CN102635894A - 供暖系统平衡控制方法及诊断测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供暖系统平衡控制方法及诊断测量装置，所述诊断测量装置设有依次连接的传感器、模拟信号预处理电路、模数转换器、微处理器和数字显示器，所述传感器为多种，包括温度传感器，还包括流量传感器、压力传感器和压差传感器中的任意一种、任意两种或全部；所述供暖系统平衡控制方法采用上述装置检测供暖系统中各平衡供暖支路的进水温度和流量，依据检测到的所述进水温度计算出在平衡供热下相应平衡供暖支路应有的平衡流量，通过所述平衡阀调节相关平衡供暖支路上的实际流量为该平衡供暖支路的平衡流量，从而实现供暖平衡。本发明有效地消除了冷热不均的现象，有利于提高房屋内的舒适度并减少热能浪费。

Description

供暖系统平衡控制方法及诊断测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于供暖系统的诊断测量设备和使用该种设备与平衡阀相配合实现供暖系统供热平衡的平衡控制方法。

背景技术

在供暖系统的实际运行过程中，为了监测系统的运行状况，经常需要测量系统管路中的压力、压差、流量和温度等参数，但现有的供暖系统用诊断和测量仪表多数仅具有单一参数测量功能，使用起来很不方便，工作效率低，多参量间的同时性不好，因此不能准确地反映系统在一个时间点下的真实的运行状况。

另一方面，现有供暖系统的平衡调节基本上都是水力平衡的调节，其控制目标量是介质的流量，尽管介质的流量与介质在特定管段所释放出来的热量间存在一定的关联，但由于不同供暖支路上的介质温度不同，依靠流量平衡不能实现供热量的平衡。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种供暖系统诊断测量装置，还提供了一种采用这种装置实现的供热平衡控制方法。所述供暖系统诊断测量装置集温度、压力和流量测量于一身，不仅简化了对供暖系统的监测操作，还很好地保证了多参量的同时性，因此显著地提高了测量的准确性和真实性。所述平衡控制方法实现的是供热量的平衡，可以更真实地反映控制的目的并达到想要平衡供热效果。

本发明采用的技术方案是：

一种供暖系统诊断测量装置，其设有依次连接的传感器、模拟信号预处理电路、模数转换器、微处理器和数字显示器，所述传感器为多种，包括温度传感器，还包括流量传感器、压力传感器和压差传感器中的任意一种、任意两种或全部。

所述微处理器可以连接有用于输出数据的通信接口。

所述通信接口通常可以包括用于连接数据分析处理设备的数据输出接口，还可以包括或不包括用于连接打印机的打印接口和/或用于连接外接显示器的外显接口。

优选地，所述压力传感器可以采用微压计，所述温度传感器可以设有探测杆或探针，所述探测杆由金属管构成，所述金属管内的前部设有温度感测元件，所述金属管的后部安装有手柄。

所述微处理器还可以连接有报警电路，所述报警电路的信号输入端与所述微处理器的报警信号输出端连接，所述报警电路的输出端连接报警元件和/或所述数字显示器，所述报警元件为发光二极管和/或蜂鸣器。

一种供暖系统平衡控制方法，所述供暖系统设有多个平衡供暖支路，所述各平衡供暖支路上均设有用于调节其介质流量的平衡阀，采用如上面所述的各种供暖系统诊断测量装置检测所述各平衡供暖支路的进水温度和流量，依据检测到的所述进水温度计算出在平衡供热下相应平衡供暖支路应有的平衡流量，通过所述平衡阀调节相关平衡供暖支路上的实际流量，使所述平衡供暖支路的流量为其平衡流量，从而实现供热平衡，所述供暖系统诊断测量装置固定安装在检测场所或者为便携式移动装置。

所述流量可以是进水流量或者出水流量。通常，所述进水流量或者出水流量基本相等。

所述依据检测到的所述进水温度计算在平衡供热下相应平衡供暖支路应有的平衡流量的方法可以为：计算所述平衡供暖支路在相应进水温度和出水温度下单位体积（或质量）介质的放热量，依据该平衡供暖支路在平衡供热状态下所需要的单位时间供热量和所计算出来的单位介质的放热量计算获得所述的平衡流量，所述出水温度为所述平衡供暖支路的实测出水温度、所述供暖系统的回水温度或者根据所述供暖系统的回水温度推定/推算的所述平衡供暖支路的出水温度，所述温度或放热量采用瞬时值、一段时间内的平均值或者一段时间内的累计值。

