CN103093549A - 一种供暖计费方法及其计费装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种供暖计费方法及其计费装置。所述供暖计费方法，利用计费装置预先设置要达到的控制温度并实时采集用户室温和管道热媒温度，计量满足介质有效温度的用户有效使用时间，然后1）根据用户有效使用时间t，计算用户分摊量W，W=k×t×S；2）计算用户分摊热量Q，3）利用下式计算用户使用费Am，Am=Pj×Q，其中，Pj为供暖能量单价。所述供暖计费装置含有通断控制阀，执行控制器，温度控制器；温度控制器通过有线或无线通讯方式与执行控制器连接，执行控制器控制连接通断控制阀。本发明提出了一种科学、实用的热量分摊计量计费方案，为我国供热改革提供了一个全新的计费技术措施，可以很好地满足中国热计量改革的技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种供暖计费方法及计费装置，用于中央空调的基于接通时间分摊法计量计费。
背景技术
随着国家战略发展的需要和科学技术的进步，集中供暖的分时计费方法逐渐被广泛的应用于城市建筑，这无疑能够有力的促进广大群众建立自觉的节能意识，培养良好的节约能源意识和习惯。为了促进能源的节约，降低资源浪费，建立节约和创新型社会，国家采取了一系列的政策措施，也出台了很多相关行业标准。但由于我国对于建筑供暖分户计量技术的研究起步较晚，目前尚缺乏成熟的分户计量计费措施，因此对于相关技术的研究，一直在不停的探索之中。但可以肯定的是，只有建立一套科学而合理的、能够最大限度的满足分配公平的计费措施，才能够促进群众合理的消费，促进城乡居民尽快的培养并建立节约公共资源的习惯，也因此才能更好的贯彻国家战略，促进能源节约，减少资源浪费，以保障社会的可持续发展。
发明内容
本发明供暖计费方法及计费装置，提出了一种科学合理而实用的热量分摊计量计费方案，为我国供热改革提供了一个全新的计费技术措施，在供热计量技术路线选择上有突破性的进展，可以很好地满足中国热计量改革的技术要求。
本发明所采用的技术方案：
一种供暖计费方法，用户利用供暖计费装置预先设置要达到的控制温度，并通过所述供暖计费装置实时采集用户室温和管道热媒温度，计量满足介质有效温度的用户有效使用时间t，然后按照下述步骤进行供暖的计量计费：
1）根据用户有效使用时间t，计算用户分摊量W
W=k×t×S ……………………………（1）
其中，S为用户供暖面积，k为用户供暖计费装置的分摊量计算修正系数，
2）计算用户分摊热量Q
其中，Qz供暖区域中总能量，Wi为单个用户的分摊量；
3）利用下式计算用户使用费Am
Am= Pj×Q ……………………………（3）
其中，Pj为供暖能量单价。
所述的供暖计费方法，计量用户有效使用时间t的条件是：管道内热媒温度大于等于设定有效温度时，用户采暖阀的开启时间t。
所述的供暖计费方法，用户供暖计费装置的分摊量计算修正系数k恒等于1，或为小于1大于0的实数，或为大于1的实数。
一种实现所述供暖计费方法的供暖计费装置，含有通断控制阀，执行控制器，温度控制器；温度控制器通过有线或无线通讯方式与执行控制器连接，温度控制器采集室温和输入要达到的控制温度，执行控制器控制连接通断控制阀，执行控制器检测管道热媒温度，所述执行控制器包括含有微处理器的核心控制模块和阀控制执行单元，核心控制模块包括微处理器，阀位检测模块，温度采集模块，存储模块，时钟模块；温度采集模块连接通断控制阀内的温度传感器信号输出端，阀位检测模块和温度采集模块输出信号连接微处理器，微处理器设有控制输出端连接阀控制执行单元，存储模块用于存储供暖装置数据和参数；时钟模块使用内部时钟或外部时钟，用于计量用户使用时间。
所述的供暖计费装置，阀位检测模块采用红外对管进行检测，判断阀门的开、关位置和故障状态；红外对管的发射管处于发射状态，接收管的一个输出引脚连接至微处理器的I/O口，根据接收管输出脚的输出状态来判断阀门状态。
