CN105465881A - 一种智能谷电蓄热供暖系统及方法 - Google Patents

一种智能谷电蓄热供暖系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种智能谷电蓄热供暖系统，包括换热器和电加热器，所述的换热器上设有取暖侧入水口、取暖侧出水口、供暖侧入水口和供暖侧回水口，所述的系统还包括蓄热器和控制器，电加热器出水口通过水泵与蓄热器进水管连接，蓄热器出水管通过阀门分别与电加热器进水口和供暖侧入水口连接，供暖侧回水口通过阀门与电加热器的进水口连接，蓄热器内、蓄热器进水管和出水管、供暖侧入水口和供暖侧回水口管路上分别设有与控制器连接的温度计，控制器控制电加热器于谷电起始时刻启动，为蓄热器充热，并根据蓄热器内热量值控制电加热器的启停。与现有技术相比，本发明的系统通过充分利用谷电进行充热，具有运行成本低、节约能耗、人工成本低的优点。

Description

一种智能谷电蓄热供暖系统及方法
技术领域
本发明涉及一种蓄热采暖系统，尤其是涉及一种智能谷电蓄热供暖系统及方法。
背景技术
随着社会环境保护意识的提高，越来越多的中小煤锅炉将被取缔，直接通过燃煤来获得热能进行冬季供暖将逐渐成为历史。但是其他替代能源比如天然气、柴油、电的使用成本相对于煤来说增加了很多，甚至十几倍，这使得供暖的成本大幅增加。目前我国在电价上存在峰平谷电价，实行峰谷电价的意义：
<1>对于电网，有利于挖掘和潜力，提高负荷率，所辖所峰谷差，有利于电网经济安全运行；
<2>对于客户，可以通过调整负荷得到相应经济补偿，降低成本；
<3>对于供电部门，有利于缓解高峰缺电矛盾，减少高峰拉限电次数，减少限电损失，提高社会用电综合经济效益；
<4>对于国家，有利于节约能源，促进国民经济发展。
因此谷电蓄热系统应运而生，即利用低谷时间段的电能，将热量储存在蓄热装置中，供平电或高峰用电时期使用，此方式大大节省了运行费用，并提高了电网利用率，减轻电网高峰时期负担。然而目前存在的谷电蓄热供暖系统缺少对谷电蓄热时间的智能化调节，无法预估蓄热装置内储热量是否充足或盈余，同样存在能源浪费或供应不及时、成本浪费的缺点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种合理利用电力资源、运行成本低的智能谷电蓄热供暖系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种智能谷电蓄热供暖系统，包括换热器和电加热器，所述的换热器上设有取暖侧入水口、取暖侧出水口、供暖侧入水口和供暖侧回水口，其特征在于，所述的系统还包括蓄热器和控制器，所述的电加热器出水口通过水泵与蓄热器进水管连接，所述的蓄热器出水管通过阀门分别与电加热器进水口和供暖侧入水口连接，所述的供暖侧回水口通过阀门与电加热器的进水口连接，所述的蓄热器内、蓄热器进水管和出水管、供暖侧入水口和供暖侧回水口管路上分别设有与控制器连接的温度计，所述的控制器控制电加热器于谷电起始时刻启动，为蓄热器充热，并根据蓄热器内热量值控制电加热器的启停。
所述的供暖侧入水口和供暖侧回水口管路上设有热量计。
所述的电加热器为锅炉。
所述的蓄热器为热库。
所述的蓄热器出水管管路上设有气动阀及压力表。
一种采用所述的智能谷电蓄热供暖系统进行供暖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，控制器于谷电起始时间启动电加热器及水泵；
S2，判断蓄热器是否满足以下两个条件：蓄热器热量已蓄满，蓄热器内温度已达到设定值，若两个条件均不满足，则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
