CN103295379A

CN103295379A - 一种住宅供暖管理方法

Info

Publication number: CN103295379A
Application number: CN2013102198991A
Authority: CN
Inventors: 陈志强
Original assignee: TIANJIN ZHIQIN INVESTMENT CONSULTING CO Ltd
Current assignee: TIANJIN ZHIQIN INVESTMENT CONSULTING CO Ltd
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明公开了一种住宅供暖管理方法，该方法在供暖系统入户管道末端安装集热量检测、数据传输、温度自动及远程控制于一体的住宅供暖智能协调器，通过对单户供暖管道进水流量及进出水温度差值的检测，计算热量数据；在各房间布置无线温度传感器组，以无线远程通信的方式进行内外网控制信息及能耗数据的有效传输，进而支持热能数据自动采集及远程抄表功能；使用Mesh型无线传感器网络实时获取室内温度数据，通过室内无线数据网传输温度信息，住宅供暖智能协调器自动控制各阀门开度，调节室内温度，使集中供暖系统中不可控热能得到合理利用，不仅起到节能的作用，更满足住户舒适度要求。

Description

一种住宅供暖管理方法

技术领域

本发明属于节能领域的自动控制技术，涉及一种主动式节能管理方法，特别是一种住宅供暖管理方法，该方法采用无线传感器网络技术和程序化控制相结合的技术手段，为供暖系统中住宅的分户远程热计量以及室内区域温度控制提供无线化解决方案。

背景技术

当前，我国北方供暖区城镇住宅的供暖系统，普遍采用双管或单管热水集中供暖模式，存在室内不可控、供暖能耗过大、计量系统架设困难等问题。

据《2009中国建筑节能年度发展研究报告》有关数据统计，我国北方供暖区，每年冬季在住宅供暖消耗的总能耗达到31260万tce(吨标煤)，占到了建筑总能耗的45.3％。国内外的有关资料证明：采用供热计量技术后，不但提高了管理效率，而且可节能25％左右。因此，住宅供暖的分户热计量系统应运而生，并得到不断地研究和应用(供暖按各户实际用热量收取费用)。但是，随着供暖系统覆盖面的扩大，热计量网络监控管理系统的建设在系统布线、信息融合、数据传输等技术上存在很多问题。现阶段供暖系统缺乏室内温度控制系统，不能独立对区域进行控制决策。基于此，一套针对现行供暖系统设计的，满足人们舒适度要求以及国家节能方针的协调管理方法，具有极其重要的社会意义和经济价值。

发明内容

针对我国北方冬季供暖区住宅供暖的远程热计量、测控系统布线困难和室内区域温度不可控问题，本发明的目的在于，提供一种住宅供暖管理方法，该方法集热量检测、数据传输、温度自动及远程控制于一体，通过对单户供暖管道进水流量及进出水温度差值的检测，计算热量数据；采用无线远程通信技术进行内外网控制信息及能耗数据的有效传输，进而支持热能数据自动采集及远程抄表功能；使用Mesh型无线传感器网络实时获取室内温度数据，通过室内低功耗无线数据网传输温度信息，装置根据合适的控制策略，自动控制各阀开度，以调节室内温度，能满足住户舒适度要求和节能源。

为了实现上务，本发明采取下的技术解决方案：一种住宅供暖管理方法，其特征在于，该方法在供暖系统户管道安装集热量检测、数据传输、温度自动及远程控制于一体的住宅供暖智能协调器，通过对单户供暖管道进水流量及进出水温度差值的检测，计算热量数据；在各布置无线温度传感器组，以无线远程通信的方式进行内外网控制信息及能耗数据的有效传输，进而支持热能数据自动采集及远程抄表功能；使用Mesh型无线传感器网络实时获取室内温度数据，通过室内无线数据网传输温度信息，住宅供暖能协调器自动控制各阀门开度，调节室内温度，以满足住户舒适度要求。

所述的住宅供暖智能协调器包括一控制管理单元，该控制管理单元通过串行SPI口连接内、外网通信模块，其中，内网通信模块与各房间供暖管路上设置的无线电动阀门、各房间设置的无线温度传感器实现无线通讯，外网通信模块通过GPRS网络实现和远程抄表主机通讯；控制管理单元还连接各房间内的供暖管路上设置的无线电动阀门、管道入户端上的温度、流量传感器，以及入户端总电动阀门；所述的控制管理单元采用ARM9架构的ARM处理器，所述的内外网通信模块采用CC2430射频芯片和MC35i GPRS无线通讯模块。

