CN104180433A - 一种二次网水力平衡控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开二次网水力平衡控制系统及方法，该方法包括：预设与末端用户采暖面积相应的流量阈值或者温差阈值；根据相应末端用户的当前流量与流量阈值的差值，或者当前温差与温差阈值的差值，输出调节控制信号控制相应末端用户的入户供热流量。通过优化设计能够精确控制入户热水流量，从而获得稳定的二次网水力平衡，并降低水力平衡产生的系统工作阻力。本发明提供的控制系统，对应于每一个末端用户，电动调节阀设置于相应末端用户的入户供热管路或者出户回水管路上；流量采集装置用于获取相应末端用户的当前流量；控制器用于根据相应末端用户的当前流量与预设的流量阈值的差值，输出调节控制信号至电动调节阀，以控制相应末端用户的入户供热流量。

Description

一种二次网水力平衡控制方法及系统

技术领域

本发明涉及供暖技术领域，具体涉及一种二次网水力平衡控制方法及系统。

背景技术

受供热原理和现行管网布置方式的限制，供热系统中各用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性依然存在，出现耗热量高、室内热舒适度差的情况，水力失调现象不能得以有效改善。

为了避免供热能耗浪费，及保证其他节能措施能够可靠的实施，全面提升供热系统的水力平衡成为供热技术公司的重要课题。除供热站至换热站之间一次网的水力平衡外，换热站至末端用户之间二次网的水力平衡同样需要重视，保证每一个末端用户得到与负荷相一致流量。

目前，大多采用户表法热计量系统与水力平衡系统组合的方式配置二次管网；其中，户表法热计量系统包括：热量表、集中器、抄表系统；水力平衡系统包括：各种平衡阀、调试软件。然而，虽然该方案采用平衡阀实现了系统水力平衡，但却增大了系统的阻力；同时，平衡阀对水力分配的调节不够精确。

此外，该方案中的户表法热计量系统、水力平衡系统是单独设计，设计成本较高；且应用两套系统，安装各种流量平衡阀或压差平衡阀，系统初投资非常大。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对二次网水力平衡技术进行优化设计，在规避水力失调现象的基础上，能够有效控制水力平衡产生的系统工作阻力。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种二次网水力平衡控制方法，通过优化设计能够精确控制入户热水流量，从而获得稳定的二次网水力平衡，并降低水力平衡产生的系统工作阻力。在此基础上，本发明还提供了二次网水力平衡控制系统。

本发明提供的二次网水力平衡控制方法，该方法包括：预设与末端用户采暖面积相应的流量阈值或者温差阈值；根据相应末端用户的当前流量与流量阈值的差值，或者当前温差与温差阈值的差值，输出调节控制信号控制相应末端用户的入户供热流量。

优选地，所述调节控制信号输出至设置于相应末端用户的入户供热管路的电动调节阀，或者输出至设置于相应末端用户的出户回水管路的电动调节阀。

优选地，输出所述调节控制信号之前，优先根据相应末端用户的强制指令输出限制控制信号至所述电动调节阀。

优选地，所述限制控制信号具体为关闭信号或者维持最小开度信号。

优选地，所述调节控制信号根据预定时间长度内保持恒定的相应末端用户的当前流量与流量阈值的差值，或者当前温差与温差阈值的差值进行输出。

本发明提供的一种二次网水力平衡控制系统，对应于每一个末端用户，包括电动调节阀、流量采集装置和控制器；其中，所述电动调节阀设置于相应末端用户的入户供热管路上，或者设置于相应末端用户的出户回水管路上；所述流量采集装置用于获取相应末端用户的当前流量；所述控制器用于根据相应末端用户的当前流量与预设的流量阈值的差值，输出调节控制信号至所述电动调节阀，以控制相应末端用户的入户供热流量。

优选地，所述流量采集装置具体为热量表，且设置于相应末端用户的出户回水管路上的所述电动调节阀与所述热量表集成为一体。

优选地，还包括温控阀和/或温控面板；所述温控阀设置于相应末端用户的采暖末端，以实时控制所述采暖末端的流量；所述温控面板设置于相应末端用户的室内，以输出相应末端用户的强制指令至所述控制器；其中，输出所述调节控制信号之前，所述控制器可优先根据相应末端用户的所述强制指令输出限制控制信号至所述电动调节阀。

