CN104048347A - 智慧热网集成系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种智慧热网集成系统及其控制方法，涉及城市供暖系统及其控制方法，系统包括热源、供热调度首站、换热站、一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网，设有主控制系统，设有一级控制器、二级控制器和楼宇控制器，供热管网各级均设有热量表、压力传感器、温度传感器、电动调节阀，一级网、二级网的循环泵上设有变频器，楼宇控制器、一级控制器、二级控制器与主控制系统连接；楼宇控制器与楼宇供热管网的电动调节阀电气连接。主控制系统通过各级管网上的传感器获得控制参数，根据各参数与设计值的比值来调控供热管网的工作状态。本发明对供热管网的热量与水力平衡进行最优控制，不浪费一点可利用能源，绿色、节能、环保，为子孙后代造福。
Description
技术领域
本发明涉及城市供暖系统及其控制方法，详细讲是一种可以对供热管网水力平衡进行最优控制，降低供热的能量浪费，使取暖用户能得到21-23℃的相同室温的的智慧热网集成系统及其控制方法。
背景技术
我们知道，供热是热量的供应，一个供热系统的优与劣，主要体现在对整个供热系统的控制响应、数据交叉分析、历史数据的记录，供热系统的质调节与量调节是否能在一个供热季灵活的使用，是供热系统的优与劣、是否绿色节能供热的重要体现。现有的为城市取暖用户供暖的热网系统包括供热调度首站、换热站、一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网，供热调度首站经一级供热管网与各换热站相连，各换热站经二级供热管网与各个楼宇供热管网相连，供热调度首站设有主控制系统，换热站设有换热站级控制器根据经验与历史运行记录，并通过所得到室外温度进行简单的计算得出一个当前一个供回水的一个目标温度，不能实时跟随室外温度的变化而变化。现有的这种热网系统及其控制方法，只能做到一级供热管网和二级供热管网的水力平衡，对于楼宇供热管网的水力平衡没有有效的控制方法，目前都是采用手动控制机械式平衡阀来做粗略的定流量控制，调整机械式平衡阀的流量费时费力，如需供热的楼宇数量很少时，人工调节还勉强可以但不能满足实时的调节要求，并且需投入大量技术人员做现场调整，费时费力，供暖成本急剧增加。当需供热的楼宇数量较多或大面积集中供热进行质调节与量调节进行变更时，不能进行人工的现场调整，使每栋楼宇的流量值为一固定值，基本不变；供热调度首站和换热站以更改供水温度来满足不同室外温度时取暖用户的需求。当供热调度首站和换热站的供水流量不能满足要求或供水温度发生变化时，由于每栋楼宇的流量值为一固定值，不能及时调整，就会出现为了保证取暖用户的供热温度，只能超量的为取暖用户提供热量，才能保证所有用户的室内温度，出现取暖用户出现以换热站为中心，取暖用户的室温呈放射状递减，靠换热站进的取暖用户就很热，而离换热站最远的取暖用户室温就只有18℃左右，达不到人类居住的适宜温度，且造成供热的能量浪费。并且供热控制中心（主控制系统）不能采集、分析各供热楼宇的供热参数，如供回水温度、压力、流量等，不能更合理有效的分配热能，造成能源浪费。
在每个供暖季节，供热控制中心通过地理信息或收费软件知道在这个供热季节每个换热站、每条主线、整个供热区域所供热的总面积，能算出当前的所需热量，由于对终端不能很好的控制，就必须超量的提供所需热量，不能合理通过供热面积的向热源提出所需热量要求，不能在不同的室外温度下随时更改一级供热管网、二级网、楼宇的供热量，不能达到供需平衡。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种可以对供热管网水力平衡进行最优控制，并满足对调节手段的快速切换，降低供热的热能浪费，使处于供热管网任何处的取暖用户都能得到21-23℃的相同室温的智慧热网集成系统及其控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
智慧热网集成系统，包括热源（热电厂为热源）、供热调度首站、换热站、一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网，热源经一级供热管网与各换热站相连，各换热站经二级供热管网与各个楼宇供热管网相连（楼宇供热管网与取暖用户的取暖器相连），供热调度首站设有主控制系统，主控制系统连接有自动化控制系统、热计量系统、地理信息系统、热源DCS系统；一级供热管网设有一级控制器，二级供热管网设有二级控制器，其特征在于各楼宇管网设有楼宇控制器，一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网分别设有热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀，一级供热管网、二级供热管网的循环泵上设有控制循环泵转速的变频器，（一级供热管网的仪表设在热源的供水、回水总管处；二级供热管网的仪表设在换热站的供水、回水总管处；楼宇供热管网的仪表设在楼宇的供水、回水总管处），热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀、变频器与本级的控制器相连（即：一级供热管网控制器；二级供热管网换热站级控制器；楼宇管网控制器），楼宇控制器、一级控制器、二级控制器与主控制系统经网络连接，实现数据实时监控；楼宇控制器与楼宇供热管网的电动调节阀电气连接，控制电动调节阀的开度。
