CN103154618A

CN103154618A - 具有流量调节的单管热量供应系统

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Publication number: CN103154618A
Application number: CN2011800393359A
Authority: CN
Inventors: M.哈特曼; M.耶德泽耶夫斯基; M.奥索尼克
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-06-08
Also published as: EP2423607A2; RU2480678C2; WO2011154003A2; CN103154618B; WO2011154003A3; RU2011122941A; EP2423607A3

Abstract

系统引入机构来控制至单管系统中的立管的热交换流体介质的流率，所述单管系统是例如合作建筑物中的典型管布置，用于向公寓的散热器供应热量。控制方法响应外部参数（温度）的变化调节所供应的热交换流体介质的温度以及响应返回管线中的热交换流体介质的温度调节流率。

Description

具有流量调节的单管热量供应系统

技术领域

背景技术

在例如合作住宅或合作建筑物中供应散热器的管的典型布置是两管系统或单管系统。在下文中，提及“房子”通常应当是指包括多个公寓的住宅或者这种布置是典型的任何其他地方。

在传统两管系统中，一组平行管形成至诸如散热器的热交换装置的集合的供应管（或更一般地，“管线”）以及返回管（或“管线”）。与每个这种热交换装置集合相关的管被称为立管，并且在两管系统中，每个立管处的流率在传统系统中被单独地调节，因此得到与当前负载匹配的每个立管中的动态流率。

然而，在单管系统中，供应管线系统将具有一定流率和供应温度（通常是水）的某种热交换流体介质（通常是水）供给到热交换装置集合。个体散热器一个接一个地串联连接，使得一个散热器的返回管线是下一散热器的供给管线。至每个散热器的热交换流体介质的流率通常由恒温器控制，所述恒温器由散热器的使用者来设定，但是在传统系统中，供应和返回管线中的总体流量是大致恒定的，这意味着并不对负载的变化作出反应。

例如在热天或简单地当房间中的内部增益使得散热器恒温器关闭时，该散热器恒温器通常关闭从而使得大部分热交换流体介质流过旁路管线，这种布置导致返回管线（多条）中的热交换流体介质的不期望的高温。返回热交换流体介质的高温不是想要的，这是因为这导致生活空间的不受控的加热以及在管线中热交换流体介质的热量的不必要损失，因为虽然散热器被关闭但是管线将继续传递热量。在管线绝热不太良好的情况下尤其如此。这会导致居民更加不舒适。

在两管系统中，调节流量的阀致动器被居中地设置。这在单管系统中是不可能的，这是因为这将导致在该系统的仍具有高负载的部件中的欠流而具有低负载的部件/立管中的过流。

本发明涉及引入一种方案，该方案提供一种相当高能效的并且依赖于负载的单管系统。

发明内容

本发明通过引入两部分控制而解决单管系统的问题，一部分是调节或控制所供应的热交换流体介质的温度，供应温度，并且另一部分是关于返回管线中的热交换流体介质的温度来控制通过热交换装置集合的流量。流量和返回温度的控制在每个立管中“远离中心地（de-centrally）”完成。

供应温度控制基于外部状况，所述外部状况包括影响该系统的不能由系统自身影响的状况，所述外部状况优选地包括例如通过引入气候补偿器的气候（更具体地，外部温度，例如住宅的户外温度），并且所述外部状况还可包括会影响待被供应到房子的预期需要热量的其他因素。主要但非唯一的实施方式尤其涉及外部温度，因此该系统可选地包括外部温度传感器。在甚至更先进的实施方式中，该系统例如通过互联网被联接到气候预报系统。

