CN103148537B - 一种集中供暖系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集中供暖系统和方法，所述系统包括：为每户用户设置的温控器，用于设置用户需求温度和测量室内温度值，并将所述用户需求温度和室内温度值发送至接收器；至少一个接收器，用于接收各自覆盖范围内所有温控器设置的用户需求温度和室内温度值，并将所述所有温控器设置的用户需求温度和室内温度值发送至控制器；控制器，用于接收所述至少一个接收器发送的用户需求温度和室内温度值，并将所述至少一个接收器发送的用户需求温度和室内温度值发送至智能控制阀；智能控制阀，用于根据控制器发送的用户需求温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例。本发明实现了具有对现有的单管顺流式集中供暖系统改造简单的集中供暖系统。

Description

一种集中供暖系统和方法

技术领域

本发明涉及热水集中供暖系统领域，尤其是涉及一种集中供暖系统和方法。

背景技术

目前我国绝大部分地区现行的采暖供热系统是单管顺流式集中供暖系统，单管顺流式集中供暖系统是指热源和散热设备分别设置，由热源通过管道顺流向各个房间或各个建筑物，从而实现供给热量的供暖系统。单管顺流式集中供暖系统的工作原理是：在系统工作之前，先将系统中充满冷水，经锅炉内加热后形成热媒，热媒在机械循环压力和重力循环压力共同作用下，自上而下顺流，经散热器后，把热量送给用户，冷却后回水经泵流回锅炉被重新加热，往复不断，形成一个环流系统。单管顺流式集中供暖系统因其结构简单，施工方便，造价低等特点，成为我国传统多层和高层建筑供暖的主要形式，但是，目前单管顺流式集中供暖系统不能根据用户的需求为用户提供舒适的室内温度，有时还会造成资源的浪费。目前，新楼房在使用中通常配备双管道为入户供暖，即进水管和出水管，使得用户可以根据自己不同的需求控制自家的室温。但是，由于我国现有大部分传统住房均采用的是单管顺流式集中供热系统，如果针对现有采用单管顺流式的住房进行改造进而使用双管道方式为用户供暖，则要对住房的供暖管道进行大规模的改造，存在改造周期过长，施工难度大，改造成本高等问题。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种集中供暖系统和方法，以实现一种能够根据用户的需求调节室内温度的集中供暖系统，并且具有对现有的单管顺流式集中供暖系统改造周期短、施工难度小以及改造成本低的特点。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

本发明提供了一种集中供暖系统，所述系统包括：

为楼栋内每户用户设置的温控器，用于每户用户设置用户需求温度和测量每户用户的室内温度值，并将所述用户需求温度和所述室内温度值发送至接收器；

至少一个接收器，所述至少一个接收器中的每个接收器用于接收各自覆盖范围内的所有温控器发送的用户需求温度和室内温度值，并将所述各自覆盖范围内的所有温控器发送的用户需求温度和室内温度值发送至控制器；

控制器，用于接收所述至少一个接收器发送的用户需求温度和室内温度值，并将所述至少一个接收器发送的用户需求温度和室内温度值发送至智能控制阀；

智能控制阀，用于根据控制器发送的用户需求温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，以使得用户需求温度和室内温度值的差值低于预设阈值。

优选地，所述智能控制阀为PID控制器，所述PID控制器的调节方程为其中，u(t)为所述PID控制器的当前输出，e(t)为r(t)与c(t)的差，r(t)为用户需求温度，c(t)为室内温度值，t为当前时间，K_P、T_I、T_D为预设比例系数。