本发明中楼宇供热管网与取暖用户的取暖器相连的进户主管上设有户用热表。可实时采集进户主管上的供水温度、回水温度、瞬时流量、累计流量、瞬时热量、累计热量。并设有用户室内温控系统，在用户供水管道上设有电动调节阀，室内设有温控器，可以由用户自由控制室内温度，热计量系统可采集供热用户的室内温度。
本发明设有室外温度采集器，室外温度采集器与主控制系统相连，或者主控制系统与互联网相连，采集天气预报中的室外温度数据。
本发明中智慧热网集成系统的主控制系统连接有自动化控制系统、热计量系统、地理信息系统、热源DCS系统。
自动化控制系统里用于采集和存储与一级控制器、二级控制器和楼宇控制器相连的热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器采集到的数据和电动调节阀、变频器等的运行参数，并做历史记录，为以后二级控制器、楼宇控制器运行与分析提供可靠数据。
热计量系统用于存储用户户用热表采集到的供水温度、回水温度、瞬时流量、累计流量、瞬时热量、累计热量；取暖用户室内设有室内温度传感器，室内温度传感器与热计量系统相连，实时采集取暖用户室内温度，并做历史记录，为楼宇控制器的运行、控制、数据分析提供可靠数据。
地理信息系统用于存储所有取暖用户的建筑的面积、位置、供热管道的数据；并根据建筑的面积计算出供热管道的口径，为安装、维修、运行、系统里的运算提供具体的基础可靠的信息，并能为运行进行模拟运算和水利计算；实时更新当前总的取暖用户的数量、计算出各一级供热管网当前实际的供热面积、各换热站当前实际供热面积、各楼宇的当前实际供热面积。
厂内DCS系统里用于存储一级供热管网上的热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器采集到的供热管道里供水温度、回水温度、供水瞬时流量、累计流量、瞬时热量、累计热量、瞬时供热量数据。为智慧热网集成系统提供一级供热管网运行参数，并与理论计算的一级供热管网供热量进行比较与分析，使运行与调度人员有一个正确的一级供热管网运行目标值。并为一年的运行经济核算提供数据。
上述智慧热网集成系统的控制方法为：
主控制系统包括热源数据交换模块、一级供热管网监控模块、换热站监控模块、虚拟站监控模块、楼栋热力入口监控模块、室内供热系统远程调控模块，上述智慧热网集成系统的控制方法如下：
一、热源数据交换模块获得室外温度参数值和地理信息系统里所有建筑总的供热面积，根据附录1里运算公式，计算出各一级供热管网总的(此计算值为一级网所有总的数值)：
1)采暖设计热负荷、2)相对热负荷、3)采暖热负荷需热量、4)循环流量、5)平均单位循环水量、6)一级供热管网用户散热器设计平均计算温差、7) 一级供热管网运行供水温度、8) 一级供热管网运行回水温度、9) 运行温差、10) 一级供热管网瞬时循环流量；根据上述计算值向热源DCS系统发出所有一级供热管网所需的热水流量、温度、压力、热量等参数值；
实际采集各一级供热管网的：一级供热管网供水温度、一级供热管网回水温度、一级供热管网瞬时循环流量、室外温度、一级供热管网实际累计循环流量、一级供热管网瞬时热量、一级供热管网累计热量，与计算出的各一级供热管网总的各参数进行比较、分析供热热源所供给的热量是否是供需平衡，并记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；（热源厂按供热所需热能（通过热源DCS系统内的PID控制算法，计算值为SP，实际值为PV），由热源厂的循环泵控制一级供热管网供回水压力和调节阀控制一级供热管网供回水温度（通过热源DCS系统内的PID控制算法，计算值为SP，实际值为PV））。
二、一级供热管网监控模块获取地理信息系统里的各一级供热管网总的供热面积和当前室外温度，根据附录1里运算公式，计算出一级供热管的：1)循环流量、2)平均单位循环水量、3)一级供热管网用户散热器设计平均计算温差、4) 一级供热管网运行供水温度、5) 一级供热管网运行回水温度、6) 运行温差、7) 一级供热管网瞬时循环流量；实时采集一级供热管网的以下参数：1)供水温度、2)回水温度、3)供水压力、4)回水压力、5)瞬时流量（一级供热管网瞬时循环流量）、6)瞬时热量、7)累计流量、8)累计热量；存入自动化控制系统；并与上述计算值进行比较、分析是否供需平衡，并将比较值发送给热源数据交换模块，用以调节热源提供热水的参数；并记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；通过热源厂，为每条一级供热管网分配热能，通过每条一级供热管网上的循环泵控制每条一级供热管网供回水压力（通过一级供热管网控制器内的PID控制算法，计算值为SP，实际值为PV），通过每条一级供热管网上的调节阀控制每条一级供热管网供回水温度（通过厂内DCS内的PID控制算法，计算值为SP，实际值为PV）。
三、换热站监控模块：获得室外温度参数值与地理信息系统里本换热站的实际供热面积，根据并根据附录2里运算公式，计算出：1) 二级供热管网采暖设计热负荷、2) 二级供热管网相对热负荷、3) 二级供热管网采暖热负荷需热量、4) 二级供热管网循环流量、5) 二级供热管网平均单位循环水量、6) 二级供热管网运行供水温度、7) 二级供热管网运行回水温度、8)二级供热管网运行温差、9)二级供热管网循环流量、10）二级供热管网运行供回水平均温度；
