CN104990133A - 一种智能化控制的热水供应系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种能够实现节能节水目的的智能化控制的热水供应系统及其控制方法。它包括现有热水供应系统，在热水供应系统基础上还包括冷水收集模块、用户侧储热模块、用户侧蓄冷模块、冷水供水模块、控制模块，较之前技术而言，本发明的有益效果为：通过将部分热水分布就近蓄存在用户侧的出水终端处，大大减少循环管网的热水循环时间，降低热水输配过程中循环管网的耗热量及水泵耗电量。

Description

一种智能化控制的热水供应系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能化控制的热水供应系统及其控制方法。

背景技术

随着经济快速发展，集中式半集中式热水供应系统正在从传统的重要公共建筑、高档宾馆等场所向普通住宅小区普及。但是市场上热水供应系统基本上处于较低水平，自动化相对低下，很多时候都处于利用人工方法采取措施。导致热水供应系统耗费大量人力、物力和财力，同样也给人们的生活带来诸多不便。

现有技术方案一：目前典型热水供应系统主要由热源、总水箱、热水泵、供水管、用户侧用水设备、循环管等部分组成。其运行原理为总水箱内的热水，由热水泵经热水供水管4，输送至各用户侧用水设备；为了保证用户侧用水设备5处的水温随时都符合规范设计要求，设置了循环管构成循环管网，使热水能不间断地循环流经总水箱2补充所散失的热量，如图1所示。现有技术方案一的缺点：为了保证供应的热水水温随时都符合规范设计要求，热水需在循环管网里长时间不间断循环，增加了热水泵3的运行能耗；另由于循环管网的外表面积大，导致循环管网产生大量的热量损耗。为了减少因热水循环产生的热能电能的损失，有的用户采用了限定用水高峰时段使用的管理措施，但这会造成用水的严重不便。

现有技术方案二：在部分中小型热水供应工程中，特别是改造项目，降低工程造价，方便工程施工，取消了循环管6，简化了循环管网。其运行原理为：总水箱2内的热水，由热水泵3经供水管4，输送至各用户侧用水备5；其系统原 理图详见图2。现有技术方案二的缺点：为了保证热水供应，在用户侧间歇使用热水时，经常需对热源与热水用水设备间供水管段内的凉水进行排放，给用户的生活带来诸多不便。

现有技术方案三：该方案是方案二的另一种改进，其解决方法是在供水管4的保温材料内与管材间敷设电热膜。当管内水温低于设计要求时，给电热膜通电，以保证用户侧用水设备5处的水温。现有技术方案三的缺点：为了保证供应热水水温随时都符合规范设计要求，经常需用电热膜对供水管内的热水进行加热，以补充热量损失，但其维持供水管网水温的热量来源于电能，产热成本高。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够实现节能节水目的的智能化控制的热水供应系统及其控制方法。