通常，可以采用如上面所述的各种供暖系统诊断测量装置检测所述平衡供暖支路的所述回水温度。

所述流量检测的方法可以为下列任意一种，或者为下列任意两种或全部的组合：

（1）   采用流量传感器检测并获得流量；

（2）   采用压差传感器测量相应平衡阀进、出水的压力差，并根据该压力差计算并获得流量；

（3）   采用压力传感器分别测量相应平衡阀的进、出水压力并计算出压力差，根据该压力差计算并获得流量，

当采用上述多种方法的组合时，取依据所采用的各方法获得的流量的平均值、取依据所采用的各方法获得的并且剔除不合理数据后的流量的平均值、取依据所采用的各方法获得的流量的中位值或取依据所采用的各方法获得的并且剔除不合理数据后的流量的中位值为流量值，所述平均值为算术平均值或加权平均值。

所述供暖系统通常可以设有中央控制器，所述中央控制器设有温度信号输入端，还设有流量信号输入端、压力信号输入端和压差信号输入端中的任意一种、任意两种或全部，所述诊断测量装置的温度传感器、压力传感器和压差传感器（如果有的话）的信号输出端分别与与其对应的所述温度信号输入端、压力信号输入端和压差信号输入端（如果有的话）连接，所述中央控制器中预设有基于该供暖系统实际管路情况的平衡供热计算软件，所述平衡供热计算软件以所述温度信号输入端、压力信号输入端和压差信号输入端（如果有的话）的输入信号的量为已知参量进行所述的平衡流量的计算。

本发明的有益效果是：

由于设置了温度传感器以及流量传感器、压力传感器和压差传感器中的一种或多种，一方面可以进行包括温度在内的多参数测量，不仅简化了对供暖系统多参数一一测量的繁琐操作，降低了对测量设备或装置的保管和维护成本，还能很好地保证多参量测量的同时性，因此可以更直接而准确地提供出判断故障位置和类型的依据；另一方面，可以依据测量出的系统某处同一时间下的流量和温度值，因此可以容易地获得热量数据，为热计量和热量分配与平衡提供实测依据。

由于设置了用于输出数据特别是实测数据的通信接口，可以随时输出实测数据，既方便了数据的提取，也降低了对存储器的存储容量的要求。

由于采用微压计测压力，不仅能测量两点间压差，还能测量某一点处的绝对压力。

由于采用设有探测杆/探针的温度传感器，使用时只需将测温用的探测杆或探针插入被测管路中检测就可以获得测量数据，不影响管路中的水流，因此对流量检测几乎没有影响。

由于本发明的平衡控制方法以供热量作为平衡控制目标，相比传统的以流量为平衡控制目标的平衡控制方法来讲，控制更为直接、更为合理，采暖效果更好。

采用本发明的平衡控制方法更有利于管网的热量平衡，有利于减少热量浪费，减少或避免供热冷热不均现象的发生，提高系统的运行效率。

附图说明

图1是本发明的所述诊断测量装置的原理框图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供的供暖系统诊断测量装置设有依次连接的传感器、模拟信号预处理电路、模数转换器、微处理器和数字显示器，所述传感器包括流量传感器和温度传感器，还可以包括压力传感器或者压差传感器。所述模拟信号预处理电路、模数转换器、微处理器为上述各传感器所共用，且均设置在一绝缘的防尘外壳内，外壳上设置有分别对应上述各传感器的连接插座，各传感器既可同时使用，也可分时使用，只要连接到相应的插座上就可以启用，非常方便。当三种传感器同时使用时，可以测量同一时间的三种参数值，当测得同一时点的温度和流量，就可以依此计算出瞬时的供热量，当测得一段时间内多时间点的温度和流量，就可以计算出该时间段内的平均流量，相当于又实现了对热量的测量，根据温度和流量计算出热量的步骤，既可以是人工进行，也可以是通过在诊断测量装置的微处理器中预设计算程序自动实现，当然，计算中涉及的积分运算还可以通过在所述诊断测量装置中设置硬件积分电路实现，这样只要求微处理器中预设的计算程序可进行简单的加减乘除运算即可。