该方法的控制流程是：无线温度传感器组监测室内温度信息，通过无线方式，将温度信息上传至住宅供暖智能协调器内的CC2430射频芯片，控制管理单元通过对温度数据的计算和分析生成控制决策，对各个无线电动阀门的开度进行调节；同时，由CC2430射频芯片获取流量及管内温度信息，通过SPI总线接口送入ARM处理器，ARM处理器解析数据，采用热计量公式运算得热量使用数据，并通过MC35i GPRS无线通讯模块上传至GPRS网络，在此基础上架设虚拟个域网，实现对住宅热量的远程分户计量。

本发明的各个带来的技术效果体现在：1、分户计量本发明在集中供暖系统的进户端加装住宅供暖智能协调器，住宅供暖智协调器通过接收温度、流量传感器数据计算热量消耗值，从而形成单户数据。采用GPRS通信方式，实现远程分户计量，使得计量结果更精确，收费更科学。

2、住宅温度的区域控制本发明通过采用室内温度传感网络获取住宅空间各区域的温度分布信息，通过对温度信息进行融合处理，形成空间独立的控制策略，以调节住宅的区域温度，解决区域温度控制的问题。通过对住宅空间的温度进行分散控制，为每个房间选择合适的温度，既满足舒适度的要求，又起到节约能耗的效果。

3、节约能源本方法根据住户对区域温度的要求，对供暖流量进行自动控制，以减少不必要的热能损耗。同时，测控设备采用低功耗软硬件设计，保证系统的低能耗运行。

4、简化设备安装本方法采用全无线通信方式，省去传统设备安装的布线环节，使设备安装过程得以简化，特别适用于对现有住房供暖系统的改造过程。

5、低廉的设备成本住宅供暖智能协调器采用了ZigBee技术的CC2430射频芯片、MC35ii GPRS无线通讯模块以及ARM9架构的S3C2410等主流芯片，批量生产价格低廉，易于市场接受与广。

6、实时、靠的数据本方法通过采用无线传感网络、住宅供暖智能协调、远程无线传通道和远程应用计算机，实现能耗准确、实时采集；立了能耗数据库，实现计算机远程控管一体化，发了信息技术在节能耗的作用。通过采用ZigBee与GPRS技术相结合的方法，构建近、远程无线通信平台，使能耗数据实时传输，充分保证了数据的准确性，实时性。

7、具有高可扩展能力本方法采用了具有自组织、自愈合的Mesh网络拓扑结构，构建住宅内环境无线测控网络。与传统的有线网络及基于其他拓扑型无线网络相比，系统的扩展性和安装随意性得到增强。高可扩展能力和安装的随意性能够充分满足各类家庭的需要。

8、数据直观齐全易操作本方法将采集到的能耗信息，由上述无线传感器网络传输通道传至各个主控计算机，各个主控计算机通过数据库存储能耗数据，并采用人机界面，便于操作。

附图说明

图1为本发明的住宅供暖智能协调器实现的技术原理框图；图2为住宅供暖智能协调系统结构示意图。

以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

按照本发明的技术方案，在供暖系统入户管道末端设计一种集热量检测、数据传输、温度自动及远程控制于一体的住宅供暖智能协调器，该住宅供暖智能协调器包括控制单元、内外网通信模块以及执行机构(管道入户端温度及流量传感器和入户端电动阀门)，三个单元。其中，控制模块采用ARM9架构的处理器芯片，通过串行SPI口连接MC35i GPRS无线通讯模块及ZigBee技术的CC2430射频芯片。同时，采用ADC功能引脚连接温度及流量传感器；采用PW功能引脚驱动电动阀门。住宅供暖智能协调器不但是家庭内网的全功能设备(FFD)，亦是系统的网关及主控管单元。其主要作用是控制家庭内部的测控设备，实现内外网的信息交互以及提供远程抄表功能。

在供暖系统管道出水口设置无线温度监测装置。该装置包括ZigBee技术的CC2430射频芯片以及温度传感器，是家庭内部网络系统的半功能节点(RFD)。

在住户各房间内的供暖管路上设置无线电动阀门。无线电动阀门是该温度控制系统的分散控制单元，是在准电动阀门的基础上，增设无线射频模块实现的，用以据室内温度数据控制管内流量。无线电动阀门与无线温度监测装置类似，同属家庭内网RFD。

在各房间布置无线温度传感器组。传感器组采用Mesh拓扑结构无线组网，无线温度传感器组用于监测各房间温度。

各电动阀门采用动与自动控制结合的控制方式，增强系统的定性；所有测控节点具有中程序，保证系统的可靠性。

通过对单户供暖管道进水流量及进出水温度值的检测，计算热量数据；采用无线远程通信技术进行内外网控制信息及能耗数据的有效传输，进而支持热能数据自动采集及远程抄表功能；使用Mesh型无线传感器网络实时获取室内温度数据，通过室内低功耗无线数据网传输温度信息，装置根据合适的控制策略，自动控制各阀门开度，以调节室内温度，在满足住户舒适度要求的同时，达到节能目的。