和实际采集到的：1)实时一级供热管网供水温度、2)实时一级供热管网回水温度、3)实时一级供热管网供水压力、4)实时一级供热管网回水压力、5)实时二级供热管网供水温度、6)实时二级供热管网回水温度、7)实时二级供热管网供水压力、8)实时二级供热管网回水压力、9)二级供热管网供水瞬时流量、10)二级供热管网供水累计流量、11）二级供热管网供回水平均温度、12）实时二级供热管网供回水压差进行比较、分析、记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；并将数据传输至二级控制器里、进行PID运算，使二级供热管网供回水平均温度与二级供热管网运行供回水平均温度成为PID里PV值和SP值，从而计算出二级管网的换热站一级网入口处的电动调节阀的开度，使得二级供热管网供回水平均温度计算值与二级供热管网实际运行供回水平均温度相一致；在另外一路PID运算里使实时二级供热管网供回水压差为PID里的PV值并和二级供热管网供回水压差设定值为PID里的SP值，从而计算出二级供热管网变频循环泵的频率开度，使实时二级供热管网供回水压差和二级供热管网供回水压差计算值相一致，从而保证取暖用户的室内温度达到舒适温度，并不低于国家标准；
四、虚拟站监控模块：获得室外温度参数值与地理信息系统里本虚拟站的供热总面积，根据并根据附录2里运算公式，计算出：1) 二级供热管网采暖设计热负荷、2) 二级供热管网相对热负荷、3) 二级供热管网采暖热负荷需热量、4) 二级供热管网循环流量、5) 二级供热管网平均单位循环水量、6) 二级供热管网运行供水温度、7) 二级供热管网运行回水温度、8)二级供热管网运行温差、9)二级供热管网循环流量、10）二级供热管网运行供回水平均温度，并和实际采集到的：1)实时一级供热管网供水温度、2)实时一级供热管网回水温度、3)实时一级供热管网供水压力、4)实时一级供热管网回水压力、5)实时二级供热管网供水温度、6)实时二级供热管网回水温度、7)实时二级供热管网供水压力、8)实时二级供热管网回水压力、9)二级供热管网供水瞬时流量、10)二级供热管网供水累计流量、11）二级供热管网供回水平均温度、12）实时二级供热管网供回水压差进行比较、分析、记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；
五、楼栋热力入口监控模块：获得室外温度参数值，同时从地理信息系统获得当前楼栋的供热面积，根据并根据附录3里运算公式，计算出：楼栋所要供给的设计供水温差、用户散热器设计平均计算温差、运行供水温度、运行回水温度、温差、平均温度参数，并存入自动化控制系统，同时采集实时楼栋数据：1)实时楼栋供水温度；2)实时楼栋回水温度；3)实时楼栋供水压力；4)实时楼栋回水压力；5)调节阀开度；7)实时楼栋平均温度（(实时楼栋供水温度+实时楼栋回水温度)/2）；8)实时楼栋温差(实时楼栋供水温度-实时楼栋回水温度)；
计算出楼栋平均温度计算值或温差计算值，将采集的实时楼栋平均温度值和楼栋平均温度计算值或实时楼栋温差值和楼栋温差计算值通过PID运算，得出楼栋电动调节阀阀门的开度，并向楼栋电动调节阀执行部分发出控制命令；并向智慧热网集成系统系统内保存数据；并通过和热计量系统里数据：1)实时用户供水温度；2)实时用户回水温度；3)实时瞬时流量；4)实时累计流量；5)实时用户温差；6)实时用户户内温度；进行比较、分析当前运行的实际值与当前理论计算的计算值是否合理，是否能达到供需平衡。
六、室内供热系统远程调控模块：实时采集以下参数：用户室内温度。完成室内供热系统的各个运行参数的监控，并和主控系统进行数据交换与运算。
附录1
采暖设计热负荷=采暖面积*设计热指标*3600/Pow(10,9)；
相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
采暖热负荷需热量=采暖设计热负荷*相对热负荷；
循环流量=0.86*采暖面积*设计热指标/(设计供水温度-设计回水温度)/1000；
平均单位循环水量=循环流量/采暖面积*1000；
一级供热管网用户散热器设计平均计算温差=(设计供水温度+设计回水温-室内采暖计算温度)/2；
热网运行供水温度=室内采暖计算温度+一级供热管网用户散热器设计平均计算温差1*Pow(相对热负荷1,1/1.3)+0.5*用户设计供水温差*相对热负荷；
热网运行回水温度=室内采暖计算温度+一级供热管网用户散热器设计平均计算温差1*Pow(相对热负荷1,1/1.3)-0.5*用户设计供水温差*相对热负荷；
运行温差=热网运行供水温度-热网运行回水温度；
一级供热管网瞬时循环流量=0.86*采暖面积*设计热指标/(设计供水温度-设计回水温度)/1000；
附录2
二级供热管网设计供水温差=二级供热管网设计供水温度-二级供热管网设计回水温度；
二级供热管网用户散热器设计平均计算温差=(二级供热管网设计供水温度+二级供热管网设计回水温度-2*室内采暖计算温度)/2；
二级供热管网相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
二级供热管网运行供水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)+0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
二级供热管网运行回水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)-0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
二级供热管网温差=二级供热管网运行供水温度-二级供热管网运行回水温度；
二级供热管网平均温度=(二级供热管网运行供水温度+二级供热管网运行回水温度)/2；
附录3
设计供水温差=二级供热管网设计供水温度-二级供热管网设计回水温度；
用户散热器设计平均计算温差=(二级供热管网设计供水温度+二级供热管网设计回水温度-2*室内采暖计算温度)/2；
相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
