的出口处测量的载热流体温度的变化。加热单元的“黑箱”热模型的二阶ARX等式如下：

并且其识别优选地基于对入口和出口温度以及对加热单元的不同瞬态和稳态工作条件下的相应流量的采样。

如上所述，在识别组成由根据本发明的系统和方法所使用的整个热和流体动力学模型M的各种建模单元的步骤之前通常是由人类操作员对中央热设施进行分析，这适于定义以下：

- 现有热设施的结构；

- 针对建筑物的房间的生成和供应实施的各种元件的拓扑布置；

- 针对设施和建筑物的结构的系统的器件和传感器的布置；以及

- 控制系统的功能定义，诸如在单个起居单元内划分为独立控制的区域。

该信息被提供给识别模块28以实现识别过程。如果识别模块28能够设定所有必要的工作状态和/或激励并且能够为该过程测量所有必要的物理量，则该过程可以是全自动的。

可替选地，如果它由识别模块28在手动地设定具体工作状态和/或使用移动测量器具来确定供应系统中的各点处的特定物理量的人类操作员的支持下实现，则识别过程可以是半自动的。这可以是需要的以便分辨在特定热设施的识别中的关键点而无需安装仅会使用一次的固定传感器。

基本上，在识别过程的该步骤中，识别模块28被布置用于：

- 在供应回路C中设定设施的工作配置s（t）和激励的预定序列（尤其是关于由泵创建的特定压头和载热流体离开热单元的温度），并且

- 通过根据在供应回路C中设定的工作配置s（t）的序列来确定主信号Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s（t）和上述从属信号的变化，识别初始定义的热和流体动力学模型M。

在所有情况下，在工作条件中，换言之，当系统10需要估计向热用户发出（在冬季）或从热用户吸收（在夏季）的热量时，所使用的测量结果组非常小，因为仅有必要确定在全局上与供应回路C和工作配置向量s（t）相关联的载热流体的量ΔP（沿着整个主线路的压力差）、ΔT（沿着整个主线路的温度差）和

（沿着主线路的流量），该工作配置向量s（t）在该情况下不是由识别模块在外部设定的，而是在每个起居单元内局部地且独立地设定的，这是为了控制温度并将其保持在由每个用户自由选择的值附近的目的；所有中间量，包括对于在起居单元的内部环境和加热单元之间交换热量而言重要的那些中间量，是由系统和方法所使用的设施的热和流体动力学模型M所估计的量。换言之，建模的结构单元的出口处及两端的温度的估计值、载热流体流量的估计值以及压力损失的估计值（参见图3中的示例），是基于模型及其特性参数并且根据对于前一单元做出的相同物理量类型的估计来确定的。该规则的例外是在整个主供应回路的递送和返回部分中实际测量的压力、温度和载热流体流量的物理量；在图3中的示例中，第一单元A1对紧接在其中在流体回路内测量瞬时压力、温度和流量的物理量的泵下游的主供应线路的第一递送部分进行建模。类似地，在主供应线路的最终返回部分中确定载热流体的压力和温度，这对应于图3中的示例中的建模单元A11。由于其中回路的各个元件的每个建模单元的输入处的量的值都是由前一单元以非常高的精度估计的值的该创造性方案，所以极大减少了传感器和器件的数量，同时维持了关于对交换的热能的估计的质量的所想要的规格。

因此，在前面识别的系统的工作阶段期间，为了做出对热用户和中央热设施I之间交换的热能的独立估计，第一处理模块24a可以使模型的每个结构单元与前一单元和后继单元相关，以便得到特有的热和流体动力学模型M，该热和流体动力学模型M通过附加地使用工作配置向量s =s_1,1, …, s_1,p1, s_2,1, …, s_2,p2, …, s_m,1, …, s_m,pm的时间变化的知识而表达了以下关系：

- 紧接在供应回路C的泵送器件下游的主递送部分C_man.中流动的载热流体Q_man.的流量的关系；

- 供应回路的每个部分的估计的压力损失

的关系；

- 供应回路C的各自主递送部分C_man.和主返回部分C_rit.之间的载热流体的压力差

与对流经热用户U₁、…、U_m的每个加热单元（在竖管供应系统的情况下）或者每个加热单元组（在水平或者区域供应系统的情况下）H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm的载热流体的流量的估计