该系统的控制流程：无线温度传感器组内节点监测室内温度信息，通过无线方式，将信息上传至住宅供暖智能协调器内的CC2430射频芯片的射频模块，协调器控制单元通过对温度数据的计算和分析生成控制决策，对各个无线电动阀门的开度进行调节；同时，由CC2430射频芯片获取流量及管内温度信息，通过SPI总线接口送入ARM处理器，ARM处理器解析数据，采用热计量公式运算得热量使用数据，并通过MC35i GPRS无线通讯模块上传至GPRS网络。在此基础上架设VPN(虚拟个域网)实现对住宅热量的远程分户计量。

首先，对住宅供暖智能协调器实现的技术原理描述：如图1所示，本发明的住宅供暖智能协调器实现的技术原理包括三个层面，分别是节点层、网络层和应用层。

节点层是用于检测和控制的执行单元，涵盖所有的无线传感器节点；网络层是通信和传输部分，包括基于ZigBee技术的内网通信部分、基于MC35i GPRS无线通讯模块构建的GPRS外网通信部分以及内外网协议转换单元——网关，网络层完成组网功能，建立内外网的通信机制，成为上层应用和底层设备的交互介质；应用层包括数据库和远程管理组件，是对数据的汇聚、分析和实现人机交互。

如图2所示，住宅供暖智能协调系统包括——控制管理单元，该控制管理单元通过串行SPI口连接内外网通信模块，内外网通信模块采用无线方式连接各房间内的供暖管路上设置的无线电动阀门、各房间设置的无线温度传感器(执行单元2)；控制管理单元采用芯片功能引脚直连管道入户端上的温度、流量传感器，以及入户端总电动阀门(执行单元1)；所述的控制管理单元采用ARM9架构的ARM处理器，所述的内外网通信模块采用CC2430射频芯片和MC35ii GPRS无线通讯模块。

低廉的成本本发明采用ZigBee技术的CC2430射频芯片具有低速率、低功耗、低成本等特点，而且ZigBee模块的价格仍在进一步降低，本发明成本将会非常低廉，易于市场推广。

Claims

1.一种住宅供暖管理方法，其特征在于，该方法在供暖系统入户管道末端安装集热量检测、数据传输、温度自动及远程控制于一体的住宅供暖智能协调器，通过对单户供暖管道进水流量及进出水温度差值的检测，计算热量数据；在各房间布置无线温度传感器组，以无线远程通信的方式进行内外网控制信息及能耗数据的有效传输，进而支持热能数据自动采集及远程抄表功能；使用Mesh型无线传感器网络实时获取室内温度数据，通过室内无线数据网传输温度信息，住宅供暖智能协调器自动控制各阀门开度，调节室内温度；

所述的住宅供暖智能协调器包括一控制管理单元，该控制管理单元通过串行SPI口连接内、外网通信模块，其中，内网通信模块与各房间供暖管路上设置的无线电动阀门、各房间设置的无线温度传感器实现无线通讯，外网通信模块通过GPRS网络实现和远程抄表主机通讯；控制管理单元还连接各房间内的供暖管路上设置的无线电动阀门、管道入户端上的温度、流量传感器，以及入户端总电动阀门；

所述的控制管理单元采用ARM9架构的S3C2410处理器作为住宅供暖智能协调器的主控单元，以S3C2410处理器为中心，通过其两个SPI引脚分别连接CC2430射频芯片和MC35iGPRS模块，分别用于进行内外网通信和报文转发；通过其ADC引脚连接温度传感器及流量传感器，用以检测计算热量必备数值；通过其PW引脚驱动电动阀门，控制管道流量；

所述的内、外网通信模块采用CC2430射频芯片和MC35i GPRS无线通讯模块；该方法的控制流程是：无线温度传感器组监测室内温度信息，通过无线方式，将温度信息上传至住宅供暖智能协调器内的CC2430射频芯片，控制管理单元通过对温度数据的计算和分析生成控制决策，对各个无线电动阀门的开度进行调节；同时，由CC2430射频芯片获取流量及管内温度信息，通过SPI总线接口送入ARM处理器，ARM处理器解析数据，采用热计量公式运算得热量使用数据，并通过MC35i GPRS无线通讯模块上传至GPRS网络，在此基础上架设虚拟个域网，实现对住宅热量的远程分户计量。