运行供水温度=室内采暖计算温度+用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)+0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
运行回水温度=室内采暖计算温度+用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)-0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
温差=二级供热管网运行供水温度-二级供热管网运行回水温度；
平均温度=(二级供热管网运行供水温度+二级供热管网运行回水温度)/2。
本发明通过上述结构和方法对供热控制设备进行合理、科学、有效的控制，从而达到对一级供热管网、二级供热管网、楼宇供热管网的热量与水力平衡，进行最优控制，整个系统根据采集各级供热网管内实施的数据来动态监控供热，把供热的浪费减小到最低，不浪费一点可利用能源，也不多使用一点能源，尽可能的使取暖用户能得到相同的室温在21-23℃内。从而使供热能做到绿色、节能、环保，为子孙后代造福。
附图说明
图1是本发明控制系统的结构示意图。
图2是本发明中主控制系统的结构示意图。
图3是本发明中热源数据交换模块工作流程图。
图4是本发明中一级供热管网监控模块工作流程图。
图5是本发明中换热站监控模块工作流程图。
图6是本发明中虚拟站监控模块工作流程图。
图7是本发明中楼栋热力入口监控模块工作流程图。
图8是本发明中室内供热系统远程调控模块工作流程图。
具体实施方式
如图所示的智慧热网集成系统，包括热源、供热调度首站、换热站、一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网，热源经一级供热管网与各换热站相连，热源通常为热电厂、热水锅炉等热水供应设备。各换热站经二级供热管网与各个楼宇供热管网相连，楼宇供热管网与取暖用户的取暖器相连，供热调度首站设有主控制系统，主控制系统3连接有自动化控制系统1、热计量系统2、地理信息系统4、热源DCS系统5；自动化控制系统1里用于采集和存储与一级控制器14、二级控制器9和楼宇控制器6相连的热量表7、供水压力传感器8、回水压力传感器10、供水温度传感器11、回水温度传感器12采集到的数据和电动调节阀13、变频器15等的运行参数，并做历史记录，为以后二级控制器、楼宇控制器运行与分析提供可靠数据。热计量系统用于存储用户户用热表采集到的供水温度、回水温度、瞬时流量、累计流量、瞬时热量、累计热量；取暖用户室内设有室内温度传感器，室内温度传感器与热计量系统相连，实时采集取暖用户室内温度，并做历史记录，为楼宇控制器的运行、控制、数据分析提供可靠数据。地理信息系统用于存储所有取暖用户的建筑的面积、位置、供热管道的数据；并根据建筑的面积计算出供热管道的口径，为安装、维修、运行、系统里的运算提供具体的基础可靠的信息，并能为运行进行模拟运算和水利计算；实时更新当前总的取暖用户的数量、计算出各一级供热管网当前实际的供热面积、各换热站当前实际供热面积、各楼宇的当前实际供热面积。热源DCS系统里用于存储一级供热管网上的热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器采集到的供热管道里供水温度、回水温度、供水瞬时流量、累计流量、瞬时热量、累计热量、瞬时供热量数据；为智慧热网集成系统提供一级供热管网运行参数，并与理论计算的一级供热管网供热量进行比较与分析，使运行与调度人员有一个正确的一级供热管网运行目标值，并为一年的运行经济核算提供数据。各一级供热管网设有一级控制器，各二级供热管网设有二级控制器，各楼宇管网设有楼宇控制器，各一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网分别设有热量表7、供水压力传感器8、回水压力传感器10、供水温度传感器11、回水温度传感器12、电动调节阀13等仪表，一级供热管网、二级供热管网的循环泵上设有控制循环泵转速的变频器15，一级供热管网的仪表设在热源的供水、回水总管处；二级供热管网的仪表设在换热站的供水、回水总管处；楼宇供热管网的仪表设在楼宇的供水、回水总管处。热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀、变频器15与本级的控制器相连，即：各一级控制器与该一级供热管网的热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀和循环泵上设有控制循环泵转速的变频器相连；各二级控制器与该二级供热管网的热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀和循环泵上设有控制循环泵转速的变频器相连；各楼宇控制器与该楼宇供热管网的热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀相连。楼宇控制器、一级控制器、二级控制器与主控制系统经网络连接，实现数据实时监控；楼宇控制器与楼宇供热管网的电动调节阀电气连接，控制电动调节阀的开度。楼宇供热管网与取暖用户的取暖器相连的进户主管上设有户用热表。户用热表与楼宇控制器相连，可实时采集进户主管上的供水温度、回水温度、瞬时流量、累计流量、瞬时热量、累计热量。各取暖用户设有用户室内温控系统，在用户供水管道上设有电动调节阀，室内设有温控器，可以由用户自由控制室内温度，热计量系统可采集供热用户的室内温度。设有室外温度采集器，室外温度采集器与主控制系统相连，或者主控制系统与互联网相连，采集天气预报中的室外温度数据。