本发明通过如下技术方案实现：它包括热源模块、总供水模块、若干用户侧用水模块，

热源模块：用来提供加热水源的设备，

总供水模块：为带有水泵4的供水干管3且供水干管与热源模块连接，

用户侧用水模块：为与供水干管联通，并带有出水终端5的供水支管6，

其特征在于：它还包括冷水收集模块、用户侧储热模块、用户侧蓄冷模块、冷水供水模块、控制模块，

冷水收集模块：设置于供水干管的末端并与供水干管连接用来收集供水干管内的冷水并回排冷水；

用户侧储热模块：建立在供水支管侧枝并带有储热装置7，能实现从供水支管中接受热水并储存并在出水终端出水时，向出水终端输送热水；

用户侧蓄冷模块:建立在供水支管上，与用户侧储热模块并联的蓄冷装置；

冷水供水模块：设置于供水干管的主干道上，用来推送冷水至冷水收集模块；

控制模块：包括控制器15和控制信号线12，控制器通过控制信号线分别连接并控制总供水模块、冷水收集模块设置、用户侧储热模块、冷水供水模块。

较之前技术而言，本发明的有益效果为：

通过将部分热水分布就近蓄存在用户侧的出水终端处，大大减少循环管网的热水循环时间，降低热水输配过程中循环管网的耗热量及水泵耗电量。

附图说明

图1为现有技术方案一的原理图；

图2为现有技术方案二的原理图；

图3为智能化控制的热水供应系统的原理图；

图4为节能热水箱结构图；

图5本发明的控制方法主要原理图；

图6为图5执行到补水模式时控制原理图；

图7为与现有技术方案一对比、热水能量散失定性分析表；

图8为与现有技术方案一对比、水泵耗能定性分析表。

标号说明：1热源、2总水箱、3供水干管、4水泵、5出水终端、6供水支管、7节能热水箱、7.1充气口、7.2浮子阀、7.3保温层、7.4低水位检测器、7.5中水位检测器、7.6满水位检测器、8蓄冷水水箱、10电动控制阀a、11温控电动控制阀a、12控制信号线、13冷水箱、14冷水进水管a、15控制器、16温控电动控制阀b、17电动控制阀b、18冷水进水管b。

具体实施方式

下面结合附图说明对本发明做详细说明：

如图3、4所示：它包括传统供热水系统常见的热源模块、总供水模块、若干用户侧用水模块，

热源模块：用来提供加热水源的设备，一般来说，所述的热源模块为带有热源1的总水箱2。

总供水模块：为带有水泵4的供水干管3且供水干管与热源模块连接，

用户侧用水模块：为与供水干管联通，并带有出水终端5的供水支管6，这里的出水终端其实就是水龙头等控制用户出水的装置。

上述方案其实相当于现有技术方案二的内容。

与现有技术不同在于，它还包括了冷水收集模块、用户侧储热模块、用户侧蓄冷模块、冷水供水模块、控制模块，

冷水收集模块：设置于供水干管的末端并与供水干管连接用来收集供水干管内的冷水并回排冷水；

用户侧储热模块：建立在供水支管侧枝并带有储热装置7，能实现从供水支管中接受热水并储存并在出水终端出水时，向出水终端输送热水；

用户侧蓄冷模块:建立在供水支管上，与用户侧储热模块并联的蓄冷装置；一般蓄冷装置为蓄冷水水箱8。供水管被热水充满无冷水，这样导致用户侧出水温度无法满足用户的需求，故可通过用户侧蓄冷模块输送冷水，和热水混合使用。

冷水供水模块：设置于供水干管的主干道上，用来推送冷水至冷水收集模块；

控制模块：包括控制器15和控制信号线12，控制器通过控制信号线分别连接并控制总供水模块、冷水收集模块设置、用户侧储热模块、冷水供水模块。

所述的冷水收集模块设置包括冷水箱13、温控电动控制阀a11、冷水进水管a14，冷水箱连接于供水干管末端，在冷水箱与供水干管的连接处设有温控电动控制阀a11,冷水进水管a14与冷水箱连接。

所述的用户侧储热模块包括储热装置、温控电动控制阀b16、侧支管、所述的侧支管的两端分别联通供水支管和出水终端，沿侧支管进水方向上依次设有温控电动控制阀b16和储热装置。

如图4所示：所述的储热装置包括带有保温层7.3的节能热水箱7、至少两档位检测器，充气口7.1、浮子阀7.2，水位检测器由下至上依序分布与节能热水箱7内，且其中一档水位检测器用来触发补水信号，一档水位检测器用来触发停止补水信号，充气口7.1浮子阀7.2设置在箱体内，充气口7.1设置在箱体侧壁。

所述的档位检测器包括低水位检测器7.4、中水位检测器7.5、满水位检测器7.6，其中中水位检测器7.5用来触发补水信号，满水位检测器7.6触发停止补水信号。

冷水供水模块包括与供水干管主干道联通的冷水进水管b18、电动控制阀a10、以及供水干管主干道上的电动控制阀b17，所述的电动控制阀a10设置在冷水进水管b18上。

所述的热源模块为带有热源1的总水箱2。

控制信号线12分别连接并控制低水位检测器7.4、中水位检测器7.5、满水位检测器7.6、电动控制阀b17、电动控制阀a10、水泵4、温控电动控制阀b16、温控电动控制阀a11。