所述的供暖计费装置，阀控制执行单元采用光电耦合器隔离，光电耦合器输入端连接微处理器，光电耦合器输出端通过二极管耦合连接一放大器，所述放大器输出端控制连接继电器；阀开关信号同时通过光电耦合器隔离输入到微处理器。
所述的供暖计费装置，含有数据通讯单元，所述通讯单元包括与上位管理单元进行数据交换的上行通讯电路和与执行控制器连接的下行通讯电路；所述通讯电路通过控制接口和数据接口与含有微处理器连接；所述上行通讯电路的UART1_TX和UART1_RX和微处理器的UART1_TX和UART1_RX相连接，收发控制引脚COM_CTR通过光电耦合器连接到微处理器的Com_CTR1和Com_CTR2；下行通讯电路的UART3_TX和UART3_RX和微处理器的UART3_TX和UART3_RX相连接，收发控制引脚通过三极管进行信号翻转之后和微处理器的CTR相连接。
本发明的有益效果：
1、本发明供暖计费方法及计费装置，为我国供热改革提供了一个与目前国内已有方法都不相同的计费方案，在供热计量技术路线选择上有突破性的进展，可以很好地满足中国热计量改革的技术要求。基于“通断时间面积法”实现集中供热的分户计量，一户一阀，直接替代热量表，阀通断可靠，从根本上解决了热量表不适合我国供暖系统水质问题。不仅简化了分户计量之后的复杂管理，还解决了由于流量计的不适应而带来的计量偏差过大矛盾。计费装置由时间通断阀和室温控制器两部分组成，为用户行为节能与热量分摊计量提供了一种先进、实用的技术手段。CHN温控采暖计费阀，它的室温调节和热量分摊由同一设备完成，兼备温度控制与分摊热量功能，耗热量分摊与住户在楼内的位置无关，不必进行住户位置修正，系统各设备之间全部采用有线通讯，用户操作方便，热力公司或物业抄表方便。管理系统可进行耗热量分摊及热费计算，并具有能耗统计、分析功能、室温控制准确度好，新建建筑及既有建筑改造都可以应用。
2、本发明供暖计费方法及计费装置，采用的基本原理是通断时间面积法。即以每户的供暖系统有效通水时间为依据，分摊建筑的总供热量。其具体做法是：对于按户分环的水平式供暖系统，在楼栋入口安装一块楼栋热量表，计量楼栋总供热量，在各户的分支支路上安装CHN温控采暖计费阀，对该用户的循环热水进行通断控制来实现该户的室温调节。同时在各户的代表房间（一般为客厅）里放置室温控制器，用于用户开关控制、设定温度和测量室内温度，根据这两个温度值计算可停比，确定开关指令并传输给时间通断阀。时间通断阀根据开关指令控制通断，以开启时间调节送入室内热量，同时记录和统计各户供水温度达到“有效”要求的开启时间，按照各户的“有效”累计开启时间结合供暖面积分摊整栋建筑的热量及热费。CHN温控采暖计费阀自身带有用户开关，用户完全可以根据自己的需要通过开启、关闭或按温度自动控制，实现选择性消费，达到节能效果。适合于安装热量表进行分户计量的供热系统均可以安装CHN温控采暖计费阀。即共用的供回水立管和分户独立系统相结合的供热形式，每户是相对独立一个系统，每户的供回水管和共用的供回水立管相连，时间通断阀安装在每户入口的总供回水管上。户内的采暖系统可采用地板辐射采暖、散热器采暖等形式，其中散热器采暖形式主要有水平并联式和水平串连式两种。
3、本发明供暖计费方法及计费装置，方便管理，容易维护。CHN温控采暖计费阀可采用预付费方式，用户只有购买了相应地使用权限才能进行采暖和控制操作。当用户购买的使用权限消费为0时，将自动关闭阀门，实现了收费和消费权限的管理。对供热系统的适应性强。热量表对采暖水质有苛刻要求，特别是水系统中的杂质易造成在流量计腔体内的淤积是热量表无法工作。CHN温控采暖计费阀对系统水质无严格要求，阀永不结垢生锈，运行安全稳定。具有管理功能：热量表只显示计量结果，不具备收费和限制使用功能。维护使用成本低：热量表的电池寿命按国家规定6年更换一次，且需要每两年拆下效验一次；CHN温控采暖计费阀没有电池更换问题、使用寿命中也无须效验。
4、本发明供暖计费方法及计费装置，是传统按面积收费方式的继承、延伸和改进，收费单价容易确定，收费方式透明、直观。使用面积和时间为计费方法，有效地解决了目前采暖收费标准的问题；通断时间的概念替代了热量表直接测量热量的方法，易于理解、收费简单用户易于按受，管理部门也便于管理。具有以下优点：