上述智慧热网集成系统的控制方法为：
主控制系统包括热源数据交换模块、一级供热管网监控模块、换热站监控模块、虚拟站监控模块、楼栋热力入口监控模块、室内供热系统远程调控模块，上述智慧热网集成系统的控制方法如下：
一、热源数据交换模块获得室外温度参数值和地理信息系统里所有建筑总的供热面积，根据附录1里运算公式，计算出各一级供热管网总的(此计算值为一级网所有总的数值)：
1)、采暖设计热负荷、2)相对热负荷、3)采暖热负荷需热量、4)循环流量、5)平均单位循环水量、6)一级供热管网用户散热器设计平均计算温差、7) 一级供热管网运行供水温度、8) 一级供热管网运行回水温度、9) 运行温差、10) 一级供热管网瞬时循环流量；根据上述计算值向热源DCS系统发出所有一级供热管网所需的热水流量、温度、压力、热量等参数值；
实际采集各一级供热管网的：一级供热管网供水温度、一级供热管网回水温度、一级供热管网瞬时循环流量、室外温度、一级供热管网实际累计循环流量、一级供热管网瞬时热量、一级供热管网累计热量，与计算出的各一级供热管网总的各参数进行比较、分析供热热源所供给的热量是否是供需平衡，并记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；
热源厂按供热所需热能（通过热源DCS系统内的PID控制算法算出：计算值为SP，实际值为PV），由热源厂的循环泵控制一级供热管网供回水压力、电动调节阀的开度控制一级供热管网供回水温度（通过热源DCS系统内的PID控制算法，计算值为SP，实际值为PV））。
电动调节阀
二、一级供热管网监控模块获取地理信息系统里的各一级供热管网总的供热面积和当前室外温度，根据运算公式：
采暖设计热负荷=采暖面积*设计热指标*3600/Pow(10,9)；
相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
采暖热负荷需热量=采暖设计热负荷*相对热负荷；
循环流量=0.86*采暖面积*设计热指标/(设计供水温度-设计回水温度)/1000；
平均单位循环水量=循环流量/采暖面积*1000；
一级供热管网用户散热器设计平均计算温差=(设计供水温度+设计回水温-室内采暖计算温度)/2；
热网运行供水温度=室内采暖计算温度+一级供热管网用户散热器设计平均计算温差1*Pow(相对热负荷1,1/1.3)+0.5*用户设计供水温差*相对热负荷；
热网运行回水温度=室内采暖计算温度+一级供热管网用户散热器设计平均计算温差1*Pow(相对热负荷1,1/1.3)-0.5*用户设计供水温差*相对热负荷；
运行温差=热网运行供水温度-热网运行回水温度；
一级供热管网瞬时循环流量=0.86*采暖面积*设计热指标/(设计供水温度-设计回水温度)/1000；
计算出一级供热管的：1)循环流量、2)平均单位循环水量、3)一级供热管网用户散热器设计平均计算温差、4) 一级供热管网运行供水温度、5) 一级供热管网运行回水温度、6) 运行温差、7) 一级供热管网瞬时循环流量；
实时采集一级供热管网的以下参数：1)供水温度、2)回水温度、3)供水压力、4)回水压力、5)瞬时循环流量、6)瞬时热量、7)累计流量、8)累计热量；存入自动化控制系统；并与上述计算值进行比较、分析是否供需平衡，并将比较值发送给热源数据交换模块，用以调节热源提供热水的参数，并记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；通过热源厂，为每条一级供热管网分配热能，通过每条一级供热管网上的循环泵控制每条一级供热管网供回水压力（通过一级供热管网控制器内的PID控制算法，计算值为SP，实际值为PV），通过每条一级供热管网上的调节阀控制每条一级供热管网供回水温度（通过厂内DCS内的PID控制算法，计算值为SP，实际值为PV）。
三、换热站监控模块：获得室外温度参数值与地理信息系统里本换热站的实际供热面积，根据运算公式：
二级供热管网设计供水温差=二级供热管网设计供水温度-二级供热管网设计回水温度；
二级供热管网用户散热器设计平均计算温差=(二级供热管网设计供水温度+二级供热管网设计回水温度-2*室内采暖计算温度)/2；
二级供热管网相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
二级供热管网运行供水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)+0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
二级供热管网运行回水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)-0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
二级供热管网温差=二级供热管网运行供水温度-二级供热管网运行回水温度；
二级供热管网平均温度=(二级供热管网运行供水温度+二级供热管网运行回水温度)/2；
计算出：1) 二级供热管网采暖设计热负荷、2) 二级供热管网相对热负荷、3) 二级供热管网采暖热负荷需热量、4) 二级供热管网循环流量、5) 二级供热管网平均单位循环水量、6) 二级供热管网运行供水温度、7) 二级供热管网运行回水温度、8)二级供热管网运行温差、9)二级供热管网循环流量、10）二级供热管网运行供回水平均温度；