其工作原理如下：

如图5、6所示：通过控制器分别控制控制低水位检测器7.4、中水位检测 器7.5、满水位检测器7.6、电动控制阀b17、电动控制阀a10、水泵4、温控电动控制阀b16、温控电动控制阀a11实现补水模式、正常用水模式、异常模式三种模式：

a.补水模式：系统连续监测每一个节能热水箱内中水位检测器7.5信号，当控制器15接收到一个或者若干个由节能热水箱发出低水位信号后，系统立即进入预设的补水模式；由控制器15发出补水模式控制信号，打开温控电动控制阀a11和电动控制阀b17，关闭电动控制阀a10和温控电动控制阀b16，热水泵4启动，将供水干管3内的低温冷水全部挤到冷水箱13内，待温控电动控制阀a11检测到管内温度高于设定值。控制器再次发出控制信号，关闭温控电动控制阀a11，打开系统内节能热水箱水位低于中水位检测器7.5的全部电动控制阀b16，将总水箱2内的热水不断补充到需补水的节能热水箱7内，直到控制器15收到高水位检测器7.6信号后，就连锁关闭其对应温控电动控制阀b16。当需补水的节能热水箱都补满了水后，打开电动控制阀a10和水位低于高水位的节能热水箱对应的温控电动控制阀b16，冷水进水管b18内的自来水就将原管道内剩余的热水挤到节能热水箱内部，当带有温控器的电动控制阀b16检测到温度低于设定值后，关闭温控电动控制阀b16。待所有的电动控制阀b16全部关闭后，关闭热水泵4和电动控制阀a10，打开电动控制阀a11。本次补水程序执行完毕，系统随即进入到伺应状态，等待下一次触发。

b.正常用水模式：当用户打开冷热水混合可调节热水使用设备5后，节能热水箱内的高温水与来自带有一定出水压力的冷水箱13内的冷水混合，提供舒适安全可靠的水给用户，当冷水箱13内的冷水低于自来水进水水位后，水箱的水将自动被补充。

c.异常模式：当节能热水箱水位高于中水位检测器7.5且低水位检测器7.4内温度传感器的温度低于设定值，将此信号传给控制器15，并由控制器15将指令传给用户。

本发明与技术方案一的能耗定性分析如下：对技术方案一，由于热水在使用期间内必须在循环管网内不停循环，管网始终处于散热状态，其循环水泵3耗电量及管网耗热流均可视为常量，管网耗热流用图7中曲线A表示，循环水泵耗电量用图8中曲线C表示；本发明供水管网在补水期管内水温处于正常，当在补水后期，通过水泵把管内的热水重新压回水箱，在非补水期间无能量的耗散。因此，管网耗热流用图7中曲线B表示，循环水泵耗电量用图8中脉冲曲线D表示。因而可以看出与技术方案一相比，本发明降低管网能耗、水泵耗电量方面具有显著的优势。

尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。

Claims (10)

1.一种智能化控制的热水供应系统，它包括热源模块、总供水模块、若干用户侧用水模块，

热源模块：用来提供加热水源的设备，

总供水模块：为带有水泵(4)的供水干管(3)且供水干管与热源模块连接，

用户侧用水模块：为与供水干管联通，并带有出水终端(5)的供水支管(6)，其特征在于：它还包括冷水收集模块、用户侧储热模块、用户侧蓄冷模块、冷水供水模块、控制模块，

冷水收集模块：设置于供水干管的末端并与供水干管连接用来收集供水干管内的冷水并回排冷水；

用户侧储热模块：建立在供水支管侧枝并带有储热装置，能实现从供水支管中接受热水并储存并在出水终端出水时，向出水终端输送热水；

用户侧蓄冷模块:建立在供水支管上，与用户侧储热模块并联的蓄冷装置；

冷水供水模块：设置于供水干管的主干道上，用来推送冷水至冷水收集模块；

控制模块：包括控制器(15)和控制信号线(12)，控制器通过控制信号线分别连接并控制总供水模块、冷水收集模块设置、用户侧储热模块、冷水供水模块。

2.根据权利要求1所述的智能化控制的热水供应系统，其特征在于：所述的冷水收集模块设置包括冷水箱(13)、温控电动控制阀a(11)、冷水进水管a(14)，冷水箱连接于供水干管末端，在冷水箱与供水干管的连接处设有温控电动控制阀a(11),冷水进水管a(14)与冷水箱连接。

3.根据权利要求1所述的智能化控制的热水供应系统，其特征在于：所述的用户侧储热模块包括储热装置、温控电动控制阀b(16)、侧支管、所述的侧支管的两端分别联通供水支管和出水终端，沿侧支管进水方向上依次设有温控电动控制阀b(16)和储热装置。

