CN102419223A - 流量温差比例冷量分配系统及方法 - Google Patents

Abstract

流量温差比例冷量分配系统及方法，它涉及一种流量温差冷量分配系统及方法。本发明解决了目前所应用冷计量方法的缺陷，计量出的结果准确、可靠。系统：每个用户的风机盘管的末端回水干管上设有具有流量测量功能的平衡阀和回水温度传感器，在每个风机盘管的末端供水干管上设有供水温度传感器；供、回水温度传感器通过单元温度采集器将信号传输给远传模块，冷量表设置在主干管上并将信号传输给远传模块；方法：对一栋楼内的水系统进行初调节；确定每个用户的风机盘管的末端供水干管的流量分配系数；计算每个用户分摊的冷量。本发明的冷计量系统故障率低，使用时间长，冷量费用分摊结果人们容易理解和接受。本发明用于采用风机盘管空调系统的建筑。

Description

流量温差比例冷量分配系统及方法

技术领域

本发明涉及一种流量温差冷量分配系统及方法。

背景技术

我国冷量计量起步较晚，大多既有建筑没有安装冷量计量设施，很少一部分新建建筑的集中空调系统设置了冷量计量仪表。目前国内应用的计量收费方法有：面积法、水侧冷量表法(整体式、分体式)、电量法、时间法；国内学者的理论研究有：风侧冷量法、风侧焓差法、谐波反应法。

1.面积法

由于以前在国内暖通空调设计和物业管理中没有考虑计量的要求，空调系统未设计量装置。因此，供冷部门按使用者的面积收取冷量费用。这种方法由于不关心用户实际用能的多少，容易使用户产生“用和不用一样，用多用少一样”的观念，不利于调动用户的节能意识。

2.水侧冷量表法

整体式冷量表由流量传感器、配对温度传感器和计算器组成。该种方法原理清楚，计量结果精度高。分散式冷量表的设备构成与整体式冷量表相近，只不过用计算机代替整体式冷量表的积分仪来完成冷量计算。该方法在空调系统上的每组风机盘管的冷冻水供回水管上各装一个温度传感器，供(回)水管上装一个流量传感器，通过测量流过风机盘管的冷水流量和供回水温差并进行时间上的累积计算得到冷量。该方法利用有线或无线技术，将流量传感器及温度传感器检测的数据送到计算中心集中进行冷量计算。

3.时间法

时间法的计量原理是根据风机盘管的风速状态计算风机高、中、低档时的制冷系数和冷水阀在三种风速下对应的开启时间来计算盘管的冷量系数从而实现计费。在计算冷量系数之前，还通过一个温度联锁计量算法，检测室内温度和风机盘管送风温度，在风机盘管处于供冷状态时，才开始计算冷量系数。该法的优点是成本低，初投资小，安装维修简单，运行可靠。但是它没有考虑风机盘管水量变化、冷水温度的变化、室内空气状态对风机盘管机组冷量的影响而直接采用风机盘管的额定冷量作为计量标准，这将会因实际工况与额定工况的差别而带来较大误差。

4.风侧冷量法

该方法从试验和正交试验的角度出发，分析各影响因素对风机盘管冷量影响的显著性，得出了对冷量影响较大的几个因素：风机盘管的结构参数、冷水入口温度、空气入口温度、空气入口湿度、风量，并考虑略去次要因素冷水量的测量以减少计量仪表的种类和个数。一定形式的风机盘管通过在冷站对供水温度进行控制之后，冷量计量的参数大大得到简化：空气入口温湿度和风量。此方法的风量可以由风机盘管三速开关档位信息近似得到。该法测量参数少，初投资低，安装施工简单。但是当系统为变流量时，可能产生较大的测量误差，故要求末端水路无阀。另外，不同的风机盘管的结构参数存在差别，产品性能不同的影响必须通过试验进行修正。该法计量精度不及水侧计量方法高。

5.风侧焓差法

根据水侧和风侧能量守恒的原理，通过测量进出表冷器的空气温度、相对湿度和风量，计算得出换热量。对于温度的计量，进口空气温度测点位置可以简单确定，但是出口测点位置需要通过实验确定；通过功率和风量的关系来间接得到风量，同时风量还与风侧阻力有关。对于相对湿度的测量，由于一般情况下盘管制冷工况一般为湿工况，出口空气状态接近饱和，考虑将出口空气相对湿度取为定值，进口空气相对湿度则应该通过测量得到。该法不涉及水路的改动，安装施工简单。但是风量的测量及出风测点的布置均与设备型号有着密切关系，这将给实际的使用带来大量的工作。