的关系；

- 分别出现在紧接在泵送器件下游的主递送部分C_man.中和出现在紧接在供应回路C的热生成器上游的主返回部分C_rit.中的载热流体的第一和第二温度T_man.和T_rit.的关系；

- 估计的经过每个加热单元的载热流体流量

的关系，以及

- 与供应回路的每个部分相关联的估计的热损失与对与热用户U₁、…、U_m的每个加热单元H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm有关的热差分的估计

的关系。

显然，前述关系取决于电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm的致动状态s_1,1, …, s_1,p1, s_2,1, …, s_2,p2, …, s_m,1, …, s_m,pm，这定义了每种情况下供应回路C的不同工作配置。

特别参照图2和图3，给出了其中定义并识别热和流体动力学模型M的热设施的简化示例的示图。所考察的结构是具有两个竖管和两个起居单元U₁和U₂的热设施I，其中每个这些都具有两个相应的加热单元。

在该示例中，热设施包括各种由字母数字参考符号表示的结构单元，每个字母数字参考符号都包括跟随有数字的字母。

每个字母表示所识别的每个结构单元的类型，如下：

- 字母A表示供应回路的管道的直的部分，其特征在于分布的压力损失；

- 字母B表示管道以集中的压力损失为特征的部分，如在弯曲的部分、节流阀、平衡阀、安装到线路的传感器等的情况中；

- 字母C表示将两个分立的进入流结合为单个离开流的T形接头；

- 字母D表示将进入流划分为两个分立的离开流的T形分支；

- 字母F表示旁路阀；

- 字母G表示加热单元，并且

- 字母U表示热用户。

跟在相应字母后面的每个数字提供了对加热设施中的每个元件的特有识别。在图2的示例中，加热单元G₂₈和G₂₉与可以例如是起居单元的热用户U₁相关联，而加热单元G₃₀和G₃₁与用户U₂相关联。

此外，在图3中，参考符号Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man. 和P_rit.表示借助于根据本发明的系统的传感器做出的测量。另一方面，当前述参考符号

和T伴随有下标和符号“^”时，它们指的是由下标所识别的模型的结构单元的输出处的估计值。例如，根据热和流体动力学模型M，识别离开结构单元A20的载热流体的流量的估计值。

如上所示，操作员必须在识别过程开始前描述热生成和供应设施I的结构并且随后描述相应的热和流体动力学模型的结构。该定义是通过指定表示供应线路的每个元件的模型的结构单元并且通过将它们置于彼此的输入/输出关系来产生的。它们也被针对建筑物的结构被置于它们的拓扑环境（context）中。应该注意的是，为了简便起见，估计的压力损失

从图3中被省略，但是在每个结构单元的流体入口和出口之间被估计。

作为引入上面所指的、由识别模块28识别并随后评价的特性参数的结果，处理模块24利用（在本示例中）表达如下之间的关系的热和流体动力学模型M：

- 入口处的载热流体的流量Q_man.、入口处的温度T_man.和出口处的温度T_rit.、以及在供应回路C的末端处实际确定的压力损失P_man-P_rit，以及

- 载热流体流量的估计的出口值，估计的入口温度和出口温度

、以及关于每个热器件G28、G29、G30、G31的压力损失。如上所述，前述关系也取决于电磁阀EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm的致动状态s_1,1, …, s_1,p1, s_2,1, …, s_2,p2, …, s_m,1, …, s_m,pm。使用图1的命名法，我们求出以下等式：

- 对于起居单元U₁的用户：

，

- 对于起居单元U₂的用户:

，

因此，使用以下公式来为与起居单元U₁相关联的第一热用户计算估计的交换热能：

其中

表示在时间段Δt_TOT中在第一热用户和热交换器器件G30之间交换的热能的估计，

其中

表示在时间段Δt_TOT中在第一热用户和热交换器器件G31之间交换的热能的估计，

其中

表示流经并随后流出热器件G30的载热流体的质量流量根据时间的变化，

其中

表示流经并随后流出热器件G31的载热流体的质量流量根据时间的变化，

其中

表示进入热器件G30的载热流体的温度根据时间的变化，

其中

表示流出热器件G30的载热流体的温度根据时间的变化，

其中

表示进入热器件G31的载热流体的温度根据时间的变化，以及

其中

表示流出热器件G31的载热流体的温度根据时间的变化。

因此，本发明的进一步的优点在于如下事实：根据本发明的方法和系统10可以借助于用于识别所使用的热和流体动力学模型M的过程而自动地适于安装有它们的特定热设施I。这是因为对再现加热设施I的行为的热和流体动力学模型M的识别并未将该设施限制于任何预定类型的用户综合体U。