优选地，所述系统还包括：楼栋热量表，安装于楼栋或单元处，用于根据楼栋入水管的阀门开启比例以及开启时间对楼栋内用户使用的总热能值进行计量并分摊。

优选地，所述至少一个接收器中的每一个接收器通过无线射频与各自覆盖范围内的所有温控器连接。

优选地，所述至少一个接收器通过有线方式与所述控制器连接。

优选地，所述智能控制阀通过有线方式与所述控制器连接。

本发明还提供了一种集中供暖方法，所述方法包括：

楼栋内每户用户设置用户需求温度以及测量每户用户的室内温度值；

根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，以使得用户需求温度和室内温度值的差值低于预设阈值。

优选地，所述根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例具体为：通过PID控制器根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例；其中，所述PID控制器的调节方程为其中，u(t)为所述PID控制器的当前输出，e(t)为r(t)与c(t)的差，r(t)为用户需求温度，c(t)为室内温度值，t为当前时间，K_P、T_I、T_D为预设比例系数。

优选地，所述方法还包括：设置阀门最低开启比例，所述根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例时还包括：控制所述楼栋入水管的阀门开启比例不低于所述阀门最低开启比例。

优选地，所述方法还包括：设置阀门最高开启比例，所述根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例时还包括：控制所述楼栋入水管的阀门开启比例不高于所述阀门最高开启比例。

通过以上技术方案可知，本发明实现的集中供暖系统，为楼栋内的每户用户设置了温控器，用户根据自己的需求通过各自的温控器设置用户需求温度，温控器将用户需求温度和测得的实际室内温度发送至接收器，楼栋内设置了至少一个接收器，每个接收器接收各自覆盖范围内的温控器发送的用户需求温度，将接收到的用户需求温度通过控制器发送至智能控制阀，智能控制阀根据用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，从而控制整栋楼的供暖温度，以实现楼栋内每户的室内温度值接近用户设置的用户需求温度。本发明实现的集中供暖系统，在单管顺流式集中供暖系统的基础上，为每户增加了温控器，并在整栋楼内安装了接收器以及对控制器和智能控制阀增加了一些功能，并未对供暖管道做出大规模的改动，因此，本发明实现的集中供暖系统具有对现有的单管顺流式集中供暖系统改造周期短、施工难度小以及改造成本低的特点。

附图说明

图1为本发明提供的集中供暖系统的一具体实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的集中供暖系统的另一具体实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的集中供暖方法一具体实施例的流程示意图；

图4为本发明提供的集中供暖方法的另一具体实施例的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供的集中供暖系统应用于采用单管顺流式供暖系统的楼栋内。这里，楼栋指的是一栋楼或一单元。

请参阅图1，本发明提供了集中供暖系统的一具体实施例，所述系统包括为楼栋内每户用户设置的温控器101、至少一个接收器102、控制器103和智能控制阀104。在该实施例中，温控器安装于每户的室内，以方便用户控制并且测量室内温度值。接收器可以为安装于室外的无线接收器。

所述为楼栋内每户用户设置的温控器101用于每户用户设置用户需求温度和测量每户用户的室内温度值，并将所述用户需求温度和室内温度值发送至接收器。这里，每户用户可以为一楼栋内的每户用户。

所述至少一个接收器102中的每个接收器用于接收各自覆盖范围内的所有温控器设置的用户需求温度和室内温度值，并将所述各自覆盖范围内的所有温控器设置的用户需求温度和室内温度值发送至控制器103。这里，接收器的数量和安装位置可以根据楼栋的具体结构进行规化，规划的原则是使得全部接收器接收信号的覆盖范围能够覆盖楼栋内的每户的温控器，并且为每户的温控器设置特定且唯一的接收器用于接收该温控器设置的用户需求温度。

所述控制器103用于接收所述至少一个接收器102发送的所有的用户需求温度和所有的室内温度值，并将所述至少一个接收器102发送的所有的用户需求温度和所有的室内温度值发送至智能控制阀104。