S3，判断此时谷电时间是否结束，若是，则进入步骤S5，若否，则于设定的一段时间后返回步骤S2，设定的一段时间时长为1min～1h，具体根据电加热器加热速度及蓄热器热量而定；
S4，判断此时谷电时间是否结束，若是，则进入步骤S7，若否，则进入步骤S6；
S5，电加热器停止充热，分析系统是否故障，若是，则进行设备维修和系统检查，若否，则进行系统充热分析，并于系统充热分析完成后返回步骤S1；
S6，电加热器降低功率运行以对系统进行防冻，并于设定的一段时间后返回步骤S4；
S7，电加热器停止充热，直到时间点td进入步骤S8，td为平电时段内的电加热器开启判断时间点；
S8，计算蓄热器当前存储的热量Q，并计算当天剩余时间所需热量Qd，若Qd—Q≥Qthp，则系统保持运行，并返回步骤S1；否则进行系统充热分析，并于系统充热分析完成后返回步骤S1；
所述的系统充热分析具体包括以下步骤：
S9，判断目前是否处于平电时段，若是，则开启电加热器，进行平电充热和供热，并于设定的一段时间后进入步骤S10；若否，则进入步骤S12；
S10，计算蓄热器当前存储的热量Q，并计算当天剩余时间所需热量Qd，若Qd—Q≥Qthp，则电加热器停止充热，蓄热器为系统供热，并返回步骤S1，其中Qthp为设定阈值；否则进入步骤S11；
S11，判断此时平电时间是否结束，若是，进入步骤S12，否则于设定的一段时间后返回步骤S10，设定的一段时间时长为1min～1h，具体根据电加热器加热速度及蓄热器热量而定；
S12，开启电加热器，进行峰电充热和供热，并于设定的一段时间后进入步骤S13，设定的一段时间时长为1min～1h，具体根据电加热器加热速度及蓄热器热量而定；
S13，计算蓄热器当前存储的热量Q，并计算当天剩余时间所需热量Qd，若Qd—Q≥Qthp，则电加热器停止充热，蓄热器为系统供热，并返回步骤S1，其中Qthp为设定阈值；否则进入步骤S14；
S14，判断此时峰电时间是否结束，若是，则电加热器停止充热，蓄热器为系统供热，并返回步骤S1，否则于设定的一段时间后返回步骤S13，设定的一段时间时长为1min～1h，具体根据电加热器加热速度及蓄热器热量而定。
所述的蓄热器蓄满时的热量Q0按下式计算：
Q0＝(tb·Lo1+ty·Lo2)s
其中，tb为白天供暖时间，Lo1为白天采暖负荷，ty为夜晚供暖时间，Lo2为夜晚采暖负荷，s为供暖面积。
所述的蓄热器当前存储的热量Q按下式计算：
Q＝Q0-Σ(Th2-Th1)·k·f·Δt
其中Th1和Th2分别为蓄热器进水管温度和蓄热器出水管温度，k为蓄热器导热介质的比热容，f为蓄热器进水管流量，Δt为温度采样周期。
所述的当天剩余时间所需热量Qd按下式计算：
Q d = ( Q 0 - Q p ) Q s Q p
其中，Qs为t2到td时间段内实际消耗的热量，Qp为t2到td时间段内标准工况设计负荷时理论消耗的热量，t2为谷电结束时间，Qs、Qp按下式计算：
Qs＝Σ(Tr2-Tr1)·k·f·Δt
其中，Tr1、Tr2分别为供暖侧入水口和供暖侧回水口温度，k'为量纲转换系数，ts为白天起始时间，te为夜晚起始时间，t1为谷电起始时间，Δt为温度采样周期。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)蓄热器内、蓄热器进水管、蓄热器出水管、供暖侧入水口和供暖侧回水口管路上分别设有与控制器连接的温度计，利用控制器对系统蓄热器热量进行计算并预估当天剩余时间所需热量，控制电加热器启停，利用峰谷电价差，在谷电时期将热量先储存起来，然后在峰电时期使用，从而以最小成本控制系统运行，同时减轻电网高峰时期的负荷，减轻环境压力。
(2)蓄热器出水管管路上设有气动阀及压力表，可调节换热器供热侧流量，以适应高峰低峰时期不同大小的取暖需求。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明方法的流程图；