本发明提供的另一种二次网水力平衡控制系统，对应于每一个末端用户，包括电动调节阀、温差采集装置和控制器；其中，所述电动调节阀设置于相应末端用户的入户供热管路上，或者设置于相应末端用户的出户回水管路上；所述温差采集装置用于获取相应末端用户的当前温差；所述控制器用于根据相应末端用户的当前温差与预设的温差阈值的差值，输出调节控制信号至所述电动调节阀，以控制相应末端用户的入户供热流量。

优选地，所述流量采集装置具体为热量表，且设置于相应末端用户的出户回水管路上的所述电动调节阀与所述热量表集成为一体。

优选地，还包括温控阀和/或温控面板；所述温控阀设置于相应末端用户的采暖末端，以实时控制所述采暖末端的流量；所述温控面板设置于相应末端用户的室内，以输出相应末端用户的强制指令至所述控制器；其中，输出所述调节控制信号之前，所述控制器可优先根据相应末端用户的所述强制指令输出限制控制信号至所述电动调节阀。

在一次网水力平衡控制的基础上，应用本发明提供的二次网水平平衡控制方法，为整个供暖系统的水力平衡带来了进一步的优势。与现有二次网水力平衡技术相比，本发明另辟蹊径提出了一种解决方案，具体地，首先预设与末端用户采暖面积相应的流量阈值或者温差阈值；然后，根据相应末端用户的当前流量与流量阈值的差值，或者当前温差与温差阈值的差值，输出调节控制信号控制相应末端用户的入户供热流量，从而利用当前流量进行二次网水平平衡的调节控制。如此设置，直接利用当前流量或者当前温差的数据来控制调节阀，入户流量的控制比平衡阀更加精确，从而能够精确的实时控制入户热水流量；同时，本方案不需要在系统中设置平衡阀，可完全规避平衡阀的设置所产生的系统工作阻力。

在本发明的优选方案中，流量采集装置和温差采集装置具体为热量表，也就是说，本方案的当前流量和当前温差的获取可有效利用户用热量表，除精确控制水力平衡外，还可以利用热量表进行相应末端用户的热计量，进一步控制系统的制造成本。对热力公司而言，具有较好的应用前景。

附图说明

图1是第一实施例所示二次网水力平衡控制系统的原理示意图；

图2是第一实施例所述二次网水力平衡控制系统的一种控制流程图；

图3是第一实施例所述二次网水力平衡控制系统的另一种控制流程图；

图4是第二实施例所示二次网水力平衡控制系统的原理示意图；

图5是第三实施例所示二次网水力平衡控制系统的原理示意图；

图6是第四实施例所示二次网水力平衡控制系统的原理示意图。

图中：

换热站1、采暖末端2、电动调节阀3、流量采集装置4、控制器5、温控阀6、温控面板7。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种二次网水力平衡控制技术，可精确控制入户热水流量，满足水力平衡的总体要求；同时，可完全规避平衡阀的设置所产生的系统工作阻力，并有效控制系统制造成本。

具体而言，本实施方式提供的二次网水力平衡控制方法，通过实时末端用户的数据控制其入户热水流量，该方法包括：预设与末端用户采暖面积相应的流量阈值或者温差阈值；根据相应末端用户的当前流量与流量阈值的差值，或者当前温差与温差阈值的差值，输出调节控制信号控制相应末端用户的入户供热流量。下面结合说明附图以四个实施例进行详细的说明。

实施例1：

请参见图1，该图示出了第一实施例所示二次网水力平衡控制系统的原理示意图。为清楚显示该控制系统主要功能构件的必要配合关系，图1中以两个末端用户为例示出其控制原理，各末端用户相对于二次网换热站1并联，且每个末端用户均以一个采暖末端2进行示例性说明。

对应于每一个末端用户，该二次网水力平衡控制系统设置有一套元件配备。图中所示，与每个末端用户对应地，包括一电动调节阀3和一流量采集装置4；其中，电动调节阀3设置于相应末端用户的出户回水管路上，其开度调节可以调节该末端用户的入户热水流量；流量采集装置4用于获取相应末端用户的当前流量Q，并输出至控制器5；接收该当前流量Q的控制器5，根据相应末端用户的当前流量Q与预设的流量阈值Qs的差值，输出调节控制信号至电动调节阀3，从而控制相应末端用户的入户供热流量。