4.根据权利要求3所述的智能化控制的热水供应系统，其特征在于：所述的储热装置包括带有保温层(7.3)的节能热水箱(7)、至少两档位检测器，充气口(7.1)、浮子阀(7.2)，水位检测器由下至上依序分布与节能热水箱(7)内，且其中一档水位检测器用来触发补水信号，一档水位检测器用来触发停止补水信号，充气口(7.1)浮子阀(7.2)设置在箱体内，充气口(7.1)设置在箱体侧壁。

5.根据权利要求4所述的智能化控制的热水供应系统，其特征在于：所述的档位检测器包括低水位检测器(7.4)、中水位检测器(7.5)、满水位检测器(7.6)，其中中水位检测器(7.5)用来触发补水信号，满水位检测器(7.6)触发停止补水信号。

6.根据权利要求1所述的智能化控制的热水供应系统，其特征在于：蓄冷装置为蓄冷水水箱8。

7.根据权利要求1所述的智能化控制的热水供应系统，其特征在于：冷水供水模块包括与供水干管主干道联通的冷水进水管b(18)、电动控制阀a(10)、以及供水干管主干道上的电动控制阀b(17)，所述的电动控制阀a(10)设置在冷水进水管b(18)上。

8.根据权利要求1所述的智能化控制的热水供应系统，其特征在于：所述的热源模块为带有热源(1)的总水箱(2)。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的智能化控制的热水供应系统，其特征在于：控制信号线(12)分别连接并控制低水位检测器(7.4)、中水位检测器(7.5)、满水位检测器(7.6)、电动控制阀b(17)、电动控制阀a(10)、水泵(4、温控电动控制阀b(16)、温控电动控制阀a(11)。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的智能化控制的热水供应系统的控制方法，其特征在于：通过控制器分别控制控制低水位检测器(7.4)、中水位检测器(7.5)、满水位检测器(7.6)、电动控制阀b(17)、电动控制阀a(10)、水泵(4)、温控电动控制阀b(16)、温控电动控制阀a(11)实现补水模式、正常用水模式、异常模式三种模式：

a.补水模式：系统连续监测每一个节能热水箱内中水位检测器(7.5)信号，当控制器(15)接收到一个或者若干个由节能热水箱发出低水位信号后，系统立即进入预设的补水模式；由控制器(15)发出补水模式控制信号，打开温控电动控制阀a(11)和电动控制阀b(17)，关闭电动控制阀a(10)和温控电动控制阀b(16)，热水泵(4)启动，将供水干管(3)内的低温冷水全部挤到冷水箱(13)内，待温控电动控制阀a(11)检测到管内温度高于设定值。控制器再次发出控制信号，关闭温控电动控制阀a(11)，打开系统内节能热水箱水位低于中水位检测器(7.5)的全部电动控制阀b(16)，将总水箱(2)内的热水不断补充到需补水的节能热水箱(7)内，直到控制器(15)收到高水位检测器(7.6)信号后，就连锁关闭其对应温控电动控制阀b(16)；当需补水的节能热水箱都补满了水后，打开电动控制阀a(10)和水位低于高水位的节能热水箱对应的温控电动控制阀b(16)，冷水进水管b(18)内的自来水就将原管道内剩余的热水挤到节能热水箱内部，当带有温控器的电动控制阀b(16)检测到温度低于设定值后，关闭温控电动控制阀b(16)。待所有的电动控制阀b(16)全部关闭后，关闭热水泵(4)和电动控制阀a(10)，打开电动控制阀a(11)；本次补水程序执行完毕，系统随即进入到伺应状态，等待下一次触发。

b.正常用水模式：当用户打开冷热水混合可调节热水使用设备(5)后，节能热水箱内的高温水与来自带有一定出水压力的冷水箱(13)内的冷水混合，提供舒适安全可靠的水给用户，当冷水箱(13)内的冷水低于自来水进水水位后，水箱的水将自动被补充。

c.异常模式：当节能热水箱水位高于中水位检测器(7.5)且低水位检测器(7.4)内温度传感器的温度低于设定值，将此信号传给控制器(15)，并由控制器(15)将指令传给用户。