所述微处理器还可以连接有存储器，用于存储外部数据（除该诊断测量装置的系统程序和系统数据之外的数据），特别是来自各传感器实测的、且经过模拟信号预处理电路、模数转换器处理后的数据。由于该存储器的设置，可以方便外部设备对其中所存储的数据的随时调用。

所述供暖系统诊断测量装置还设有用于输出数据特别是实测数据的通信接口。所述通信接口可以包括用于连接数据分析处理设备的数据输出接口，还可以包括用于连接打印机的打印机接口和/或用于连接外接显示器的外显接口，当需要测量的数据量大或者需要观察较长一段时间的数据变化情况时，可以将实测数据输出至打印机或显示器，当需要在测量的同时实时进行基于故障判断的较为复杂的数据分析时，可以将实测数据输出至外接数据分析处理设备。

所述压力传感器优选微压计，不仅能测量两点间压差，还能测量某一点处的绝对压力。相比于传统的测量管路压力的装置仅能测量压差来说，其适用范围更宽。所述温度传感器优选设有探测杆或探针的温度传感器，采用金属管作为其探测杆，所述金属管内的前部设有温度感测元件，所述温度感测元件可以测量瞬时温度，所述探测杆和温度感测元件构成了测温探头。使用时，只需将探测杆或探针的前端插入被测管路中，不影响管路中的水流，因此对流量检测几乎没有影响。

所述供暖系统诊断测量装置还可以设有报警电路，所述报警电路的信号输入端与所述微处理器的报警信号输出端连接，所述报警电路的输出端连接报警元件和/或所述数字显示器，所述报警元件可以为发光二极管和/或蜂鸣器。当所述微处理器中预存有含有实测参数超限判断功能的软件程序时，当实测参数一旦超过或达到预设值（该预设值是指供暖系统正常工况下相应参数的极限值，该值可以人为预设和设定后调节）时，所述报警电路即通过数字显示器或所述报警元件通过声、光形式进行报警，因此能更直观且及时对供暖系统处于非正常工作状态给予警示。

所述诊断测量装置还可以设有输入装置，所述输入装置与所述微处理器连接，所述输入装置包括输入用的按键。输入装置可用于该诊断测量装置的系统设定和对该诊断测量装置的操作。

所述诊断测量装置还设有电源模块，所述电源模块可以设置有多个不同电压输出值的档位，并分别连接到所述模拟信号预处理电路、模数转换器和微处理器的供电端为它们供电。

所述数字显示器、所述连接传感器用的连接插座和所述通信接口可以设置在所述外壳上。

采用本发明所述诊断测量装置可以克服现有技术下的如下不足：现有的供暖系统用诊断测量设备多是利用具有单一参数测量功能的仪表对各参数进行单独的、逐一测量，对于通过单一参数即可判断系统运行状态的情况尚且可以，然而随着集中供暖系统逐渐庞大，系统运行情况越来越复杂，导致系统故障或使系统没有工作在最佳状态或设计工况的影响因素往往有多个，且这些因素很可能同时存在，因此如果仍旧采用原有的诊断测量方法进行单个参数逐个测量，然后通过一定的计算公式计算，进而推理、判断系统运行情况，不仅操作起来比较繁琐，工作效率低，需要管理和维护较多的检测设备，而且，由于多个参量的实测值并非发生在同一时间，即使通过上述繁琐过程得出结论，也并不能准确、真实地反映系统在某个时点的实际运行状况。

利用本发明所述的诊断测量装置中的压力传感器，还可以方便地辅助判断出被测节点（平衡阀在管网中的位置可以抽象为一个点）所辖管路分支内是否发生了堵塞故障。因此该诊断测量装置不仅可用于日常的检测，还可用于系统调试。

本发明还提供一种供暖系统平衡控制方法，所针对的供暖系统中包括若干要求平衡供热的支路（可以称之平衡供暖支路），在这些支路上分别设有各自的平衡阀，采用前面所述的任意诊断测量装置检测流过所述平衡阀的流量和所述平衡阀所调控支路的进水温度，结合所述支路的出水温度（可以通常检测获得该出水温度，也可以以供暖系统的回水温度作为出水温度的粗略替代，或者以多种方法进行实测，将多种方法检测出的多个温度数据进行适当的平均或者取中位值）计算出所述支路的进出水温差，利用各支路的所述流量和进出水温差计算出在满足供热平衡要求下的各支路需要的平衡流量（这个过程称为热量平衡计算，所述平衡流量特指在供热平衡状态下各支路流量的计算值），通过相关的各所述平衡阀调节相应支路上的流量，使其达到各自的平衡流量，从而使各支路达到供热平衡。所述供暖系统诊断测量装置固定安装在检测场所或者为便携式移动装置。