并和实际采集到的：1)实时一级供热管网供水温度、2)实时一级供热管网回水温度、3)实时一级供热管网供水压力、4)实时一级供热管网回水压力、5)实时二级供热管网供水温度、6)实时二级供热管网回水温度、7)实时二级供热管网供水压力、8)实时二级供热管网回水压力、9)二级供热管网供水瞬时流量、10)二级供热管网供水累计流量、11）二级供热管网供回水平均温度、12）实时二级供热管网供回水压差进行比较、分析、记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；并将数据传输至二级控制器里、进行PID运算，使二级供热管网供回水平均温度与二级供热管网运行供回水平均温度成为PID里PV值和SP值，从而计算出二级管网的换热站一级网入口处的电动调节阀的开度，控制二级供热管网供回水平均温度计算值与二级供热管网实际运行供回水平均温度相一致；在另外一路PID运算里使实时二级供热管网供回水压差为PID里的PV值并和二级供热管网供回水压差设定值为PID里的SP值，从而计算出二级供热管网变频循环泵的频率开度，控制实时二级供热管网供回水压差和二级供热管网供回水压差计算值相一致，保证取暖用户的室内温度达到舒适温度，并不低于国家标准；
四、虚拟站监控模块：获得室外温度参数值与地理信息系统里本虚拟站的供热总面积，根据运算公式：
二级供热管网设计供水温差=二级供热管网设计供水温度-二级供热管网设计回水温度；
二级供热管网用户散热器设计平均计算温差=(二级供热管网设计供水温度+二级供热管网设计回水温度-2*室内采暖计算温度)/2；
二级供热管网相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
二级供热管网运行供水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)+0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
二级供热管网运行回水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)-0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
二级供热管网温差=二级供热管网运行供水温度-二级供热管网运行回水温度；
二级供热管网平均温度=(二级供热管网运行供水温度+二级供热管网运行回水温度)/2；
计算出：1) 二级供热管网采暖设计热负荷、2) 二级供热管网相对热负荷、3) 二级供热管网采暖热负荷需热量、4) 二级供热管网循环流量、5) 二级供热管网平均单位循环水量、6) 二级供热管网运行供水温度、7) 二级供热管网运行回水温度、8)二级供热管网运行温差、9)二级供热管网循环流量、10）二级供热管网运行供回水平均温度，并和实际采集到的：1)实时一级供热管网供水温度、2)实时一级供热管网回水温度、3)实时一级供热管网供水压力、4)实时一级供热管网回水压力、5)实时二级供热管网供水温度、6)实时二级供热管网回水温度、7)实时二级供热管网供水压力、8)实时二级供热管网回水压力、9)二级供热管网供水瞬时流量、10)二级供热管网供水累计流量、11）二级供热管网供回水平均温度、12）实时二级供热管网供回水压差进行比较、分析、记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；
五、楼栋热力入口监控模块：获得室外温度参数值，同时从地理信息系统获得当前楼栋的供热面积，根据运算公式：
设计供水温差=二级供热管网设计供水温度-二级供热管网设计回水温度；
用户散热器设计平均计算温差=(二级供热管网设计供水温度+二级供热管网设计回水温度-2*室内采暖计算温度)/2；
相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
运行供水温度=室内采暖计算温度+用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)+0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
运行回水温度=室内采暖计算温度+用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)-0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
温差=二级供热管网运行供水温度-二级供热管网运行回水温度；
平均温度=(二级供热管网运行供水温度+二级供热管网运行回水温度)/2。
计算出：楼栋所要供给的设计供水温差、用户散热器设计平均计算温差、运行供水温度、运行回水温度、温差、平均温度参数，并存入自动化控制系统，同时采集实时楼栋数据：1)实时楼栋供水温度；2)实时楼栋回水温度；3)实时楼栋供水压力；4)实时楼栋回水压力；5)调节阀开度；7)实时楼栋平均温度（(实时楼栋供水温度+实时楼栋回水温度)/2）；8)实时楼栋温差(实时楼栋供水温度-实时楼栋回水温度)；
计算出楼栋平均温度计算值或温差计算值，将采集的实时楼栋平均温度值和楼栋平均温度计算值或实时楼栋温差值和楼栋温差计算值通过PID运算，得出楼栋电动调节阀阀门的开度，并向楼栋电动调节阀执行部分发出控制命令；并向智慧热网集成系统系统内保存数据；通过和热计量系统里数据：1)实时用户供水温度；2)实时用户回水温度；3)实时瞬时流量；4)实时累计流量；5)实时用户温差；6)实时用户户内温度；进行比较、分析当前运行的实际值与当前理论计算的计算值是否合理，是否能达到供需平衡。
六、室内供热系统远程调控模块：实时采集用户室内温度，完成室内供热系统的各个运行参数的监控，并和主控系统进行数据交换与运算。