如对于本领域技术人员而言将清楚的，根据本发明的系统可以例如在共享同一加热设施的多个建筑物的情况下与多个互相关联的用户综合体相关联。取决于环境，使用单个中央控制单元或者层级地取决于单个中央监督单元的多个局部控制单元可能是可行的。

在未示出的本发明的变化实施例中，有可能提供用于将流经供应回路的载热流体的一些动能和/或热能转换为电能以向根据本发明的系统供应功率的器件。当然，用于中央加热/冷却设施的自主热计量系统的最有前途的应用之一是它们转换为关于对建筑物或者建筑物综合体的每个起居单元的热消耗的实际估计和温度控制在功能上自主的设施。对于这些转换系统的商业开发的最重要的限制是对形成控制和计量系统的器件的功率供应，尤其是对安装到加热单元或者内部供应环的电子系统和致动器的功率供应。现在，用于向这些器件供应功率的技术是：

- 电池供应；

- 干线供应。

第一方案的主要缺点是：

- 需要大量电池以供应每个起居单元的所有控制器件；

- 在很多情况下可能甚至在其第一个使用季节期间变得放电的这些电池的快速放电速度，尽管由制造商做出的保证；

- 电池更换的财务和环境影响；

- 更换电池的难度，对于相当一部分将电池的放电当做“器件破损”的用户来说不是轻松的任务。

另一方面，干线供应的缺点是由于以下事实：可能有必要对通常在墙壁内缺少本应需要的导管的旧建筑物中的中央加热和/或冷却设施进行转换以便用安全且隐蔽的方式将电力线路延伸到加热单元。这使得有必要提供可以为符合电气安全标准还所需的外部导管，这些导管附接到每个加热单元和最近的电气插座之间的墙壁。该方案是：

- 在视觉上高度不引人注意并且对终端消费者通常是不可接受的，以及

- 在资金和构造时间方面昂贵。

对用于向系统的器件供应功率的前述两个方法的可替选方案可以是提供例如具有安装在供应回路的一部分中的转子的微涡轮，其中载热流体以已知方式撞击转子，因此旋转连接到转子的轴，这进而驱动诸如交流发电机的发电机。借助于本领域技术人员所熟悉的布置，以这种方式生成的电能被用来直接供应系统的部件或者为其工作所需的电池充电。例如，这样的涡轮机和交流发电机可以集成在电磁阀器件及其电子系统中。可替选地，或者为了补充供应器件的该方法，有可能使用热电现象诸如由热电偶所使用的那些热电现象或者帕尔贴（Peltier）效应。以这种方式，电磁阀的电子系统和致动器可以例如通过直接将由它们控制的加热单元的热能转换为电能来供应。

可替选地，但非排他性地，用于向系统的器件并且如果必要的话向电磁阀器件提供局部功率供应的其他方法是：

- 直接将通过适当的化学添加剂而使得导电的载热流体的运动转换为电能的磁流体动力学或者磁流体力学（MHD）发电机，或者

- 一种系统，其生成在时间上交变的并且在供应回路的递送和主返回部分中同时共同的且相等的压力变化，以便在由设施I的泵P所生成的差分压头之外，得到在所有情况下由泵生成的内部压力之外、相对于外部压力贯穿回路以均匀的方式可变的供应回路的内部压力。回路C的内部压力在时间上交变的这个共同的变化可以通过安装在供应回路C的任何位置的、并且安装到要被供应的系统的一个或多个器件（包括电磁阀）或者其附近的适当换能器来转换为电能。该换能器可以例如是基于由回路C中相对于外部压力的该共同的内部压力变化所移动的活塞的、并且驱动诸如已知类型的压电单元或者交流发电机的适当发电机的机械系统。

在所有前述情况下，通过在回路C中流动的载热流体的动能或热能的转换而在要被供应的器件附近或者局部地生成的电能可以存储在集成到要被供应的器件（诸如电磁阀）中的适当蓄电池中。

由本发明提出的系统也与适当的恒温器定时器器件的设施兼容，所述恒温器定时器器件还借助于热设施的电磁阀的受控致动而用作位于起居单元的一些或者全部中的、并且设计用于监控和调节其所属的相应起居单元的区域或者子区域中的温度的局部控制单元（未示出）。显然，该布置没有产生与安装有该系统的设施的控制单元的常规工作的冲突。