1）适用性： 完全取代热量表，适合既有、新建、住宅、办公、等各种单户成环的水平采暖系统。尤其对地板辐射采暖系统更具优势，计量准确，可实现温度调控，造价低。
2）实用性：系统安装简便，只需要在用户户外楼梯间的管道井里安装阀体，同时户内安装室温控制器。即可同时实现室内温度调控和热费分摊计量，可不加装温控阀、不用入户测量用户散热器散热系数。
3）调节性： 室温控制器采用数字液晶显示室内温度以及设定温度，同时根据室温控制器内的智能温控算法，可将室内温度调控到设定温度的±0.5度以内，这是其他温度调控装置所达不到的。
4）可靠性： 设备硬件关键部分均采用自主品牌，设备运行稳定，使用寿命长，维护成本低。没有像热量表一样因为水质问题导致仪表读数越来越小（测温热电偶、流量计结垢等），并且得定期检定、拆装等问题。
5）防盗热性：系统防盗热性高，不会像热量表或热分配器等计量方式可通过调整测温探头或人为降低设备环境温度等方法作弊盗热；消除了热费分摊中出现误差，通过调整室内温度以及用热时间，不受散热器、安装方式以及安装位置的影响。
6）合理性：CHN 温控采暖计费阀遵循“有效果”计费原则，只计量供热管网供水温度达到设计要求情况下的采暖时间，避免了供热情况不达标的现象，热费分摊合理，做到了面积相同、室内温度相同时，所缴纳的热费相同，公平合理。
7）可采用IC卡预付费，用户只要按供热采暖面积预付费用购买一定的时间。就可按自己的意愿使用供热采暖，比如：在外出旅游家中无人时可自己关闭CHN温控采暖计费阀，回家时再打开，这样不但减少能量消耗，还能有效节省家庭开支，在购买的供暖时间消耗完毕时，阀门会自动关闭。
附图说明
图1：本发明供暖计费装置存储电路原理图；
图2：本发明供暖计费装置执行控制器阀门开关状态检测电路；
图3：本发明供暖计费装置执行控制器供电电路；
图4：本发明供暖计费装置执行控制器电机供电控制及检测电路；
图5：本发明供暖计费装置执行控制器上行通讯系统；
图6：本发明供暖计费装置执行控制器下行通讯系统
图7：本发明供暖计费装置执行控制器温度检测电路；
图8：本发明供暖计费装置最小系统工作电路原理图；
图9：本发明供暖计费装置结构方框图。
具体实施方式
实施例一：本发明供暖计费方法，根据用户（通过供暖计费装置）预先设置的要达到的控制温度T2，然后实时采集用户室温T1和管道热媒温度T3，按照下述步骤进行供暖的计量计费：
1）计量满足介质有效温度T4的通断控制阀的有效开启时间t（即用户有效使用时间），计算用户分摊量W
W=k×t×S ……………………………（1）
其中，S为用户供暖面积，k为通断控制阀的分摊量计算修正系数，
2）计算用户分摊热量Q
其中，Qz供暖区域中总能量，Wi为单个用户的分摊量；
3）利用下式计算用户使用费Am
Am= Pj×Q ……………………………（3）
其中，Pj为供暖能量单价。
计量用户有效使用时间t的条件是：管道内热媒温度T3大于等于设定有效温度T4时，用户采暖阀的开启时间t；当管道内热媒温度T3小于设定有效温度T4时，即使用户采暖阀开启，也不属于用户有效使用时间t。
不同用户供暖计费装置的分摊量计算修正系数k恒等于1；或为根据实际情况，分别设定为小于1大于0的实数，或为大于1的实数。
实施例二：参见图9，本实施例为实现前述供暖计费方法的供暖计费装置。所述供暖计费装置含有通断控制阀，执行控制器，温度控制器；温度控制器通过有线或无线通讯方式与执行控制器连接，温度控制器采集室温T1和输入控制要达到的温度T2，执行控制器控制连接通断控制阀，执行控制器检测管道热媒温度T3，所述执行控制器包括含有微处理器的核心控制模块和阀控制执行单元，核心控制模块包括微处理器（CPU），阀位检测模块，温度采集模块，存储模块，时钟模块；温度采集模块连接通断控制阀内的温度传感器信号输出端，阀位检测模块和温度采集模块输出信号连接微处理器（CPU），微处理器设有控制输出端连接阀控制执行单元，存储模块用于存储供暖装置数据和参数；时钟模块使用内部时钟或外部时钟，用于计量用户有效使用时间。