因此，本发明引入一种系统，该系统包括：

- 串联连接的热交换装置集合，使得一个热交换装置的返回管线是下一热交换装置的供给管线；

- 主供应管线，所述主供应管线被连接到所述热交换装置之中的沿流动方向看的第一热交换装置的所述供给管线；

- 主返回管线，所述主返回管线被连接到所述热交换装置之中的沿流动方向看的最后热交换装置的所述返回管线；

其中，具有供应温度的热交换流体介质以一流率从所述主供应管线被供给到所述热交换装置集合，

其中，所述系统还包括：

- 流量控制器，所述流量控制器被连接到返回管线并且适于控制通过所述返回管线的流率；

- 致动装置，所述致动装置操作所述流量控制器；以及

- 温度传感器，所述温度传感器定位成与所述返回管线中的所述热交换流体成热交换连接。

为了确保恒定流量，而与每个热交换装置中的负载频繁地变化（例如，所述负载由使用者调节）无关，流量控制器还适于保持恒定流量，而与主供应管线中的压力变化无关。

为了通过宁可事先满足外部状况来避免将不必要的许多能量供给到该系统中，在一个实施方式中该系统可包括外部温度传感器，该外部温度传感器定位成测量系统外部的温度。

具体地但非排他地，为了确保返回温度在依赖于不同参数的设定点处的调节，在一个实施方式中该系统可包括电子控制器，该电子控制器被连接到每个致动装置，并且温度传感器被连接到该系统的返回管线。电子控制器可选地连接到连接于主供应管线的温度传感器，并且可选地还连接到外部温度传感器。

在一个实施方式中，每个致动装置是脉冲致动，例如致动装置是电磁致动器、气动致动器、液压致动器或电致伸缩致动器。

为了确保该系统的频繁优化，在一个实施方式中该电子控制器适于监控被测量参数并且适于使用这些数据来优化依赖所述外部温度的供应温度设定点以及相对于所述供应温度设定点的返回温度设定点。

在该电子控制器的替代实施方式中，每个致动装置被直接连接到温度传感器、是自动的、并且包括调节返回温度设定点的机构。致动装置的自然选择是恒温器。

在住宅中，多个立管通常平行地存在，因此该系统根据负载向每个立管赋予流量，通过每个集合或立管的流量被单独调节。

为了确保该系统的优化设定点，在一个实施方式中，供应温度根据依赖于所述系统外部的参数的供应设定点温度被调节，并且所述流率根据依赖于所述集合中的第一热交换装置下游的热交换流体介质的温度的返回设定点温度被调节。所述返回温度设定点优选地响应于所述供应温度设定点的调节而被调节。

附图说明

图1是本发明适用的标准单管或单管线布置的示意图。

图2是大量平行立管的示意图，每个立管与热交换装置的集合相关，并且每个立管根据本发明的一个实施方式被控制。

图3是用于本发明的一个实施方式的流量控制器的示意图，所述流量控制器适于保持恒定流量，而与压力变化无关。

图4是设置点对外部状况的依赖性的示意图。

图5A和图5B是本发明如何将流率更好地匹配系统中的实际负载的示意图。

图6是根据本发明的实施方式引入电子控制器的系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了单管系统的典型布置，其中供应管线3系统将某种热交换流体介质（典型地，水）以一定供应温度和流率供给到热交换装置6（例如，散热器）的集合，并且适于加热大量的生活空间。在下文中，在不失一般性的情况下，这种热交换装置6通常被称为散热器。个体的散热器6被一个接一个地串联连接，使得一个散热器6的返回管线4是下一散热器6的供给管线3。每个散热器6的供给管线3和返回管线4由旁路管线5附加地连接。主供应管线1被连接到散热器6集合之中的沿流动方向看的第一散热器的供给管线3，并且主返回管线2被连接到散热器6集合之中的沿流动方向看的最后散热器的返回管线4。

这种布置位于一些地方（通常是，包括多个房间和公寓的房子中），其中，例如大量平行立管均被连接到大量房间/公寓。在本文中，这些房间/公寓的每个都被认为是一个热交换装置，于是，与立管相关的房间/公寓包括热交换装置或散热器6的“集合”。