本方案中的流量采集装置4可以具体采用热量表，该热量表通过通讯线与控制器5建立信号连接，从而将当前流量输送至控制器5。显然，这里的流量采集装置4也可以单独设置流量计采集瞬时流量，控制电动调节阀3。

需要说明的是，控制器5的设置可以如图中所示每户单独配置，也可以每栋建筑配置一个控制器，当然也可以一栋建筑的每个单元配置一个控制器。相比之下，每户单独配置一控制器5便于检修、维护，且可以降低高性能控制器及布线成本，故为最优方案。

其中，电动调节阀3也可以设置于相应末端用户的入户供热管路，即可以与热量表上、下游设置，也可以选用热量表与电动调节阀集成为一体的部件（图1中下方所示未端用户）。

另外，预设的流量阈值Qs可以通过抄表系统远程设定，也可以预先存储于相应的控制器5中，只要能够实现基本功能需要均可。

本方案中，各末端用户的室内未安装任何温控设备，正常供暖状态下，流量阈值Qs设定及流量调节完成后，电动调节阀3基本不用反复动作，每个用户都已达到所要求的供暖水量，二次网系统实现了水力平衡。因此，基本上为定流量系统。

当然，供暖期间，管道需要检修或更换散热器、阀门时，系统水量会发生变化。此时，每个入户热量表检测的当前流量Q超出设定的流量阈值Qs范围时，控制器5发出调节控制信号，调节电动调节阀3开度，使当前流量调节到设定流量范围内。同理，部分用户欠费，该部分用户的电动调节阀3关闭或维持最小开度，切断供暖热水时，其它正常供暖的末端用户的流量会必然发生变化，当前流量Q超出设定流量阈值Qs范围，控制器5发出调节控制信号，调节电动调节阀3开度，使当前流量Q调节到设定流量范围内。

请参见图2，该图示出了本实施例所述二次网水力平衡控制系统的一种控制流程图。

A1.通过上位软件设置流量阈值Qs；

A2.与通过热量表采集到的当前流量Q；

A3.比较当前流量Q与流量阈值Qs的差值，若当前流量Q大于流量阈值Qs，则生成使得电动调节阀3开度减小的第一控制信号；若当前流量Q小于流量阈值Qs，则生成使得电动调节阀3开度增大的第二控制信号；

A4.电动调节阀3根据第一控制信号，执行器动作减小阀门的开度；或者，根据第二控制信号，执行器动作增大阀门的开度；

A5.以当前流量Q与流量阈值Qs的相对误差>10%为条件，则继续调节；若当前流量Q与流量阈值Qs的相对误差≤10%，则认为流量近似相等，调节结束。应当理解，该相对误差为10%仅为示例性说明，实际上是可以在上位软件中根据需要设置相对误差的大小，例如，5%，10%，15%，20%，25%，30%。当然，该相对误差不应取得过小，取得过小会导致调节阀频繁动作。

特别说明的是，步骤A1和步骤A2的先后执行顺序不局限于图中所示，两者均为获取控制基础参数，因此，可以顺序相反执行或者同时执行。

作为当前末端用户实时控制参量的硬件配置系统来说，除可采用前述控制方法基于流量作为控制参数外，该系统也可以基于温差作为控制参数进行水力平衡控制。请参见图3，该图示出了本实施例所述二次网水力平衡控制系统的另一种控制流程图。

设置于末端用户的入户供热管路上的热量表自带供水温度传感器用于测量供水温度，该热量表另一温度传感器可插在回水测温球阀中用于测量回水温度，从而获得当前供回水的当前温差△T。也就是说，本控制状态模式下的热量表，相当于用于获取相应末端用户的当前温差的温差采集装置，控制器5根据当前温差与温差阈值的差值进行调节控制信号的输出。

B1.通过上位软件设置温差阈值△Ts；

B2.与通过热量表采集到的当前温差△T；

B3.比较当前温差△T与温差阈值△Ts的差值，若当前温差△T小于温差阈值△Ts，则生成使得电动调节阀3开度减小的第一控制信号；若当前温差△T大于温差阈值△Ts，则生成使得电动调节阀3开度增大的第二控制信号；

B4.电动调节阀3根据第一控制信号，执行器动作减小阀门的开度；或者，根据第二控制信号，执行器动作增大阀门的开度；

B5.以当前温差△T与温差阈值△Ts的绝对值>2℃为条件，则继续调节；若当前温差△T与温差阈值△Ts的绝对值≤2℃，则认为当前温差△T与温差阈值△Ts近似相等，调节结束。应当理解，该绝对值为2℃仅为示例性说明，实际上是可以在上位软件中根据需要设置绝对值的大小，例如，1℃，2℃，3℃，4℃，5℃。当然，该绝对值不应取得过小，取得过小会导致调节阀频繁动作。