实施例三：参见图1～图8。本实施例的供暖计费装置，与实施例二不同的是：阀位检测模块采用图2所示的阀位检测电路。阀位检测模块采用红外对管进行检测，判断阀门的开、关位置和故障状态；红外对管的发射管处于发射状态，接收管的一个输出引脚连接至微处理器的I/O口，根据接收管输出脚的输出状态来判断阀门状态。
实施例四：参见图1～图8。本实施例的供暖计费装置与实施例二或实施例三不同的是：执行控制器采用如图4所示的电机供电控制电路和检测电路。阀控制执行单元采用光电耦合器隔离，光电耦合器输入端连接微处理器，光电耦合器输出端通过二极管耦合连接一放大器，所述放大器输出端控制连接继电器；阀开关信号同时通过光电耦合器隔离输入到微处理器。
实施例五：参见图1～图8。本实施例的供暖计费装置与前述各实施例不同的是：含有数据通讯单元，所述通讯单元包括与上位管理单元进行数据交换的上行通讯电路和与执行控制器连接的下行通讯电路；所述通讯电路通过控制接口和数据接口与含有微处理器连接；执行控制器核心控制模块采用图8所示电路。上行通讯电路的UART1_TX和UART1_RX和微处理器的UART1_TX和UART1_RX相连接，收发控制引脚COM_CTR通过光电耦合器连接到微处理器的Com_CTR1和Com_CTR2；下行通讯电路的UART3_TX和UART3_RX和微处理器的UART3_TX和UART3_RX相连接，收发控制引脚通过三极管进行信号翻转之后和微处理器的CTR相连接。
本发明供暖计费装置，由时间通断阀和室温控制器两部分组成CHN温控采暖计费阀，首先用户根据需要在室温控制器设定室内温度，室温控制器依据用户设定发送控制指令给时间通断阀，时间控制阀按接收到的指令控制供热水流的通断，并以时间的不同来达到调节室内温度恒定的目的。时间通断阀实时检测供热管网的供水温度，计量并统计有效供水温度情况下的阀门开启时间t（即只计量供水温度达到供热要求且阀门开启的时间）。室温控制器同时可显示当前的室温、设定室温、开关状态、用户使用余额、设定自动运行时间等。
本发明供暖计费方法及装置，适用于住宅，商铺和单元式商务办公楼等需要计量的集中供热系统。可按设定温度自动控制供热热水的通断时间，实现室内温度的恒温和节能；可同时测量室内温度，可设定室内用热时间，既解决收费问题又同时具备了传统恒温阀的功能，智能化控制，达到户内节能的要求。计量数据自动累计，掉电自动保存，存储时间长达20年；自动检测供水温度和阀门开关位置，阀门开关到位确认保证了供热效果。RS485工业总线接口，故障自动退出专利技术和防雷保护，实现远程集中管理；网络集中管理和欠费禁用功能，可选配IC卡预付费管理功能。
采用集中管理时，通过管理平台对用户及CHN温控采暖计费阀统一注册和远程管理，CHN温控采暖计费阀在一个供热系统中编码唯一，物业可通过管理平台实时查看用户室内温度、采暖状态、用量及余额，也可通过管理中心手动/自动关闭指定的CHN温控采暖计费阀实现欠费禁用和预付费功能。
采用IC卡预付费时，物业需将本供热系统的用户及CHN温控采暖计费阀进行统一注册，CHN温控采暖计费阀在一个供热系统中编码唯一。物业采暖季前将用户面积、基本单价和计量单价通过管理卡写入对应用户的CHN温控采暖计费阀，用户到物业购买缴费卡，通过室温控制器刷进CHN温控采暖计费阀，CHN温控采暖计费阀根据日历按日扣除基本费用，按有效开户时间自动扣除计费用。
本发明供暖计费方法收费示例：
郑州市东区的集中供热面积收费单价是0.19元/m2天（合5.70元/ m2月、22.80元/ m2采暖季），某家庭的采暖面积为125 m2，那么他一个采暖季的缴费总额为2850元。
如采用CHN温控采暖计费阀进行计量收费，不需要另行出台供热计量收费文件，直接根据建设部《民用建筑供热计量管理办法》建城[2008]106号之规定，固定费用按30%计算，计量费用按70%计算。