附图标记：
1为换热器；2为蓄热器；3为电加热器；11为取暖侧入水口；12为取暖侧出水口；13为供暖侧入水口；14为供暖侧回水口；4为水泵；6为压力表；8为气动阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种智能谷电蓄热供暖系统，包括换热器1、蓄热器2、电加热器3和控制器，换热器1上设有与用户连接的取暖侧入水口11和取暖侧出水口12，以及供暖侧入水口13和供暖侧回水口14，电加热器3出水口通过水泵4与蓄热器2进水管连接，蓄热器2出水管分两路，一路通过阀门与电加热器3进水口连接，另一路通过阀门与供暖侧入水口13连接，供暖侧回水口14通过阀门与电加热器3的进水口连接，蓄热器2内、蓄热器2进水管、蓄热器2出水管、供暖侧入水口13和供暖侧回水口14管路上分别设有与控制器连接的温度计，控制器控制电加热器3于谷电起始时刻启动，为蓄热器2充热，并根据蓄热器2内热量值控制电加热器3的启停。图中管路上箭头表示水流方向。
控制器内设有时钟芯片，用于存储系统时间，以判断当前时间点是否处于谷电、峰电、平电时间段。
供暖侧入水口13和供暖侧回水口14管路上设有热量计，可用于计算换热器1通过热交换提供给用户的热量。
取暖侧入水口11、取暖侧出水口12、供暖侧入水口13和供暖侧回水口14管路上分别设有压力表6，检修时压力表6可清楚显示管道压力；管路接头为可曲挠接头，具有高弹性、高气密性、耐介质性和耐气候性的优点。
本实施例中，电加热器3为锅炉，蓄热器2为热库，电加热器3的进水口管路上设有电子除垢仪，用于除去导热介质中的杂质，蓄热器2出水管管路上设有气动阀8及压力表，用于调节换热器供热侧流量。
如图2所示，一种采用智能谷电蓄热供暖系统进行供暖的方法，包括以下步骤：
S1，于谷电起始时间启动电加热器3及水泵4；
S2，判断蓄热器2是否满足以下两个条件：蓄热器2热量已蓄满，蓄热器2内温度已达到设定值，若两个条件均不满足，则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
S3，判断此时谷电时间是否结束，若是，则进入步骤S5，若否，则于设定的一段时间后返回步骤S2；
S4，判断此时谷电时间是否结束，若是，则进入步骤S7，若否，则进入步骤S6；
S5，电加热器3停止充热，分析系统是否故障，若是，则进行设备维修和系统检查，若否，则进行系统充热分析，并于系统充热分析完成后返回步骤S1；
S6，电加热器3降低功率运行以对系统进行防冻，并于设定的一段时间后返回步骤S4；
S7，电加热器3停止充热，直到时间点td进入步骤S8，td为平电时段内的电加热器开启判断时间点；
S8，计算蓄热器2当前存储的热量Q，并计算当天剩余时间所需热量Qd，若Qd—Q≥Qthp，则系统保持运行，并返回步骤S1；否则进行系统充热分析，并于系统充热分析完成后返回步骤S1；
所述的系统充热分析具体包括以下步骤：
S9，判断目前是否处于平电时段，若是，则开启电加热器3，进行平电充热和供热，并于设定的一段时间后进入步骤S10；若否，则进入步骤S12；
S10，计算蓄热器2当前存储的热量Q，并计算当天剩余时间所需热量Qd，若Qd—Q≥Qthp，则电加热器3停止充热，蓄热器2为系统供热，并返回步骤S1，其中Qthp为设定阈值；否则进入步骤S11；
S11，判断此时平电时间是否结束，若是，进入步骤S12，否则于设定的一段时间后返回步骤S10；
S12，开启电加热器3，进行峰电充热和供热，并于设定的一段时间后进入步骤S13；
S13，计算蓄热器2当前存储的热量Q，并计算当天剩余时间所需热量Qd，若Qd—Q≥Qthp，则电加热器3停止充热，蓄热器2为系统供热，并返回步骤S1，其中Qthp为设定阈值；否则进入步骤S14；