每个房间/公寓内的个体散热器6可根据类似或非常不同的布置被连接。

在包括多个立管的房子中，因此该系统包括串联并且连接到公共主供应管线1和主返回管线2的对应多个散热器集合，通过每个集合的流量被单独地调节。

热交换介质可以被直接供应到散热器6（在下文中被称为直接供应布置），或者系统可引入包括热交换器的分站，该分站将供应管线从例如房子分离（在下文中被称为分站布置），因此形成用于热交换流体循环到个体散热器6的闭环。由流量调节机构7来控制热交换流体介质至每个散热器6的流率，在下文中在不失一般性的情况下，所述流量调节机构被称为散热器恒温器。至散热器6的流率的调节还影响旁路管线5中的流量，通过改变至散热器6的流量，通过旁路管线5的流量也被相应地改变。

例如在热天，或正好当房间的内部增益导致散热器恒温器7关闭时，所述散热器恒温器7通常被关闭以允许大部分热交换流体介质流动通过旁路管线5，这种布置导致在返回管线4中的热交换流体介质的不期望的高温。返回热交换流体介质的高温不是想要的，这是因为这导致生活空间的不受控的加热以及进一步地在管线中热交换流体介质的热量的不必要损失，因为虽然散热器被关闭但是管线将继续传递热量。在管线绝热不太良好地的情况下尤其如此。这会导致居民更加不舒适。

本发明通过引入两部分控制来解决该问题，一部分是调节或控制所供应的热交换流体介质的温度，供应温度，并且另一部分是关于返回管线3中的热交换流体介质的温度来控制通过热交换装置6集合的流量。

供应温度控制基于外部状况，所述外部状况包括影响该系统的不能由系统自身影响的状况，所述外部状况优选地包括例如气候（更具体地，外部温度，例如住宅的户外温度），从而引入气候补偿器，并且所述外部状况还可包括会影响待被供应到房子的预期需要热量的其他因素。主要但非唯一的实施方式尤其涉及外部温度，因此该系统可选地包括外部温度传感器8。在甚至更先进的实施方式中，该系统例如通过互联网被联接到气候预报系统。以这种方式调节立管的流量基于立管2的实际需求或负载2，这是因为改变需求会改变返回管线4中的热交换流体介质的温度。

图2示出了根据本发明的布置，其中流量控制器9连接到与散热器6集合相关的返回管线4，用于控制在供应这些散热器6的管线中的热交换流体的流量。

在一个优选但非限制性实施方式中的流量控制器9具有两个操作，因为其具有流量控制阀以及独立于压力的平衡阀。该实施方式中的流量控制阀9包括设定期望流率的机构、以及虽然流量系统中存在压力变化但用于确保这大致恒定流率的机构。这种阀是市场上可获得的，所述阀的示例是由Danfoss A/S提供的并且例如在专利DE 103 23 981中公开的AB-QM产品系列。

图3示出了这种阀9或流量控制器，其包括两个部分，即差压控制器和控制阀。差压控制器保持在控制阀9上的恒定差压。控制阀9包括阀杆31、填料盒32、塑料环33、控制阀锥34、膜35、主弹簧36、中空锥（压力控制器）37以及硫化阀座（压力控制器）38。膜35上的压差△Pcv(P2 - P3)与弹簧36的力平衡。只要控制阀9上的差压变化（由可获得的压力的变化或者控制阀的运动引起），中空锥37就移位到实现新平衡的新位置，且因此将差压保持在恒定水平。控制阀9具有线性特征。该控制阀特征在于行程限制功能，这允许调节Kv值。通过提升阻挡机构并且将阀9的顶部转动到期望位置来改变行程限制。阻挡机构自动地防止设置的不想要的改变。

引入这种流量控制器9具有的又一优势在于，例如立管中的流量被彼此独立地调节/控制，尽管这些立管被连接到公共主供应管线1和返回管线2。

转到图2，该图示出了被附接到散热器6之中的沿流动方向看的最后散热器的返回管线4的流量控制器，致动装置10可选地通过使用适配器而连接到流量控制器9。还看到温度传感器11，该温度传感器适于定位成与返回管线4处于热交换连接。

致动装置10可以是致动器，并且可以是自动的或受控的，并且以本领域公知的任何方式操作，例如电磁、气动、液压和电激活等方式。

因此，图2示出了控制基于两个部分的系统，一部分涉及依赖于外部状况（例如，外部温度）来调节供应温度，第二部分是依赖于返回温度（返回管线4中的热交换流体介质的温度）来调节与每个热交换器6集合相关的流量。因此，该系统变为可变流量系统，用于每个立管的单独流量控制取决于每个单独立管上的负载。