6.谐波反应法

该方法根据空调建筑谐波反应系数法冷负荷计算的基本原理，对用户各个用冷时刻的冷负荷进行理论计算，再根据用冷时间得到用户的用冷量。该方法在每个房间的适当位置安装一个高灵敏度温度传感器，精确测量室内温度，在四面外墙的适当位置各安装一个电子辐射计和一个温度传感器，分别测量各时刻太阳照度和室外空气温度，并判断用户是否在用冷，利用谐波反应系数法计算出冷负荷。根据试验结果，谐波反应法计量精度高于计时法，初投资低于冷量表法。但是在实施中，室内热源和人员情况必须考虑，当室内热源变化较大或者开关机频率高时可能引起较大的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种流量温差比例冷量分配系统及方法，用于解决采用风机盘管空调系统的公寓及办公类建筑的冷量分摊问题；解决单纯靠面积收费不能激励用户行为节能的弊端，解决水侧冷量表方法的初投资高及维护工作量大的问题；解决时间分配表方法中用额定工况代替实际工况造成的误差；回避了风侧计量过程中相对湿度、风量等难以测量及校验困难的问题。

本发明采取的技术方案是：本发明的一种流量温差比例冷量分配系统，所述系统包括远传模块、冷量表、第二信号传输总线、第三信号传输总线、多个单元温度采集器、若干个供水温度传感器、若干个回水温度传感器和若干个具有流量测量功能的平衡阀；

在一栋楼内的每个用户的风机盘管的末端回水干管上设有一个具有流量测量功能的平衡阀，在每个所述平衡阀与相对应的风机盘管之间的末端回水干管上分别设有一个回水温度传感器，在每个风机盘管的末端供水干管上设有一个供水温度传感器；每个单元内各个用户的风机盘管的供水温度传感器、回水温度传感器均通过第三信号传输总线与单元温度采集器连接，多个单元温度采集器的数据均传输给远传模块，冷量表设置在主干管的出口处，冷量表通过第二信号传输总线与远传模块连接。

本发明的流量温差比例冷量分配的方法，所述方法按以下步骤实现：

步骤一、对一栋楼内的水系统进行初调节：恒定所述系统循环水泵的频率，调节设置在每个用户的风机盘管的末端供水干管上的具有流量测量功能的平衡阀的阀门开度，使得每个用户的风机盘管的末端供水干管的流量达到设计值后，锁定所述平衡阀的阀门开度，记录相应的流量值G_i(借助显示仪表记录)；

步骤二、确定每个用户的风机盘管4的末端供水干管的流量分配系数：先确定设置于主干管出口处的冷量表的流量值G_z，结合调节平衡过程记录的每个用户的风机盘管的末端供水干管的流量值G_i，计算出每个用户的风机盘管的流量分配系数：

α_i＝G_i/G_z；                    (1)

步骤三、计算每个用户分摊的冷量：根据每个用户的风机盘管末端的供、回水温差及主干管的供、回水温差，并依据冷量表的读数，利用(2)式进行分摊冷量的计算，

$Q_i={\mathrm{\α}}_i\·\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\mathrm{zk}}\·\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}---\left(2\right)$

式中：Q_i——第i个用户分摊的冷量，KJ；

      Q_z——系统的总供冷量，KJ；

      α_i——第i个用户的风机盘管末端的流量分配系数，也称为流量比；

      (t_h-t_g)_i——第i个用户的供、回水温差，℃；

(t_h-t_g)_z——主干管供、回水温差，℃；

角标“i、z、k”分别表示“第i个用户”、“主干管上参数”、“第k个采样时段”。

本发明的有益效果是：本发明的方法根据流体输配的原理，通过初始流量分配系数的测定，利用分配系数同时结合末端测量的供、回水温差就能够实现冷量合理的分摊到系统的每个末端。实现了“用多少冷、缴多少费”的目的，使用户的节能行为得到相应的收益。

本发明直接解决了用冷终端按面积分摊的“大锅饭”模式，实现了建筑内的空调用户根据自己的耗冷量缴纳相应费用的目标。本发明解决了末端设置冷量表造成初投资高的缺陷以及定期校验等运行维护复杂的问题。解决了时间法因忽略设备实际运行工况与额定工况之间的差别而不能反映用户真正耗冷量的问题，实现计量结果能够真正反映用户的实际使用量。解决了风侧焓差法前期确定温度测点位置及风量与风机功率关系等准备工作量大的问题。解决了风侧冷量法只能在定流量下运行造成水泵运行费用高的问题，可以根据负荷变化实现变流量下一致等比例变化运行。