对所述平衡阀的调节既可以是手动的调节，也可以是电控的自动调节，还可以是平衡阀的自调节。对于支路较多或需要调节的支路较多或支路状态容易发生改变的供暖系统，优选采用电控下的自动调节，使调节更为及时，使供暖系统总是处于受控状态。

所谓供热平衡是指实际供给各采暖单元（例如住宅中的一户）的热量达到且维持在各采暖单元所需的供热量。通常情况下，各采暖单元所需的供热量应该是使得各采暖单元达到同等温度所需的供热量，在平衡供热下要兼顾各采暖单元间的供热效果基本相同。对于不同面积、不同位置、采用不同阻力、管径、新旧程度的管路的各采暖单元，其所需的热量往往是不同的。例如，对于面积较大、距离热源较远或者供暖管路阻力较大的采暖单元，要达到相同的室内温度，其所需的的供热量就相对较高。

对于介质流量，在实际中，通常情况下可以忽略支路进出水的流量差别。对于平衡阀，流量与进出水的压差或阀的开度存在一定的函数关系，因此，可以通过压力传感器或者压差传感器检测出平衡阀进出水两侧之间的压差，计算出平衡阀的流量。

可以任选下列一种方案进行所述热量平衡计算：

方案（1）：

对硬件的基本要求：所述供暖系统设有中央控制器，所述中央控制器设有流量、温度、压力和压差信号输入端中的多种或全部（根据所采用的供暖系统诊断测量装置的传感器设置而定），所述诊断测量装置的流量传感器、温度传感器、压力传感器和压差传感器（如果有的话）的信号输出端分别与所述流量、温度、压力和压差信号输入端（如果有的话）连接；

对软件的基本要求：所述中央控制器中预设有基于该供暖系统实际管路情况的供热平衡计算软件，所述供热平衡计算软件以所述流量、温度和压力信号输入端的输入信号的量（如果有的话）为已知参量进行热量平衡计算。

方案（2）：

对硬件的基本要求：所述供暖系统设有中央控制器，所述中央控制器通过其数据通信模块从所述诊断测量装置接收数据，特别是接收下面提到的所述热量的数据；

对软件的基本要求：所述中央控制器中预设有基于该供暖系统实际管路情况的热量平衡计算软件，所述微处理器中预设有可对所述流量传感器和温度传感器所检测到的流量和温度进行数值运算并得到相应支路实际消耗热量的计算软件，所述热量平衡计算软件以所述热量的数据为已知参量进行热量平衡计算。通过所述供暖系统诊断测量装置可以测量瞬时热量，也可以测量出一段时间内累计的热量。

所述中央控制器通过热量平衡计算得出各平衡阀应该处于的开度，再向各平衡阀发出与各自开度对应的电控指令信号，由此实现对各个平衡阀的操控。所述电控指令信号的传输即可通过有线方式也可通过无线方式进行。

优选地，所述温度传感器的数量至少为两个，用其中的一个所述温度传感器测量相应支路的回水温度，对于设有压力传感器的所述诊断测量装置，所述压力传感器的数量至少为两个，用其中的一个所述压力传感器测量相应支路的回水管出口压力，所述支路的进回水温差和压力降的计算在所述微处理器中完成。由于相应支路的进水温度与出水温度、进水压力和出水力都由同一个所述诊断测量装置进行测量，一方面计算获得的进出水温差和进出水压差基本消除了系统误差，为控制提供了更为精确的反馈参量的值，另一方面也减少了因多个分散测量设备导致的多的维护工作量，还能很好地保证各物理参量间的同时性，因此可相应提高控制的准确性和精度。该方法特别适合于相应支路的进出水管路距离很近的场合，可以方便传感器的接线。

采用本发明的平衡控制方法，控制效率更高，且控制效果更好，操作更方便。

本发明所述平衡阀泛指所有可以通过改变阀门开度调节流过阀门流量的阀门，通常可以为动态平衡阀。

Claims (10)