图4示出了描述根据本发明的调节的两条曲线。上方曲线12描述了供应温度对外部温度的调节依赖性。或者至少示出了供应温度的设定点如何随着外部温度的改变而改变。确切曲线和依赖性取决于许多因素（例如住宅的绝热状态），并且通常针对实际系统的状况被优化。有利的是出于数个原因（例如，由过量热导致的问题）而根据供应温度的设定点的变化来改变返回温度的温度设定点。

以相同的方式，因此下方曲线13描述了返回温度设定点的调节的依赖性，该曲线是基本返回温度控制的更新，其中返回温度设定点主动地跟随基于外部温度的供应温度控制的结果。因此是返回温度的设定点的控制。目的在于，流量针对每个立管中的负载被调节的控制性能贯穿加热季节都保持良好。

因此下方曲线13改变基于两个因素，即供应温度和立管中的负载，因为立管中的负载是不可预测的并且从100% 改变至0%。

因此，本发明的系统引入“超”控制和“次”控制，所述“超”控制是供应温度设定点相对于外部状况的控制，所述“次”控制通过根据与立管中的负载相关的返回温度改变流量来校正该系统，且其中，在本发明的实施方式中，返回温度的设定点根据供应温度的设定点的变化主动地改变。

图5A示出了在传统单管系统中流量与负载关系的图形示意图，不具有根据本发明的任何调节，其中虚线14描述了不可预测地波动的实际流率，这是因为这些系统由于散热器恒温器7作用的原因而是动态的。波状线16是被清楚地看出与实际流率不相关的实际负载。

直线15由引入根据本发明的独立于压力的流量控制器9引起。

图5B示出了根据本发明的情况，其中流量根据返回温度被控制，因此根据需求或负载来控制流量。这得到与实际需求更好匹配的流率17，且因此得到更高效的系统。

图2中示出的系统示出了本发明的简单布置，其中操作流量控制器9的流率设置的致动装置10是本领域已知的任何类型的恒温器，因此该系统是自动的。温度传感器11被直接连接到致动装置10。

这种布置具有下述优点，不需要用于操作的任何附加能量源并且每个立管可被单独地调节。将本领域公知的标准恒温器用作致动装置10进一步赋予下述优点，这种装置通常包括设置温度设定点的机构，因此，返回温度的设定点能够根据例如如图4所示的依赖性来调节。

图6示出了这样的实施方式，其中全部传感器8、9和19（测量主供应管线1中的热交换介质的温度的温度传感器）以及流量控制器9，或者替代地致动装置10被连接到电子控制器18，所述电子控制器适于响应于测得温度来单独地调节流量。引入这种电子控制器18给予相对于自动致动装置的许多优势。

电子控制器18包括用于电子控制器18的所需机构，因为这些机构是电子控制器领域公知的。

返回温度的设定点能够由电子控制器18根据实际状况来自动调节，而在自动实施方式中，返回温度的设定点通常被手动设置。这给予了节能上的巨大可能性，这是因为该系统会根据如图4所示的优化曲线13来优化返回温度的设定点。

在该电子形式原理中，供应温度由外部温度测量来控制（“超”控制（super control））。基于这些“超”控制动作，返回温度设定点被控制至合适设置，使得可能整年优化该系统的性能，因此该性能不取决于系统负载（外部温度）。立管中的流量的“次”控制（sub-control）与散热器6的个体集合/立管负载相关，且因此将流量与热量需求相关，并且由此将该单管系统从传统恒定流量系统转变为相当高能效的变流量系统。

另一优势在于，电子控制器18允许监控并记录温度以及用于控制和系统监控的流量，以便随着时间而主动地优化系统参数。

为了保护该系统的泵，在全部立管都关闭的情况下，电子控制器18在一个实施方式中可自动地打开定位在至少一个立管中的阀/流量控制器9，以确保最小流量。

所示系统包括用于测量户外温度的外部温度传感器8。主供应管线1中的供应温度的调节可以任何方式被实现，因为这种调节根据实际布置将是明显的。在所示的分站布置系统中，这可以通过调节至分站的热交换器20的主侧的主流体流实现。