同理，作为获取控制基础参数的步骤B1和步骤B2，两者先后执行顺序不局限于图中所示，也可以顺序相反执行或者同时执行。

比较上述两种控制方法，温差控制方式受工况影响较大，当室内、外温度、供水流量和温度发生变化时，入户供回水温差会发生变化。因此，设定固定温差很难适应工况的变化，故优先选择流量控制。

此外，为了避免电动调节阀3频繁动作，可以作进一步的控制优化。具体地，相应末端用户的当前流量Q与流量阈值Qs的差值在预定时间长度内保持恒定时，或者，相应末端用户的当前温差△T与温差阈值△Ts的差值在预定时间长度内保持恒定时才输出该调节控制信号；也就是说，根据一定的时间间隔进行调节控制信号的输出，确保各入户流量近似等于上位设定流量。当然，该预定时间长度或者时间间隔可以根据实际需要进行设定，例如：10min，20min，30min，40min，50min，60min。

基于温差控制的思路，每个末端用户的供回水温差的获取，实际上也不局限于采用热量表进行采集。例如，也可以使用两个个温度传感器（图中未示出）分别设置在入户供热管路和出户回水管路上，同样可以采集用户供回水温差，控制电动调节阀3的开度，使当前温差△T与温差阈值△Ts相等。

实施例2：

请参见图4，该图示出了第二实施例所示二次网水力平衡控制系统的原理示意图。为清楚显示该控制系统主要功能构件的必要配合关系，图4中仅以一个末端用户为例示出其控制原理，且该末端用户以二个采暖末端2进行示例性说明。

本方案所述二次网水力平衡控制系统与第一实施例的区别在于，在第一实施例的基础上，增设有温控阀6。该温控阀6根据用户需要设置于相应末端用户的采暖末端2，以实时控制该采暖末端2的流量；温控阀6可以采用现有技术实现，本文不再赘述。

与第一实施例相比，本方案的室内安装有温控阀6，因此二次网水力平衡控制系统是变流量。也就说是，热量表与电动调节阀的配合控制用于调节二次网初始流量平衡，具体控制方法与第一实施例的两种控制方式相同；初始平衡调节结束后，电动调节阀3开度保持不变，系统流量由温控阀控制。即，室内安装温控阀的二次网系统，在供暖初始通过热量表与电动调节阀的配合控制调节达到初始水力平衡后，水力平衡调节完成。

当然，若用户供暖过程中欠费，电动调节阀3则关闭或维持最小开度；用户缴费从新供暖后，电动调节阀3再次调节至关闭前的开度。此后，电动调节阀3开度维持不变，供暖水量再次由温控阀6控制。应用本方案，可便于热力公司管理，对于欠费用户，远程关闭调节阀或维持最小开度，督促用户及时缴纳供暖费。

实施例3：

请参见图5，该图示出了第三实施例所示二次网水力平衡控制系统的原理示意图。为清楚显示该控制系统主要功能构件的必要配合关系，图5中仅以一个末端用户为例示出其控制原理，且该末端用户以二个采暖末端2进行示例性说明。

本方案所述二次网水力平衡控制系统与第一实施例的区别在于，在第一实施例的基础上，增设有设置于相应末端用户室内的温控面板7，该温控面板7与现有技术工作原理相同，可实现温控功能、管理功能（用户欠费），并可以输出相应末端用户的强制指令至控制器5。本方案中热量表与电动调节阀的配合控制进行二次网水力平衡控制的方法与第一实施例基本相同，进一步地，输出所述调节控制信号之前，本方案的控制器5可优先根据相应末端用户的所述强制指令输出限制控制信号至电动调节阀3。

与第一实施例相比，室内安装温控面板7控温时，二次网各入户电动调节阀3会根据室内温度和设定温度的差值，打开或关闭，因此，二次网水力平衡控制系统是变流量系统。

具体工作过程中，其中温控功能、管理功能（用户欠费）优先考虑，然后是水力平衡调节功能。首先，基于温控面板7的具体操作指令，室内温度达到设定温度上限时，电动调节阀3关闭或维持最小开度；室内温度低于设定温度下限时，电动调节阀3打开，可以通过上位软件远程控制电动调节阀3开关；当电动调节阀3打开后，启动水力平衡调节功能，与第一实施例所述方法相同，例如，可采集热量表当前流量Q与上位机设定的流量阈值Qs比较，调节电动调节阀3开度，使当前流量Q与流量阈值Qs相等。