S14，判断此时峰电时间是否结束，若是，则电加热器3停止充热，蓄热器2为系统供热，并返回步骤S1，否则于设定的一段时间后返回步骤S13。
蓄热器2满充热量Q0按下式计算：
Q0＝(tb·Lo1+ty·Lo2)s
其中，tb为白天供暖时间，Lo1为白天采暖负荷，ty为夜晚供暖时间，Lo2为夜晚采暖负荷，s为供暖面积。
蓄热器2当前存储的热量Q按下式计算：
Q＝Q0-Σ(Th2-Th1)·k·f·Δt
其中Th1、Th2分别为蓄热器2进水管、蓄热器2出水管温度，利用温度计测量得到，k为蓄热器导热介质的比热容，导热介质通常为水，f为蓄热器2进水管流量，可利用管道上的流量计测量得到，Δt为温度采样周期。
当天剩余时间所需热量Qd按下式计算：
Q d = ( Q 0 - Q p ) Q s Q p
其中，Qs为t2到td时间段内实际消耗的热量，Qp为t2到td时间段内标准工况设计负荷时理论消耗的热量，t2为谷电结束时间，Qs、Qp按下式计算：
Q s = &Integral; t 2 t d ( T r 2 - T r 1 ) &CenterDot; k &CenterDot; f &CenterDot; d t
其中，Tr1、Tr2分别为供暖侧入水口13和供暖侧回水口14温度，利用温度计测量得到，k'为量纲转换系数，ts为白天起始时间，te为夜晚起始时间，t1为谷电起始时间，Δt为温度采样周期。
根据某地商业电价，峰电时间段为8:30～11:30以及18:00～23:00，电价为1.2673；平电时间段为11:30～18:00以及7:00～8:30，电价为0.8293；谷电时间段为23:00～7:00，电价为0.4123.使用本发明智能谷电蓄热供暖系统进行供暖后，成本较原有普通供暖系统相比，降低运行费用64％，本发明利用峰谷电价差，利用谷电时期将热量先储存起来，然后在峰电时期使用，这样既解决了环境问题，而使用成本相对于燃煤来说几乎没有增加。

Claims (10)

1.一种智能谷电蓄热供暖系统，包括换热器(1)和电加热器(3)，所述的换热器(1)上设有取暖侧入水口(11)、取暖侧出水口(12)、供暖侧入水口(13)和供暖侧回水口(14)，其特征在于，所述的系统还包括蓄热器(2)和控制器，所述的电加热器(3)出水口通过水泵(4)与蓄热器(2)进水管连接，所述的蓄热器(2)出水管通过阀门分别与电加热器(3)进水口和供暖侧入水口(13)连接，所述的供暖侧回水口(14)通过阀门与电加热器(3)的进水口连接，所述的蓄热器(2)内、蓄热器(2)进水管和出水管、供暖侧入水口(13)和供暖侧回水口(14)管路上分别设有与控制器连接的温度计，所述的控制器控制电加热器(3)于谷电起始时刻启动，为蓄热器(2)充热，并根据蓄热器(2)内热量值控制电加热器(3)的启停。
2.根据权利要求1所述的一种智能谷电蓄热供暖系统，其特征在于，所述的供暖侧入水口(13)和供暖侧回水口(14)管路上设有热量计。
3.根据权利要求1所述的一种智能谷电蓄热供暖系统，其特征在于，所述的电加热器(3)为锅炉。
4.根据权利要求1所述的一种智能谷电蓄热供暖系统，其特征在于，所述的蓄热器(2)为热库。
5.根据权利要求1所述的一种智能谷电蓄热供暖系统，其特征在于，所述的蓄热器(2)出水管管路上设有气动阀(8)及压力表。
6.一种采用如权利要求1～4任一所述的智能谷电蓄热供暖系统进行供暖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，控制器于谷电起始时间启动电加热器(3)及水泵(4)；
S2，判断蓄热器(2)是否满足以下两个条件：蓄热器(2)热量已蓄满，蓄热器(2)内温度已达到设定值；
若两个条件均不满足，则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