电子控制器18被连接到个体致动装置10，并且适于引发致动。在一个实施方式中，致动装置10的状态由电子控制器18来进一步记录。电子控制器18还连接到测量主供应管线1的供应温度以及个体立管的返回温度的温度传感器9、19。可选地，该电子控制器还可以连接到外部状况/温度传感器8。

在一个实施方式中，附接到流量控制器9的致动装置10是脉冲致动。作为控制手段的脉宽调制使用处于一定频率的脉冲来调制以精确地控制流量。致动装置10适于缓慢地关闭或打开流量控制器9，从而关闭或打开立管中的流量，并且脉冲使致动装置9为流量打开一点或关闭一点。然后，脉冲的频率限定流量控制器9的打开状态。脉冲的频率越大，那么流量控制器9被打开越多，或者替代地流量控制器9被关闭得越多。脉冲使致动构件10关闭流量控制器9的情况是优选的，这是因为在系统发生故障的情况下，仍将存在流量，但是本发明不局限于此。

Claims

1.一种系统，所述系统包括：

- 串联连接的热交换装置（6）集合，使得一个热交换装置（6）的返回管线是下一热交换装置（6）的供给管线；

- 主供应管线（1），所述主供应管线被连接到所述热交换装置（6）之中的沿流动方向看的第一热交换装置的所述供给管线（3）；

- 主返回管线（2），所述主返回管线被连接到所述热交换装置（6）之中的沿所述流动方向看的最后热交换装置的所述返回管线（4）；

其中，具有供应温度的热交换流体介质以一流率从所述主供应管线（1）被供给到所述热交换装置（6）集合，

其中，所述系统还包括：

- 流量控制器（9），所述流量控制器（9）被连接到返回管线（4），适于控制通过所述返回管线（4）的流率；

- 致动装置（10），所述致动装置操作所述流量控制器（9）；以及

- 温度传感器（11），所述温度传感器定位成与所述返回管线（4）中的所述热交换流体处于热交换连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流量控制器（9）还适于保持恒定流量，而与所述主供应管线（1）中的压力变化无关。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，外部温度传感器（8）定位成测量所述系统外部的温度。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，电子控制器（18）被连接到每个致动装置（10），并且所述温度传感器（11）被连接到所述系统的所述返回管线（4）。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述电子控制器（18）被连接到温度传感器（19）, 所述温度传感器（19）被连接到所述主供应管线（1）上。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述电子控制器（18）被连接到所述外部温度传感器（8）。

7.根据权利要求4至6之一所述的系统，其中，每个致动装置（10）是脉冲致动。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，每个致动装置（10）是电磁致动器、气动致动器、液压致动器或电致伸缩致动器。

9.根据权利要求4至8之一所述的系统，其中，所述电子控制器（18）适于监控被测量参数并且适于使用这些数据来优化依赖所述外部温度的供应温度设定点以及相对于所述供应温度设定点的返回温度设定点。

10.根据权利要求1至3之一所述的系统，其中，每个致动装置（10）被直接连接到温度传感器（11）、并且是自动的、并且包括用于调节返回温度设定点的机构。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述致动装置（10）是恒温器。

12.根据任一项前述权利要求所述的系统，其中，所述热交换装置（6）集合中的每个热交换装置（6）的所述供给管线（3）和返回管线（4）由旁路管线（5）附加地连接。

13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统包括串联并且连接到同一主供应管线（1）和主返回管线（2）的至少两个热交换装置（6）集合，并且通过每个集合的流量被单独调节。

14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，供应温度根据依赖于所述系统外部的参数的供应温度设定点被调节，并且所述流率根据依赖于所述热交换装置集合中的第一热交换装置（6）下游的热交换流体介质的温度的返回温度设定点被调节。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述返回温度设定点响应于所述供应温度设定点的调节而被调节。