即该家庭125 m2采暖面积的固定费用=0.19元/m2天×30%×120天×125 m2=855元/采暖季（基本单价=0.19元/m2天×120天×30%=6.84元/ m2采暖季。） 该家庭125 m2采暖面积的时间计量单价为（0.19元/m2天×70%÷24h/天）×125 m2=0.69元/h（注：单位面积小时单价=0.19元/m2天×70%÷24h/天=0.0055元/ m2h；），该户的用量收费总额=CHN温控采暖计费阀计量的开启时间t×0.69元/h。
如该用户每天节约4小时，即平均每天开启时间为20个小时，则一个采暖季可节约费用=855元/采暖季+20h/天×0.69元/h×120天/采暖季=2511元/采暖季，每采暖季可节约采暖费339元。
如该用户每天节约10小时，即平均每天开启时间为14个小时，则一个采暖季可节约费用=855元/采暖季+14h/天×0.69元/h×120天/采暖季=2511元/采暖季，每采暖季可节约采暖费836元。
Claims (7)
1.一种供暖计费方法，用户利用供暖计费装置预先设置要达到的控制温度，并通过所述供暖计费装置实时采集用户室温和管道热媒温度，计量满足介质有效温度的用户有效使用时间t，然后按照下述步骤进行供暖的计量计费：
1）根据用户有效使用时间t，计算用户分摊量W
W=k×t×S ……………………………（1）
其中，S为用户供暖面积，k为用户供暖计费装置的分摊量计算修正系数，
2）计算用户分摊热量Q
其中，Qz供暖区域中总能量，Wi为单个用户的分摊量；
3）利用下式计算用户使用费Am
Am= Pj×Q ……………………………（3）
其中，Pj为供暖能量单价。
2.根据权利要求1所述的供暖计费方法，其特征是：计量用户有效使用时间t的条件是：管道内热媒温度大于等于设定有效温度时，用户采暖阀的开启时间t。
3.根据权利要求1或2所述的供暖计费方法，其特征是：用户供暖计费装置的分摊量计算修正系数k恒等于1，或为小于1大于0的实数，或为大于1的实数。
4.一种实现权利要求1所述供暖计费方法的供暖计费装置，含有通断控制阀，执行控制器，温度控制器；温度控制器通过有线或无线通讯方式与执行控制器连接，温度控制器采集室温和输入要达到的控制温度，执行控制器控制连接通断控制阀，执行控制器检测管道热媒温度，其特征是：所述执行控制器包括含有微处理器的核心控制模块和阀控制执行单元，核心控制模块包括微处理器，阀位检测模块，温度采集模块，存储模块，时钟模块；温度采集模块连接通断控制阀内的温度传感器信号输出端，阀位检测模块和温度采集模块输出信号连接微处理器，微处理器设有控制输出端连接阀控制执行单元，存储模块用于存储供暖装置数据和参数；时钟模块使用内部时钟或外部时钟，用于计量用户使用时间。
5.根据权利要求4所述的供暖计费装置，其特征是：阀位检测模块采用红外对管进行检测，判断阀门的开、关位置和故障状态；红外对管的发射管处于发射状态，接收管的一个输出引脚连接至微处理器的I/O口，根据接收管输出脚的输出状态来判断阀门状态。
6.根据权利要求4或5所述的供暖计费装置，其特征是：阀控制执行单元采用光电耦合器隔离，光电耦合器输入端连接微处理器，光电耦合器输出端通过二极管耦合连接一放大器，所述放大器输出端控制连接继电器；阀开关信号同时通过光电耦合器隔离输入到微处理器。
7.根据权利要求6所述的供暖计费装置，其特征是：含有数据通讯单元，所述通讯单元包括与上位管理单元进行数据交换的上行通讯电路和与执行控制器连接的下行通讯电路；所述通讯电路通过控制接口和数据接口与含有微处理器连接；所述上行通讯电路的UART1_TX和UART1_RX和微处理器的UART1_TX和UART1_RX相连接，收发控制引脚COM_CTR通过光电耦合器连接到微处理器的Com_CTR1和Com_CTR2；下行通讯电路的UART3_TX和UART3_RX和微处理器的UART3_TX和UART3_RX相连接，收发控制引脚通过三极管进行信号翻转之后和微处理器的CTR相连接。
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