实施例4：

请参见图6，该图示出了第四实施例所示二次网水力平衡控制系统的原理示意图。

如图6所示，本实施例所述二次网水力平衡控制系统包括三种类型的末端用户配置，依次为室内未装温控、安装有温控阀、安装有温控面板。为清楚示出系统连接关系，每一个末端用户仅以一采暖末端2进行示例性说明。

同样地，以采用热量表获取相应末端用户的实时基础参数的具体配置，户用热量表既可以采集当前流量，又可以采集供回水温差，每个末端用户均可以选择采用前述流量控制或者温差控制方法。具体请一并参见实施例1中描述的控制策略。当然，如前所述供回水温差影响因素较多，因此优先采用流量控制。

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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种二次网水力平衡控制方法，其特征在于，该方法包括：

预设与末端用户采暖面积相应的流量阈值或者温差阈值；

根据相应末端用户的当前流量与流量阈值的差值，或者当前温差与温差阈值的差值，输出调节控制信号控制相应末端用户的入户供热流量。

2.根据权利要求1所述的二次网水力平衡控制方法，其特征在于，所述调节控制信号输出至设置于相应末端用户的入户供热管路的电动调节阀，或者输出至设置于相应末端用户的出户回水管路的电动调节阀。

3.根据权利要求2所述的二次网水力平衡控制方法，其特征在于，输出所述调节控制信号之前，优先根据相应末端用户的强制指令输出限制控制信号至所述电动调节阀。

4.根据权利要求3所述的二次网水力平衡控制方法，其特征在于，所述限制控制信号具体为关闭信号或者维持最小开度信号。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的二次网水力平衡控制方法，其特征在于，所述调节控制信号根据预定时间长度内保持恒定的相应末端用户的当前流量与流量阈值的差值，或者当前温差与温差阈值的差值进行输出。

6.一种二次网水力平衡控制系统，其特征在于，对应于每一个末端用户，包括：

电动调节阀，设置于相应末端用户的入户供热管路上，或者设置于相应末端用户的出户回水管路上；

流量采集装置，用于获取相应末端用户的当前流量；

控制器，用于根据相应末端用户的当前流量与预设的流量阈值的差值，输出调节控制信号至所述电动调节阀，以控制相应末端用户的入户供热流量。

7.根据权利要求6所述的二次网水力平衡控制系统，其特征在于，所述流量采集装置具体为热量表，且设置于相应末端用户的出户回水管路上的所述电动调节阀与所述热量表集成为一体。

8.根据权利要求6或7所述的二次网水力平衡控制系统，其特征在于，还包括：

温控阀，设置于相应末端用户的采暖末端，以实时控制所述采暖末端的流量；和/或

温控面板，设置于相应末端用户的室内，以输出相应末端用户的强制指令至所述控制器；其中

输出所述调节控制信号之前，所述控制器可优先根据相应末端用户的所述强制指令输出限制控制信号至所述电动调节阀。

9.一种二次网水力平衡控制系统，其特征在于，对应于每一个末端用户，包括：

电动调节阀，设置于相应末端用户的入户供热管路上，或者设置于相应末端用户的出户回水管路上；

温差采集装置，用于获取相应末端用户的当前温差；

控制器，用于根据相应末端用户的当前温差与预设的温差阈值的差值，输出调节控制信号至所述电动调节阀，以控制相应末端用户的入户供热流量。

10.根据权利要求9所述的二次网水力平衡控制系统，其特征在于，所述流量采集装置具体为热量表，且设置于相应末端用户的出户回水管路上的所述电动调节阀与所述热量表集成为一体。

11.根据权利要求9或10所述的二次网水力平衡控制系统，其特征在于，还包括：

温控阀，设置于相应末端用户的采暖末端，以实时控制所述采暖末端的流量；和/或

温控面板，设置于相应末端用户的室内，以输出相应末端用户的强制指令至所述控制器；其中

输出所述调节控制信号之前，所述控制器可优先根据相应末端用户的所述强制指令输出限制控制信号至所述电动调节阀。