所述智能控制阀104用于根据控制器103发送的所有的用户需求温度和所有的室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，从而实现对楼栋的供暖温度进行控制，并且控制的具体原则是使得用户需求温度和室内温度值的差值低于预设阈值，或者使得两者的差值最小。这里用户需求温度和室内温度值的差值可以是先计算每个用户的用户需求温度和室内温度的差值，再将计算出的所有的用户的差值取平均值，还可以是将所有的用户需求温度求和，将所有的室内温度值求和，将两个和取差值，再将该差值除以用户的个数。

图1所示的本发明实现的集中供暖系统可以对楼栋内的用户的室内温度进行控制，为该楼栋内的每户用户设置了温控器，用户根据自己的需求通过各自的温控器设置用户需求温度，温控器实时测量室内温度值，考虑到成本及可操作性，通常采用的温控器的温度准确度为0.5℃，时间准确率为0.01％，内部计量最小单位为秒。楼栋内设置了至少一个接收器，一般是每4-6户用户的温控器设置一个对应的接收器，所述至少一个接收器的接收信号的覆盖范围覆盖了该楼栋内的每户用户的温控器。每户用户的温控器将各自用户设置的用户需求温度和室内温度值发送至与该户对应的接收器。楼栋内的所述至少一个接收器将接收到的用户需求温度和室内温度值发送至控制器。控制器将接收到的所述至少一个接收器发送的用户需求温度和室内温度值，也就是该楼栋内每户用户设置的用户需求温度和室内温度值发送至智能控制阀。智能控制阀根据该楼栋内每户用户设置的用户需求温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，即控制该楼栋的供暖温度，以使得用户需求温度和室内温度值的差值低于预设阈值，实现了根据该楼栋的每户用户的整体需求控制该楼栋的供暖温度。

经发明人研究发现，本实施例中的智能控制阀具体可以为PID(比例-积分-微分)控制器，通过PID控制器调节智能控制阀，从而调节室内温度使得室内温度值与用户需求温度值差值很小，可以实现很好的调节效果。PID控制器的调节方程为

$u\left(t\right)=K_P[e\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]$

其中，u(t)为所述PID控制器的当前输出，e(t)为r(t)与c(t)的差，r(t)为用户需求温度，c(t)为室内温度值。这里，r(t)与c(t)的差可以为每个用户的r(t)与c(t)的差的平均值，也可以为所有用户的r(t)的平均值与所有用户c(t)的平均值的差。

t为当前时间，即PID控制器开始工作为起始计时点的当前时间。K_P、T_I、T_D为预设比例系数，可以根据环境进行调节，下面举例预设比例系数的一个取值范例。

当e(t)大于2.0℃时，K_P＝0.5；T_D＝0，T_ITI取无穷大。

e(t)小于2.0℃，大于1.0℃时，K_P＝0.3，T_D＝10s，T_I＝60s

e(t)小于1.0℃，大于0.5℃时，K_P＝0.1，T_D＝20s，T_I＝180s

e(t)小于0.5℃，大于0℃时，K_P＝0，T_D＝50s，T_I＝180s。

在本实施例中，控制器103与智能调节阀104可以通过有线方式连接。所述至少一个接收器102中的每一个接收器可以通过无线射频与各自覆盖范围内的所有温控器连接，所述至少一个接收器101可以通过有线方式与所述控制器103连接。

该实施例中还可以包括：楼栋热量表，安装于楼栋或单元处，用于根据楼栋入水管的阀门开启比例以及开启时间对楼栋内用户使用的总热能值进行计量并分摊。

实际上，本发明中的集中供暖系统还可以通过远程计算机进行数据传输。下面通过一个具体实施例加以说明。

图2为本发明提供的集中供暖系统的另一具体实施例，该实施例中，所述系统包括为楼栋内每户用户设置的温控器201、至少一个接收器202、控制器203、智能控制阀204、网络数据采集器205和远程计算机206。在该实施例中，温控器安装于每户的室内，以方便用户控制和测量室内温度。接收器为安装于室外的无线接收器。

