CN105953301A - 城市集中供热节能系统及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市集中供热节能系统，包括热源、换热站和用户采暖装置，热源与换热站之间设置一次网管道，换热站与用户采暖装置之间设置二次网管道，换热站内设置水箱、水泵和采集调控装置，采集调控装置包括逻辑控制器、显示屏和通讯管理机，逻辑控制器包括两个通讯端口，分别连接显示屏和通讯管理机；通讯管理机连接热量计，热量计安装在一次网管道中；逻辑控制器还包括主控CPU和扩展模块，扩展模块连接温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器。本发明根据供热区域以及个体用户的实际情况进行分析计算，在供热过程中做到按需供热，最大程度达到节能减排的效果，同时增强用户的舒适度。

Description

城市集中供热节能系统及其调节方法

技术领域

本发明涉及智能供热技术领域，尤其涉及一种城市集中供热节能系统及其调节方法。

背景技术

在我国，尤其是北方采暖地区，集中供热或集中热源结合区域换热站再至用户的供热方式已成为最主要的供热方式。目前供热系统的基本思路主要仍是在热源部分(锅炉房)实现自动控制，而绝大部分换热站只满足最基本的运行需求，仅限于操作人员手动操作，根本没考虑自控和节能。随着国家政策的调整及环保节能的要求，换热站的高效管理及节能运行己迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种城市集中供热节能系统，。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种城市集中供热节能系统，包括热源、换热站和用户采暖装置，所述热源与换热站之间设置一次网管道，所述换热站与用户采暖装置之间设置二次网管道，所述二次网管道和所述用户采暖装置之间通过入户管道连接，所述换热站内设置水箱、水泵和采集调控装置，所述采集调控装置包括逻辑控制器、显示屏和通讯管理机，所述逻辑控制器包括两个通讯端口，分别连接显示屏和通讯管理机；所述通讯管理机连接热量计，所述热量计安装在一次网管道中；所述逻辑控制器还包括主控CPU和扩展模块，所述扩展模块连接温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器；所述变频器同时与逻辑控制器、通讯管理机和水泵相连；所述温度传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上；所述压力传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上；所述液位计设置在水箱内部，所述电动调节阀包括若干个，分设所述一次网管道与入户管道上；所述阀位计包括若干个，分别与各电动调节阀连接，所述阀位计用于测量所述电动调节阀的开度，所述通讯管理机与调度中心进行无线通讯连接，所述调度中心对逻辑控制器、热量计、温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器进行远程监控。

优选的，所述显示屏为触摸显示屏。

优选的，所述入户管道上设有用户热量表。

优选的，所述用户热量表与所述调度中心进行无线通讯连接。

优选的，所述阀位计的数量与所述电动调节阀相同。

一种城市集中供热节能调节方法，包括以下步骤：

(1)采集整个管网的分布情况，根据每个换热站的供热面积，进行负荷预测和分区域供热的定量热量计算；

(2)通过调度中心对各区域换热站的现场控制器下发调控命令，通过调节一次网管道上的电动调节阀进行流量调控，以达到定量目的；

(3)采集用户的基础数据，计算出每一个用户实际的需热量，再对入户管道上的电动调节阀发送调控命令，定量调节热量；

(4)从用户采集室内温度数据，进行数据分析，对未达到舒适标准的用户进行一次补偿调整，如此循环调节，直至达到舒适温度。

优选的，所述步骤(3)中的用户的基础数据包括用户房屋面积、楼层高度以及户外温度。

本发明的有益效果为：

本发明根据供热区域以及个体用户的实际情况，对环境因素、供热方式因素、供热终端对象数据进行分析计算，在供热过程中做到按需供热，最大程度达到节能减排的效果，同时增强用户的舒适度。不仅可以带来很大的经济效益，更能增加社会效益。

附图说明

图1为本发明城市集中供热节能系统的结构示意图；

图2为本发明城市集中供热节能调节方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1，本发明涉及一种城市集中供热节能系统，包括热源、换热站和用户采暖装置，热源与换热站之间设置一次网管道，换热站与用户采暖装置之间设置二次网管道，二次网管道和用户采暖装置之间通过入户管道连接，换热站内设置水箱、水泵和采集调控装置，采集调控装置包括逻辑控制器、显示屏和通讯管理机，逻辑控制器包括两个通讯端口，分别连接显示屏和通讯管理机；通讯管理机连接热量计，热量计安装在一次网管道中；逻辑控制器还包括主控CPU和扩展模块，扩展模块连接温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器；扩展模块负责采集温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、变频器的数据，以及调节变频器和电动调节阀开度；变频器同时与逻辑控制器、通讯管理机和水泵相连；温度传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上；压力传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上；液位计设置在水箱内部，电动调节阀包括若干个，分设于一次网管道与入户管道上；阀位计包括若干个，分别与各电动调节阀连接，阀位计用于测量电动调节阀的开度，通讯管理机与调度中心进行无线通讯连接，调度中心对逻辑控制器、热量计、温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器进行远程监控。