本发明的主要特点是在每个风机盘管的末端回水干管上设置带有流量测量功能的平衡阀，用于调节系统水力平衡，并能够借助显示仪表记录平衡下的流量值。调整平衡后，平衡阀阀门的开度保持不变，此时本发明的系统无论是采用变流量调节还是采用定流量调节，都能够保证流过每个风机盘管末端的流量与干管总流量之比为一恒定值。在冷源出口(也即主回水干管或分支干管上设置冷量表，测量总冷量、流量及相应的供/回水温差。每个用户的风机盘管的末端供水干管处和末端回水干管处设置供/回水温度传感器，用于测量每个风机盘管末端的水温升变化。将测得的风机盘管末端的供/回水温送至温度采集器，温度采集器再将测量的供/回水温度连同测量的干管的总冷量、流量、温差，通过有线或无线方式，送往计算中心。计算中心根据式(2)计算每个风机盘管末端分配的冷量。

本发明的具体优点主要表现在以下几个方面：

1)计量原理理论依据充分、简单，可消除系统及人的因素对计量原理的干扰，计量结果准确。

2)流量温差比例分配法建立的基础就是前期阶段对系统进行的水力平衡工作，从而能够在计量的同时真正实现系统的水力平衡。

3)流量温度比例法不需实时监测流量，却实现了精确计量用户耗冷量的目的，大大的降低了设置流量计产生的初投资及后期运行维护费用。

4)流量温差比例法可以对末端风速实现通断调节、三档变速调节、无级变速调节、通断调节与无级调速相结合的调节方式等多种调节方式。

5)系统简单可靠、故障率低、使用时间长，冷量费用分摊结果人们容易理解和接受，符合中国老百姓的消费层次和理解接受程度。

6)冷计量的末端设备初投资低、维护简单、便于管理。

7)方法对水路的要求不高，对于既有风机盘管空调系统增设冷计量设施，该方法具有很好的适用性。

附图说明

图1是本发明的流量温差比例冷量分配系统的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明，本实施方式的一种流量温差比例冷量分配系统，所述系统包括远传模块1、冷量表2、第二信号传输总线12、第三信号传输总线13、多个单元温度采集器3、若干个供水温度传感器6、若干个回水温度传感器7和若干个具有流量测量功能的平衡阀5；

在一栋楼内的每个用户的风机盘管4的末端回水干管14上设有一个具有流量测量功能的平衡阀5(用于调节系统平衡，并记录下用户的风机盘管4末端平衡后的流量值)，在每个所述平衡阀5与相对应的风机盘管4之间的末端回水干管14上分别设有一个回水温度传感器7，在每个风机盘管4的末端供水干管15上设有一个供水温度传感器6；每个单元内各个用户的风机盘管4的供水温度传感器6、回水温度传感器7均通过第三信号传输总线13与单元温度采集器3连接，多个单元温度采集器3的数据均传输给远传模块1，冷量表2设置在主干管的出口处，冷量表2通过第二信号传输总线12与远传模块1连接。

本实施方式中，设置供水温度传感器6和回水温度传感器7用于测量每个用户的风机盘管的进、出口温差，从而进行冷量分摊。

本实施方式中，在系统内的各分支供水管上安装有具有流量测量功能的平衡阀5(现有技术)，在系统内的各分支回水管上安装有截止阀(现有技术)。

本实施方式中，在每个用户的风机盘管4的末端回水干管14上设有一个具有流量测量功能的平衡阀5，一方面便于对系统进行水力平衡的调节工作，另一方面借助它获得各个用户的风机盘管4末端的流量值。

本实施方式中的主干管包括主回水干管16和主供水干管17，冷量表2最好设置在主回水干管16的出口处。

具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式的多个单元温度采集器3将测量的每个单元的供、回水温度数据通过共用一根第一信号传输总线11的方式或者通过无线方式传输给远传模块1。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明，本实施方式的冷量表2测量的系统的总流量及总冷量一起经第二信号传输总线12传输给远传模块1。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式的远传模块1通过有线或无线方式将经单元温度采集器3测量的每个单元的供、回水温度数据以及经冷量表2测量的系统的总流量及总冷量传输给数据通讯模块9，数据通讯模块9通过有线或无线方式传输给计算中心8进行冷量分配计算。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明，本实施方式的一种利用具体实施方式一、二、三或四所述的系统实现流量温差比例冷量分配的方法，所述方法按以下步骤实现：