本发明通过上述结构和方法对供热控制设备进行合理、科学、有效的控制，从而达到对一级供热管网、二级供热管网、楼宇供热管网的热量与水力平衡，进行最优控制，整个系统根据采集各级供热网管内实施的数据来动态监控供热，把供热的浪费减小到最低，不浪费一点可利用能源，也不多使用一点能源，尽可能的使取暖用户能得到相同的室温在21-23℃内。从而使供热能做到绿色、节能、环保，为子孙后代造福。
Claims (5)
1.智慧热网集成系统，包括热源、供热调度首站、换热站、一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网，热源经一级供热管网与各换热站相连，各换热站经二级供热管网与各个楼宇供热管网相连，楼宇供热管网与取暖用户的取暖器相连，供热调度首站设有主控制系统，主控制系统连接有自动化控制系统、热计量系统、地理信息系统、热源DCS系统；一级供热管网设有一级控制器，二级供热管网设有二级控制器，其特征在于各楼宇管网设有楼宇控制器，一级供热管网、二级供热管网和楼宇供热管网分别设有热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀，一级供热管网、二级供热管网的循环泵上设有控制循环泵转速的变频器，热量表、供水压力传感器、回水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、电动调节阀、变频器与本级的控制器相连，楼宇控制器、一级控制器、二级控制器与主控制系统经网络连接，实现数据实时监控；楼宇控制器与楼宇供热管网的电动调节阀电气连接，控制电动调节阀的开度。
2.根据权利要求1所述的智慧热网集成系统，其特征在于所述的楼宇供热管网与取暖用户的取暖器相连的进户主管上设有户用热表。
3.根据权利要求1或2所述的智慧热网集成系统，其特征在于设有室外温度采集器，室外温度采集器与主控制系统相连，或者主控制系统与互联网相连，采集天气预报中的室外温度数据。
4.根据权利要求1所述的智慧热网集成系统，其特征在于主控制系统包括热源数据交换模块、一级供热管网监控模块、换热站监控模块、虚拟站监控模块、楼栋热力入口监控模块、室内供热系统远程调控模块，其控制方法如下：
一、热源数据交换模块获得室外温度参数值和地理信息系统里所有建筑总的供热面积，根据附录1里运算公式，计算出各一级供热管网总的：
1)采暖设计热负荷、2)相对热负荷、3)采暖热负荷需热量、4)循环流量、5)平均单位循环水量、6)一级供热管网用户散热器设计平均计算温差、7) 一级供热管网运行供水温度、8) 一级供热管网运行回水温度、9) 运行温差、10) 一级供热管网瞬时循环流量；根据上述计算值向热源DCS系统发出所有一级供热管网所需的热水流量、温度、压力、热量等参数值；
实际采集各一级供热管网的：一级供热管网供水温度、一级供热管网回水温度、一级供热管网瞬时循环流量、室外温度、一级供热管网实际累计循环流量、一级供热管网瞬时热量、一级供热管网累计热量，与计算出的各一级供热管网总的各参数进行比较、分析供热热源所供给的热量是否是供需平衡，并记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；
二、一级供热管网监控模块获取地理信息系统里的各一级供热管网总的供热面积和当前室外温度，根据附录1里运算公式，计算出一级供热管的：1)循环流量、2)平均单位循环水量、3)一级供热管网用户散热器设计平均计算温差、4) 一级供热管网运行供水温度、5) 一级供热管网运行回水温度、6) 运行温差、7) 一级供热管网瞬时循环流量；实时采集一级供热管网的以下参数：1)供水温度、2)回水温度、3)供水压力、4)回水压力、5瞬时循环流量、6)瞬时热量、7)累计流量、8)累计热量；存入自动化控制系统；并与上述计算值进行比较、分析是否供需平衡，并将比较值发送给热源数据交换模块，用以调节热源提供热水的参数；并记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；热源厂为每条一级供热管网分配热能，通过每条一级供热管网上的循环泵控制每条一级供热管网供回水压力，通过每条一级供热管网上的调节阀控制每条一级供热管网供回水温度；
三、换热站监控模块：获得室外温度参数值与地理信息系统里本换热站的实际供热面积，根据并根据附录2里运算公式，计算出：1) 二级供热管网采暖设计热负荷、2) 二级供热管网相对热负荷、3) 二级供热管网采暖热负荷需热量、4) 二级供热管网循环流量、5) 二级供热管网平均单位循环水量、6) 二级供热管网运行供水温度、7) 二级供热管网运行回水温度、8)二级供热管网运行温差、9)二级供热管网循环流量、10）二级供热管网运行供回水平均温度；
和实际采集到的：1)实时一级供热管网供水温度、2)实时一级供热管网回水温度、3)实时一级供热管网供水压力、4)实时一级供热管网回水压力、5)实时二级供热管网供水温度、6)实时二级供热管网回水温度、7)实时二级供热管网供水压力、8)实时二级供热管网回水压力、9)二级供热管网供水瞬时流量、10)二级供热管网供水累计流量、11）二级供热管网供回水平均温度、12）实时二级供热管网供回水压差进行比较、分析、记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；并将数据传输至二级控制器里、进行PID运算，使二级供热管网供回水平均温度与二级供热管网运行供回水平均温度成为PID里PV值和SP值，计算出二级管网的换热站一级网入口处的电动调节阀的开度，使二级供热管网供回水平均温度计算值与二级供热管网实际运行供回水平均温度相一致；在另外一路PID运算里使实时二级供热管网供回水压差为PID里的PV值、二级供热管网供回水压差设定值为PID里的SP值，从而计算出二级供热管网变频循环泵的频率开度，使实时二级供热管网供回水压差和二级供热管网供回水压差计算值相一致；