自然，使本发明保持为其自身的原理、实施例的形式和构造的细节可以相对于纯粹通过非限制性示例方式给出的、所描述和图示的那些原理、形式和细节广泛地变化，从而不脱离如所附权利要求中所限定的发明范围。

Claims

1.用于估计在预定的时间段（Δt_TOT）期间在用于生成和供应热能的中央热设施（I）的多个热交换器器件（H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm）与用户综合体（U）之间交换的热能的虚拟热量计系统（10）；

所述用户综合体（U）包括多个要监控的热用户（U₁、…、U_m）；

所述中央热设施（I）包括：

-供应回路（C），适于具有通过供应回路的载热流体并且被布置用于选择性地采取多个其中为所述载热流体定义了各自供应路径的工作配置（s）；以及

-热单元（G），被布置用于生成从供应回路（C）流动的载热流体中的热能的所想要的变化；

-泵送器件（P），意在创建经过所述供应回路（C）的所述载热流体的受迫循环；

-多个热交换器器件（H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm），连接到所述供应回路（C），在所述热用户（U₁、…、U_m）之间进行分配，并且意在选择性地根据由所述供应回路（C）所采取的工作配置而具有通过多个热交换器器件的所述载热流体，并且适于允许所述载热流体和所述热用户（U₁、…、U_m）之间的热量交换；

虚拟热量计系统（10）的特征在于其包括：

· 第一传感器装置（12、14、16、18、20），适于与供应回路（C）相关联并且被布置用于供应对表示所述时间段（Δt_TOT）中所述供应回路（C）的工作的物理量进行表示的主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s），

其中所述主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）包括表示以下物理量的信号：

-在供应回路（C）的主递送部分（C_man.）中流动的载热流体的流量（Q_man.）；

-分别在供应回路（C）的主递送部分（C_man.）和主返回部分（C_rit.）中的载热流体的第一和第二温度（T_man.、T_rit.）;

-由供应回路（C）所采取的工作配置（s）；和

-载热流体在供应回路（C）的主递送部分（C_man.）和主返回部分（C_rit.）各自之间所具有的压力差（ΔP），

以及

· 控制装置（22），包括：

-存储器装置（23），被布置用于存储

初始定义并且表示中央热设施（I）的热和流体动力学模型（M），基于表示供应回路（C）和热交换器器件（H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm）的工作的物理量来被识别，在中央热设施（I）的工作和激励的指定条件下被检测；以及

表示在时间段（Δt_TOT）中所述主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）的变化的数据；以及

-处理装置（24），被布置用于在其输入处从所述存储器装置（23）接收表示在时间段（Δt_TOT）中的所述主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）的变化的所述数据，并且被配置为根据热和流体动力学模型（M）来处理所述数据并且在其输出处供应表示对在每个热交换器器件（H_1,1、…、H_1,n1；H_2,1、…、H_2,n2；…；H_m,1、…、H_m,nm）与相应的热用户（U₁、…、U_m）之间单独交换的热能（E_1,1, …, E_1,n1; E_2,1, …, E_2,n2; …; E_m,1, …, E_m,nm）的估计的数据（ê_1,1、…、ê_1,n1；ê_2,1、…、ê_2,n2；…；ê_m,1m、…、ê_m,nm）。

2.根据权利要求1所述的虚拟热量计系统，其中，第一传感器装置（12、14、16、18、20）被布置用于仅检测所述主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s），并且处理装置（24）被布置用于仅根据表示所述主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）的变化的所述数据来供应表示对热能（E_1,1, …, E_1,n1; E_2,1, …, E_2,n2; …; E_m,1, …, E_m,nm）的估计的所述数据（ê_1,1、…、ê_1,n1；ê_2,1、…、ê_2,n2；…；ê_m,1m、…、ê_m,nm）。

3.根据权利要求1所述的虚拟热量计系统，其中，第一传感器装置（12、14、16、18、20）附加地包括辅助传感器装置，所述辅助传感器装置被设计用来检测表示与在供应回路（C）外部的元件和部件相关的进一步物理量的数据。