所述为楼栋内每户用户设置的温控器201用于每户用户设置用户需求温度和测量室内温度值，并将所述用户需求温度和室内温度值发送至接收器。

所述至少一个无线接收器202中的每个接收器用于接收各自覆盖范围内的所有温控器设置的用户需求温度和室内温度值，并将所述各自覆盖范围内的所有温控器设置的用户需求温度和室内温度值发送至控制器203。这里，接收器的数量和安装位置可以根据楼栋的具体结构进行规化，规划的原则是使得全部接收器接收信号的覆盖范围能够覆盖楼栋内的每户的温控器，并且为每户的温控器设置特定且唯一的接收器用于接收该温控器设置的用户需求温度。

所述控制器203用于接收所述至少一个无线接收器202发送的用户需求温度和室内温度值，并将所述至少一个无线接收器202发送的用户需求温度和室内温度值发送至智能控制阀204和接收到智能控制阀204发送的智能阀数据后，将该智能阀数据发送至网络数据采集器205，以及接收到所述网络数据采集器205发送的管理数据后根据所述管理数据配置所述控制器203。

所述智能控制阀204用于根据控制器203发送的用户需求温度和室内温度控制楼栋入水管的阀门开启比例，从而实现对楼栋内的用户的室内温度进行控制，并且控制的具体原则是使得用户需求温度和室内温度值的差值低于预设阈值或者使得两者的差值最小，以及将反映智能控制阀的当前状态的智能阀数据发送至控制器203。

所述网络数据采集器205用于将所述控制器203发送过来的智能阀数据发送至远程计算机206，以及接收到远程计算机206发送的对所述控制器203的管理数据后将所述管理数据发送至所述控制器203。

远程计算机206用于向网络数据采集器205发送对控制器203的管理数据并且查看网络数据采集器205发送的智能阀数据。

其中，所述控制器203可以通过无线射频与所述网络数据采集器205连接，控制器203与智能调节阀204可以通过有线方式连接。所述至少一个接收器202中的每一个接收器可以通过无线射频与各自覆盖范围内的所有温控器连接，所述至少一个接收器202可以通过有线方式与所述控制器203连接。

本实施例中还可以包括楼栋热量表，楼栋热量表安装在楼栋入水管或出水管的总管道上。智能控制阀204与控制器203安装在与楼栋热量表相临或相近的位置。此时，该系统的拓扑结构属于星型结构与网状结构并存，以远程计算机为中心点，经由放置于各个区域的网络数据采集器分别连接到相应区域的楼栋热量表、控制器、智能调节阀。电源线路可为总线结构，即一条电源线连接所有用电设备，通过变压分别供应不同设备所需；亦可就近连接电源，即就近取电。

请参阅图3，本发明还提供了集中供暖方法的一具体实施例，所述方法包括：

S301：楼栋内每户用户设置用户需求温度和测量每户用户的室内温度值。这里可以为楼栋内的每户用户设置一个温控器，用户通过各自的温控器设置用户需求温度和测量室内温度值。

S302：根据楼栋内每户用户设置的用户需求温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，以使得用户需求温度和室内温度值的差值低于预设阈值或为最小值。这里可以在通过在楼栋内设置至少一个接收器，每一个接收器接收各自覆盖范围内的所有温控器发送的用户需求温度和室内温度值。所述至少一个接收器将接收到的楼栋内每户用户设置的用户需求温度和室内温度值通过控制器发送至智能控制阀，智能控制阀根据楼栋内每户用户设置的用户需求温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，根据阀门开启比例控制该楼栋的供暖温度。

在本实施例中，所述根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例可以具体为：通过PID控制器根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例；其中，所述PID控制器的调节方程为 $u\left(t\right)=K_P[e\left(t\right)+\frac{1}{T_I}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}+T_D\frac{\mathrm{de}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}]$ 其中，u(t)为所述PID控制器的当前输出，e(t)为r(t)与c(t)的差，这里，r(t)与c(t)的差可以为每个用户的e(t)为r(t)与c(t)的差的平均值，也可以为r(t)的平均值与c(t)的平均值的差r(t)为用户需求温度，c(t)为室内温度值，t为当前时间，K_P、T_I、T_D为预设比例系数。