四、虚拟站监控模块：获得室外温度参数值与地理信息系统里本虚拟站的供热总面积，根据并根据附录2里运算公式，计算出：1) 二级供热管网采暖设计热负荷、2) 二级供热管网相对热负荷、3) 二级供热管网采暖热负荷需热量、4) 二级供热管网循环流量、5) 二级供热管网平均单位循环水量、6) 二级供热管网运行供水温度、7) 二级供热管网运行回水温度、8)二级供热管网运行温差、9)二级供热管网循环流量、10）二级供热管网运行供回水平均温度，并和实际采集到的：1)实时一级供热管网供水温度、2)实时一级供热管网回水温度、3)实时一级供热管网供水压力、4)实时一级供热管网回水压力、5)实时二级供热管网供水温度、6)实时二级供热管网回水温度、7)实时二级供热管网供水压力、8)实时二级供热管网回水压力、9)二级供热管网供水瞬时流量、10)二级供热管网供水累计流量、11）二级供热管网供回水平均温度、12）实时二级供热管网供回水压差进行比较、分析、记录到自动化控制系统，为实时运行与历史分析提供历史数据；
五、楼栋热力入口监控模块：获得室外温度参数值，同时从地理信息系统获得当前楼栋的供热面积，根据并根据附录3里运算公式，计算出：楼栋所要供给的设计供水温差、用户散热器设计平均计算温差、运行供水温度、运行回水温度、温差、平均温度参数，并存入自动化控制系统，同时采集实时楼栋数据：1)实时楼栋供水温度；2)实时楼栋回水温度；3)实时楼栋供水压力；4)实时楼栋回水压力；5)调节阀开度；7)实时楼栋平均温度；8)实时楼栋温差；
计算出楼栋平均温度计算值或温差计算值，将采集的实时楼栋平均温度值和楼栋平均温度计算值或实时楼栋温差值和楼栋温差计算值通过PID运算，得出楼栋电动调节阀阀门的开度，并向楼栋电动调节阀执行部分发出控制命令；并向智慧热网集成系统系统内保存数据；并通过和热计量系统里数据：1)实时用户供水温度；2)实时用户回水温度；3)实时瞬时流量；4)实时累计流量；5)实时用户温差；6)实时用户户内温度；进行比较、分析当前运行的实际值与当前理论计算的计算值是否合理，是否能达到供需平衡；
附录1
采暖设计热负荷=采暖面积*设计热指标*3600/Pow(10,9)；
相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
采暖热负荷需热量=采暖设计热负荷*相对热负荷；
循环流量=0.86*采暖面积*设计热指标/(设计供水温度-设计回水温度)/1000；
平均单位循环水量=循环流量/采暖面积*1000；
一级供热管网用户散热器设计平均计算温差=(设计供水温度+设计回水温-室内采暖计算温度)/2；
热网运行供水温度=室内采暖计算温度+一级供热管网用户散热器设计平均计算温差1*Pow(相对热负荷1,1/1.3)+0.5*用户设计供水温差*相对热负荷；
热网运行回水温度=室内采暖计算温度+一级供热管网用户散热器设计平均计算温差1*Pow(相对热负荷1,1/1.3)-0.5*用户设计供水温差*相对热负荷；
运行温差=热网运行供水温度-热网运行回水温度；
一级供热管网瞬时循环流量=0.86*采暖面积*设计热指标/(设计供水温度-设计回水温度)/1000；
附录2
二级供热管网设计供水温差=二级供热管网设计供水温度-二级供热管网设计回水温度；
二级供热管网用户散热器设计平均计算温差=(二级供热管网设计供水温度+二级供热管网设计回水温度-2*室内采暖计算温度)/2；
二级供热管网相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
二级供热管网运行供水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)+0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
二级供热管网运行回水温度=室内采暖计算温度+二级供热管网用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)-0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
二级供热管网温差=二级供热管网运行供水温度-二级供热管网运行回水温度；
二级供热管网平均温度=(二级供热管网运行供水温度+二级供热管网运行回水温度)/2；
附录3
设计供水温差=二级供热管网设计供水温度-二级供热管网设计回水温度；
用户散热器设计平均计算温差=(二级供热管网设计供水温度+二级供热管网设计回水温度-2*室内采暖计算温度)/2；
相对热负荷=(室内采暖计算温度-室外温度)/(室内采暖计算温度-采暖室外计算温度)；
运行供水温度=室内采暖计算温度+用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)+0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
运行回水温度=室内采暖计算温度+用户散热器设计平均计算温差*Pow(二级供热管网相对热负荷,1/1.3)-0.5*二级供热管网设计供水温差*二级供热管网相对热负荷；
温差=二级供热管网运行供水温度-二级供热管网运行回水温度；
平均温度=(二级供热管网运行供水温度+二级供热管网运行回水温度)/2。
5.根据权利要求4所述的智慧热网集成系统的控制方法，其特征在于所述的室内供热系统远程调控模块用于实时采集取暖用户室内温度，完成室内供热系统的各个运行参数的监控，并和主控系统进行数据交换与运算。
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