步骤一、对一栋楼内的水系统进行初调节：恒定所述系统循环水泵的频率，调节设置在每个用户的风机盘管4的末端供水干管15上的具有流量测量功能的平衡阀5的阀门开度(本实施方式中采用比例法、简易快速水力初调节方法等调节平衡阀5达到平衡状态)，使得每个用户的风机盘管4的末端供水干管15的流量达到设计值后，锁定所述平衡阀5的阀门开度(此时冷源侧无论采用变流量的方式调节还是采用定流量方式调节，通过每个风机盘管的流量与总流量之比不变)，记录相应的流量值G_i(借助显示仪表记录)；

步骤二、确定每个用户的风机盘管4的末端供水干管15的流量分配系数：先确定设置于主干管出口处(也可以设置在单元分支干管上)的冷量表2的流量值G_z，结合调节平衡过程记录的每个用户的风机盘管4的末端供水干管15的流量值G_i，计算出每个用户的风机盘管4的流量分配系数：

α_i＝G_i/G_z；                    (3)

步骤三、计算每个用户分摊的冷量：根据每个用户的风机盘管4末端的供、回水温差及主干管的供、回水温差，并依据冷量表2的读数，利用(2)式进行分摊冷量的计算，

$Q_i={\mathrm{\α}}_i\·\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\mathrm{zk}}\·\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}---\left(4\right)$

式中：Q_i——第i个用户分摊的冷量，KJ；

      Q_z——系统的总供冷量，KJ；

α_i——第i个用户的风机盘管末端的流量分配系数，也称为流量比；

(t_h-t_g)_i——第i个用户的供、回水温差，℃；

(t_h-t_g)_z——主干管供、回水温差，℃；

角标“i、z、k”分别表示“第i个用户”、“主干管上参数”、“第k个采样时段”。

在式(4)中，对于固定的系统来说，流量分配系数αi为一个常数，在初始阶段调整好每个用户的风机盘管4的末端流量之后，保持水路上的阀门开度一定，这样仅需要测量每个用户的风机盘管4的末端供、回水温差，并结合位于主干管上的冷量表2记录的供、回水温差就可以对冷量值进行分摊。

本发明方法的原理：

冷源出口处设置冷量表，则有：

$Q_z=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_z\·c\·{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_k---\left(5\right)$

风机盘管末端消耗的冷量，则有：

$Q_i=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{ik}}\·c\·{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_k---\left(6\right)$

选择第k个采样时段，有下述关系成立：

$\frac{Q_{\mathrm{ik}}}{Q_{\mathrm{zk}}}=\frac{G_{\mathrm{ik}}\·c\·{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_k}{G_{\mathrm{zk}}\·c\·{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_k}---\left(7\right)$

设

则上式可整理为：

$Q_{\mathrm{ik}}=Q_{\mathrm{zk}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ik}}\·\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}---\left(8\right)$

从而在系统整个运行过程中，则有：

$Q_i=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\mathrm{zk}}\·{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ik}}\·\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}---\left(9\right)$

倘若在系统的运行过程中，阀门的开度保持不变，则有：

α_i＝α_i1＝α_i2＝…＝α_ik＝…＝α_in＝C                   (10)

于是有：

$Q_i={\mathrm{\α}}_i\·\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\mathrm{zk}}\·\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}---\left(11\right)$

以上式中：Q_i——第i个用户分摊的冷量，KJ；

          Q_z——系统的总供冷量，KJ；

          G_i——第i个用户的流量，kg/h；

          G_z——系统的总流量，kg/h；

          α_i——第i个用户的风机盘管末端的流量分配系数；

          (t_h-t_g)_i——第i个用户的供、回水温差，℃；

          (t_h-t_g)_z——主干管供、回水温差，℃；

          Δτ——时间，h；

          c——水的比热，KJ/(kg.℃)；

角标“i、z、k”分别表示“第i个用户”、“主干管上参数”、“第k个采样时段”；

注释：k代表第k个采样时段，比如间隔10分钟采样，k＝1时就是开始的10分钟，k＝10时，就是第10个10分钟，既距开始100分钟；

式(11)表明，当系统中流过任一风机盘管的流量与总流量的比值一定时，只需要测量系统主干管的总冷量、流量、供/回水温差及每个风机盘管的供/回水温差，即可以得到每个风机盘管分摊的冷量。α_i-代表流量比，-代表温差比；因此可将依据式(11)进行冷量分摊的方法称为流量温差比例分配法。