本发明的方法实施例可以用于单管系统中顺流式集中供热系统。实现对采用顺流式集中供热系统的每户用户的室内温度进行调节。

请参阅图4，本发明还提供了集中供暖方法的另一具体实施例，包括：

S401：楼栋内每户用户设置用户需求温度以及测量每户用户的室内温度值。这里可以为楼栋内的每户用户设置一个温控器，用户通过各自的温控器设置用户需求温度和测量室内温度值。

S402：设置阀门最高开启比例和阀门最低开启比例。S401和S402的执行顺序不受限定。

S403：根据楼栋内每户用户设置的用户需求温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，以使得用户需求温度和室内温度值的差值低于预设阈值，并且控制所述楼栋入水管的阀门开启比例不低于所述阀门最低开启比例，以及控制所述楼栋入水管的阀门开启比例不高于所述阀门最高开启比例。从而保证楼栋内的温度在一定的范围内进行控制。

实际上，阀门最高开启比例和阀门最低开启比例可以根据用户感觉到舒适的温度范围进行确定。

本发明中的任一方法实施例可以用于本发明提供的任一集中供暖系统的实施例中，并且方法实施例可以参照系统实施例的相关描述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集中供暖系统，其特征在于，应用于采用单管顺流式供暖系统的楼栋内，所述集中供暖系统包括：

为楼栋内每户用户设置的温控器，用于每户用户设置用户需求温度和测量每户用户的室内温度值，并将所述用户需求温度和所述室内温度值发送至接收器；

至少一个接收器，所述至少一个接收器中的每个接收器用于接收各自覆盖范围内的所有温控器发送的用户需求温度和室内温度值，并将所述各自覆盖范围内的所有温控器发送的用户需求温度和室内温度值发送至控制器；

控制器，用于接收所述至少一个接收器发送的用户需求温度和室内温度值，并将所述至少一个接收器发送的用户需求温度和室内温度值发送至智能控制阀；

智能控制阀，用于根据控制器发送的用户需求温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，以使得用户需求温度和室内温度值的差值低于预设阈值。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能控制阀为PID控制器，所述PID控制器的调节方程为其中，u(t)为所述PID控制器的当前输出，e(t)为r(t)与c(t)的差，r(t)为用户需求温度，c(t)为室内温度值，t为当前时间，K_P、T_I、T_D为预设比例系数。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：楼栋热量表，安装于楼栋或单元处，用于根据楼栋入水管的阀门开启比例以及开启时间对楼栋内用户使用的总热能值进行计量并分摊。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个接收器中的每一个接收器通过无线射频与各自覆盖范围内的所有温控器连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个接收器通过有线方式与所述控制器连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能控制阀通过有线方式与所述控制器连接。

7.一种集中供暖方法，其特征在于，应用于采用单管顺流式供暖系统的楼栋内，所述方法包括：

楼栋内每户用户设置用户需求温度以及测量每户用户的室内温度值；

根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例，以使得用户需求温度和室内温度值的差值低于预设阈值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例具体为：通过PID控制器根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例；其中，所述PID控制器的调节方程为其中，u(t)为所述PID控制器的当前输出，e(t)为r(t)与c(t)的差，r(t)为用户需求温度，c(t)为室内温度值，t为当前时间，K_P、T_I、T_D为预设比例系数。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：设置阀门最低开启比例，所述根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例时还包括：控制所述楼栋入水管的阀门开启比例不低于所述阀门最低开启比例。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：设置阀门最高开启比例，所述根据每户用户的用户舒适温度和室内温度值控制楼栋入水管的阀门开启比例时还包括：控制所述楼栋入水管的阀门开启比例不高于所述阀门最高开启比例。