1.一种供暖系统诊断测量装置，其特征在于设有依次连接的传感器、模拟信号预处理电路、模数转换器、微处理器和数字显示器，所述传感器为多种，包括温度传感器，还包括流量传感器、压力传感器和压差传感器中的任意一种、任意两种或全部。

2.如权利要求1所述的供暖系统诊断测量装置，其特征在于所述微处理器连接有用于输出数据的通信接口。

3.如权利要求2所述的供暖系统诊断测量装置，其特征在于所述通信接口包括用于连接数据分析处理设备的数据输出接口，还包括或不包括用于连接打印机的打印接口和/或用于连接外接显示器的外显接口。

4.如权利要求1、2或3所述的供暖系统诊断测量装置，其特征在于所述压力传感器采用微压计，所述温度传感器设有探测杆或探针，所述探测杆由金属管构成，所述金属管内的前部设有温度感测元件，所述金属管的后部安装有手柄。

5.如权利要求4所述的供暖系统诊断测量装置，其特征在于所述微处理器还连接有报警电路，所述报警电路的信号输入端与所述微处理器的报警信号输出端连接，所述报警电路的输出端连接报警元件和/或所述数字显示器，所述报警元件为发光二极管和/或蜂鸣器。

6.一种供暖系统平衡控制方法，所述供暖系统设有多个平衡供暖支路，所述各平衡供暖支路上均设有用于调节其介质流量的平衡阀，其特征在于采用如权利要求1、2、3、4或5所述的供暖系统诊断测量装置检测所述各平衡供暖支路的进水温度和流量，依据检测到的所述进水温度计算出在平衡供热下相应的所述平衡供暖支路应有的平衡流量，通过所述平衡阀调节相关平衡供暖支路上的实际流量，使所述平衡供暖支路的流量为其平衡流量，从而实现供热平衡，所述供暖系统诊断测量装置固定安装在检测场所或者为便携式移动装置。

7.如权利要求6所述的供暖系统平衡控制方法，其特征在于所述依据检测到的所述进水温度计算在平衡供热下相应的所述平衡供暖支路应有的平衡流量的方法为：计算所述平衡供暖支路在相应进水温度和出水温度下单位介质的放热量，依据该平衡供暖支路在平衡供热状态下所需要的单位时间供热量和所计算出来的单位介质的放热量计算获得所述的平衡流量，所述出水温度为所述平衡供暖支路的实测出水温度、所述供暖系统的回水温度或者根据所述供暖系统的回水温度推定/推算的所述平衡供暖支路的出水温度，所述温度或放热量采用瞬时值、一段时间内的平均值或者一段时间内的累计值。

8.如权利要求7所述的供暖系统平衡控制方法，其特征在于采用如权利要求1、2、3、4或5所述的供暖系统诊断测量装置检测所述平衡供暖支路的所述回水温度。

9.如权利要求6、7或8所述的供暖系统平衡控制方法，其特征在于所述流量检测的方法为下列任意一种，或者为下列任意两种或全部的组合：

（1）采用流量传感器检测并获得流量；

（2）采用压差传感器测量相应平衡阀进出水的压力差，并根据该压力差计算并获得流量；

（3）采用压力传感器分别测量相应平衡阀进、出水的压力并计算出压力差，根据该压力差计算获得流量，

当采用上述多种方法的组合时，取依据所采用的各方法获得的流量的平均值、取依据所采用的各方法获得的并且剔除不合理数据后的流量的平均值、取依据所采用的各方法获得的流量的中位值或取依据所采用的各方法获得的并且剔除不合理数据后的流量的中位值为流量值，所述平均值为算术平均值或加权平均值。

10.如权利要求9所述的供暖系统平衡控制方法，其特征在于所述供暖系统设有中央控制器，所述中央控制器设有温度信号输入端，还设有流量信号输入端、压力信号输入端和压差信号输入端中的中的任意一种、任意两种或全部，所述诊断测量装置的温度传感器、压力传感器和压差传感器的信号输出端分别与与其对应的所述温度信号输入端、压力信号输入端和压差信号输入端连接，所述中央控制器中预设有基于该供暖系统实际情况的平衡供热计算软件，所述平衡供热计算软件以所述温度信号输入端、压力信号输入端和压差信号输入端的输入信号的量为已知参量进行所述的平衡流量的计算。

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