4.根据权利要求1所述的虚拟热量计系统，附加地包括以使得控制经过所述热交换器器件（H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm）的载热流体流动的方式插入在所述供应回路（C）和所述热交换器器件（H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm）之间的多个阀器件（EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm）；所述工作配置由所述阀器件（EV_1,1, …, EV_1,p1, EV_2,1, …, EV_2,p2, …, EV_m,1, …, EV_m,pm）的致动状态所确定。

5.根据权利要求1所述的虚拟热量计系统，附加地包括被布置用于初始识别所述热和流体动力学模型（M）并且将所述热和流体动力学模型（M）供应给所述存储器装置（23）的识别装置（28）。

6.根据权利要求5所述的虚拟热量计系统，其中，第一传感器装置（12、14、16、18、20）附加地包括从属传感器装置，所述从属传感器装置被布置用于向识别装置（28）供应对表示在后者的其他中间部分中的所述供应回路（C）的工作的物理量进行表示的从属信号，所述识别装置（28）被布置用于：

-设定供应回路（C）中预定的工作和激励配置（s）的序列；并且

-通过根据在中央热设施（I）中设定的工作配置（s）和激励配置的所述序列来检测所述主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）和所述从属信号的变化，识别所述初始定义的热和流体动力学模型（M）。

7.根据权利要求6所述的虚拟热量计系统，其中，能够针对所述中央热设施（I）可移除地安装所述从属传感器。

8.根据权利要求1所述的虚拟热量计系统，附加地包括用于将在供应回路（C）中流动的载热流体的热能和/或动能转换为意在局部地向所述系统的至少一个元件供应功率的电能的转换器装置。

9.根据权利要求8所述的虚拟热量计系统，其中，转换器装置包括用于将载热流体的动能转换为电能的微涡轮。

10.根据权利要求8所述的虚拟热量计系统，其中，转换器装置包括磁流体动力学或者磁流体力学转换单元，由此通过添加适当的化学添加剂而使得载热流体导电。

11.根据权利要求8所述的虚拟热量计系统，其中，转换器装置包括用于将能够从载热流体或者从热交换器元件的表面提取的热能直接转换为电能的单元。

12.根据权利要求8所述的虚拟热量计系统，其中，转换器装置包括用于除了在时间上可变的泵送器件（P）所生成的差分压力之外创建供应回路（C）的内部压力相对于外部环境的压力在时间上共同且均匀的变化的系统，用于创建共同且均匀的变化的所述系统包括多个沿着与要供应的元件相关联的供应回路（C）定位的换能器器件，这些器件适于将所述压力变化转换为电能。

13.用于估计在预定的时间段（Δt_TOT）期间在用于生成和供应热能的中央热设施（I）的多个热交换器器件（H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm）与用户综合体（U）之间交换的热能的方法；

所述中央热设施（I）包括：

-热单元（G），被布置用于生成从供应回路（C）接收的载热流体中的热能的所想要的变化；

所述方法的特征在于以下工作步骤：

-基于表示供应回路（C）和热交换器器件（H_1,1, …, H_1,n1, H_2,1, …, H_2,n2, …, H_m,1, …, H_m,nm）的工作的物理量，识别并储存在中央热设施（I）的工作和激励的指定条件下检测的、在结构上和在拓扑上表示该中央热设施（I）的热和流体动力学模型（M）；

-在预定的时间段（Δt_TOT）中检测表示所述供应回路（C）的工作的主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s），并且存储表示所述主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）在时间段（Δt_TOT）中的变化的数据，

-在供应回路（C）的主递送部分（C_man.）中流动的载热流体的流量；

-由供应回路（C）所采取的工作配置（s）；和

-载热流体在供应回路（C）的主递送部分和主返回部分（C_rit.）各自之间所具有的压力差（ΔP）；

-根据热和流体动力学模型（M）来处理表示在时间段（Δt_TOT）中所述主信号（Q_man.、T_man.、T_rit.、P_man.、P_rit.、s）的变化的所述数据，以在输出处供应表示对在每个热交换器器件（H_1,1、…、H_1,n1；H_2,1、…、H_2,n2；…；H_m,1、…、H_m,nm）与相应的热用户（U₁、…、U_m）之间单独交换的热能（E_1,1, …, E_1,n1; E_2,1, …, E_2,n2; …; E_m,1, …, E_m,nm）的估计的数据（ê_1,1、…、ê_1,n1；ê_2,1、…、ê_2,n2；…；ê_m,1m、…、ê_m,nm）。