由本发明的原理可知，本发明的实现，需要下述三个条件：(1)初始调节水力平衡的过程需要获得各个用户的风机盘管末端的流量值及主干管的总流量值从而计算出每个用户的风机盘管末端的流量分配系数；(2)一旦调节过程结束，在整个分配的过程需要保持系统水侧阻力特性不变，即阀门的开度保持不变，用户的冷量调节通过改变风机转速实现；(3)要计量整个系统的总冷量及各个用户的风机盘管末端的供回、水温差。

Claims (5)

1.一种流量温差比例冷量分配系统，其特征在于：所述系统包括远传模块(1)、冷量表(2)、第二信号传输总线(12)、第三信号传输总线(13)、多个单元温度采集器(3)、若干个供水温度传感器(6)、若干个回水温度传感器(7)和若干个具有流量测量功能的平衡阀(5)；

在一栋楼内的每个用户的风机盘管(4)的末端回水干管(14)上设有一个具有流量测量功能的平衡阀(5)，在每个所述平衡阀(5)与相对应的风机盘管(4)之间的末端回水干管(14)上分别设有一个回水温度传感器(7)，在每个风机盘管(4)的末端供水干管(15)上设有一个供水温度传感器(6)；每个单元内各个用户的风机盘管(4)的供水温度传感器(6)、回水温度传感器(7)均通过第三信号传输总线(13)与单元温度采集器(3)连接，多个单元温度采集器(3)的数据均传输给远传模块(1)，冷量表(2)设置在主干管的出口处，冷量表(2)通过第二信号传输总线(12)与远传模块(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种流量温差比例冷量分配系统，其特征在于：多个单元温度采集器(3)将测量的每个单元的供、回水温度数据通过共用一根第一信号传输总线(11)的方式或者通过无线方式传输给远传模块(1)。

3.根据权利要求2所述的一种流量温差比例冷量分配系统，其特征在于：冷量表(2)测量的系统的总流量及总冷量一起经第二信号传输总线(12)传输给远传模块(1)。

4.根据权利要求3所述的一种流量温差比例冷量分配系统，其特征在于：远传模块(1)通过有线或无线方式将经单元温度采集器(3)测量的每个单元的供、回水温度数据以及经冷量表(2)测量的系统的总流量及总冷量传输给数据通讯模块(9)，数据通讯模块(9)通过有线或无线方式传输给计算中心(8)进行冷量分配计算。

5.一种利用权利要求1、2、3或4所述的系统实现流量温差比例冷量分配的方法，其特征在于：所述方法按以下步骤实现：

步骤一、对一栋楼内的水系统进行初调节：恒定所述系统循环水泵的频率，调节设置在每个用户的风机盘管(4)的末端供水干管(15)上的具有流量测量功能的平衡阀(5)的阀门开度，使得每个用户的风机盘管(4)的末端供水干管(15)的流量达到设计值后，锁定所述平衡阀(5)的阀门开度，记录相应的流量值G_i；

步骤二、确定每个用户的风机盘管(4)的末端供水干管(15)的流量分配系数：先确定设置于主干管出口处的冷量表(2)的流量值G_z，结合调节平衡过程记录的每个用户的风机盘管(4)的末端供水干管(15)的流量值G_i，计算出每个用户的风机盘管(4)的流量分配系数：

α_i＝G_i/G_z；                             (1)

步骤三、计算每个用户分摊的冷量：根据每个用户的风机盘管4末端的供、回水温差及主干管的供、回水温差，并依据冷量表2的读数，利用(2)式进行分摊冷量的计算，

$Q_i=Q_z\·{\mathrm{\α}}_i\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}---\left(2\right)$

式中：Q_i——第i个用户分摊的冷量，KJ；

      Q_z——系统的总供冷量，KJ；

      α_i——第i个用户的风机盘管末端的流量分配系数，也称为流量比；

      (t_h-t_g)_i——第i个用户的供、回水温差，℃；

      (t_h-t_g)_z——主干管供、回水温差，℃；

角标“i、z、k”分别表示“第i个用户”、“主干管上参数”、“第k个采样时段”。

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