S3，判断此时谷电时间是否结束，若是，则进入步骤S5，若否，则于设定的一段时间后返回步骤S2；
S4，判断此时谷电时间是否结束，若是，则进入步骤S7，若否，则进入步骤S6；
S5，电加热器(3)停止充热，分析系统是否故障，若是，则进行设备维修和系统检查，若否，则进行系统充热分析，并于系统充热分析完成后返回步骤S1；
S6，电加热器(3)降低功率运行以对系统进行防冻，并于设定的一段时间后返回步骤S4；
S7，电加热器(3)停止充热，直到时间点td进入步骤S8，td为平电时段内的电加热器开启判断时间点；
S8，计算蓄热器(2)当前存储的热量Q，并计算当天剩余时间所需热量Qd，若Qd—Q≥Qthp，则系统保持运行，并返回步骤S1，其中Qthp为设定阈值；否则进行系统充热分析，并于系统充热分析完成后返回步骤S1。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的系统充热分析具体包括以下步骤：
S9，判断目前是否处于平电时段，若是，则开启电加热器(3)，进行平电充热和供热，并于设定的一段时间后进入步骤S10；若否，则进入步骤S12；
S10，计算蓄热器(2)当前存储的热量Q，并计算当天剩余时间所需热量Qd，若Qd—Q≥Qthp，则电加热器(3)停止充热，蓄热器(2)为系统供热，并返回步骤S1，其中Qthp为设定阈值；否则进入步骤S11；
S11，判断此时平电时间是否结束，若是，进入步骤S12，否则于设定的一段时间后返回步骤S10；
S12，开启电加热器(3)，进行峰电充热和供热，并于设定的一段时间后进入步骤S13；
S13，计算蓄热器(2)当前存储的热量Q，并计算当天剩余时间所需热量Qd，若Qd—Q≥Qthp，则电加热器(3)停止充热，蓄热器(2)为系统供热，并返回步骤S1，其中Qthp为设定阈值；否则进入步骤S14；
S14，判断此时峰电时间是否结束，若是，则电加热器(3)停止充热，蓄热器(2)为系统供热，并返回步骤S1，否则于设定的一段时间后返回步骤S13。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的蓄热器(2)蓄满时的热量Q0按下式计算：
Q0＝(tb·Lo1+ty·Lo2)s
其中，tb为白天供暖时间，Lo1为白天采暖负荷，ty为夜晚供暖时间，Lo2为夜晚采暖负荷，s为供暖面积。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的蓄热器(2)当前存储的热量Q按下式计算：
Q＝Q0-Σ(Th2-Th1)·k·f·Δt
其中，Q0为蓄热器(2)蓄满时的热量，Th1和Th2分别为蓄热器(2)进水管温度和蓄热器(2)出水管温度，k为蓄热器导热介质的比热容，f为蓄热器(2)进水管流量，Δt为温度采样周期。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的当天剩余时间所需热量Qd按下式计算：
Q d = ( Q 0 - Q p ) Q s Q p
其中，Qs为t2到td时间段内实际消耗的热量，Qp为t2到td时间段内标准工况设计负荷时理论消耗的热量，t2为谷电结束时间，Qs、Qp按下式计算：
Qs＝Σ(Tr2-Tr1)·k·f·Δt
其中，Tr1、Tr2分别为供暖侧入水口(13)和供暖侧回水口(14)温度，k为蓄热器导热介质的比热容，f为蓄热器(2)进水管流量，s为供暖面积，k'为量纲转换系数，ts为白天起始时间，te为夜晚起始时间，t1为谷电起始时间，Δt为温度采样周期，s为供暖面积，Lo1为白天采暖负荷，Lo2为夜晚采暖负荷。
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