本实施例中的显示屏为触摸显示屏，入户管道上设有用户热量表，每个用户热量表设有一个与之配套的电动调节阀，用户热量表与调度中心进行无线通讯连接。

其中，温度传感器负责采集一次网管道和二次网管道的供回水温度，压力传感器负责采集一次网管道和二次网管道的供回水压力，液位计采集补水箱水位。通讯管理机负责与现场逻辑控制器、变频器、热量计等设备进行数据通讯，并上传至调度中心，并由调度中心进行远程监控。通过定量供热算法计算出区域供热定量热量后，通过逻辑控制器对电动调节阀进行开度调节，以达到定量目的，热量计用来计量瞬时热量和累计热量，数据用作供热量考核。逻辑控制器对变频器进行变频调节，目的是使二次网供回水压差足以保证末端用户的供热效果。

阀位计的数量与电动调节阀相同，每一个电动调节阀均设有一个与之配套的阀位计。

参见图2，一种城市集中供热节能调节方法，包括以下步骤：

(1)采集整个管网的分布情况，根据每个换热站的供热面积，进行负荷预测和分区域供热的定量热量计算；换热站的热量定量根据供热面积和管道损失来计算需要定多少量，计算输出结果为电动调节阀开度要调多大；

(2)通过调度中心对各区域换热站的现场控制器下发调控命令，通过调节一次网管道上的电动调节阀进行流量调控，以达到定量目的；

(3)采集用户的基础数据，包括用户房屋面积、楼层高度以及户外温度等，计算出每一个用户实际的需热量，计算输出结果为用户热量表阀门开度大小，再对入户管道上的电动调节阀发送调控命令，定量调节热量；通常情况下，每次调节需要2至4个小时的稳定时间。

(4)从用户采集室内温度数据，进行数据分析，对未达到舒适标准的用户进行一次补偿调整，如此循环调节，直至达到舒适温度。

用户热量定量按照如下公式进行计算：

围护结构的基本耗热公式

Q₁＝K_WF_W(t_n-t_w)

式中:Q₁：基本耗热量，W；

K_w：传热系数，W/(㎡.℃)；

F_W：传热面积，㎡；

t_n：采暖室内计算温度，℃；

t_w：采暖室外计算温度，℃；

根据围护结构的基本耗热公式可计算出每一个用户实际的需热量。

散热器的散热量公式

Q₂＝K_SF_S(t_pj-t_n)t_pj＝(t_g+t_h)/2

式中：Q₂：散热器的散热量，W；

K_S：散热器的传热系数，W/(㎡.℃)；

F_S：散热器的散热面积，㎡；

t_pj：散热器内热水平均温度，℃；

热水循环传热公式

Q₃＝4187G(t_g-t_h)/3.6

式中：Q₃：热水传递的热量，W；

G：循环流量，m3/h；

t_g：供水温度，℃；

t_h：回水温度，℃；

用户房间的冷暖受室外温度、围护结构面积、围护结构保温能力、散热器面积、散热器的散热能力、通过散热器的流量、供水温度、回水温度等八个参数的影响，要从这八个方面去分析。

以建筑面积15平米的房间为例，每平米热负荷为50W，则总负荷为750W(取暖器平均温度不变50℃)，根据Q₃＝4187G(t_g-t_h)/3.6可以算出：

tg(℃)	th(℃)	G(kg/h.㎡)	G(kg/h)
				70	30	1.08	16.20
65	35	1.43	21.45
				60	40	2.15	32.25
55	45	4.29	64.35

房间的传热遵从Q1＝Q2＝Q3这个等式，也就是围护结构的基本耗热量、散热器的散热量和热水循环传递热量是相等的。

流量输配时受沿程阻力和局部阻力的影响，很难达到管网平衡，因此，只能尽量通过设备控制来实现平衡。

为了知道各个结点换热站的水压情况，以保证末端用户供热效果，需要计算管网的水力压力损失。

计算各管段流量模数

$K=0.3117\frac{d^{\frac{8}{3}}}{n}$

式中：K为流量模数，m³/s；

d为管道内直径，mm；

n为管道糙率(跟材质有关系，可查表)；

计算管段流量，

Q＝Q_换

或Q＝Q_0i+Q_0j+...

式中：Q为一次网总管段流量，m³/s；

Q_换换热站一次网流量，m³/s；

Q_0i、Q_0j为各个换热站流量，m³/s；

计算管段沿程水头损耗、比摩阻

$h_1=k\frac{Q^2}{K^2}l$

其中，修正系数：

$k=0.852{(1+\frac{0.867}{v})}^{0.3}$

式中：h1为水头损耗，m；

k为修正系数

K为流量模数，m³/s；

l为管道长度，m；

v是管道水流速，m/s；

沿程阻力系数：

$\mathrm{\λ}=124.5\frac{n^2}{d^{\frac{1}{3}}}$

式中：λ为沿程阻力系数；

d为管道内直径，mm；

n为管道糙率(跟材质有关系，可查表)

比摩阻：

$R_m=0.81\×\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\ρ}}\×\frac{Q^2}{d^5}$

式中：R_m为比摩阻，Pa/m；

ρ为管道流质密度(一般用的水的密度)，kg/m³；

λ为沿程阻力系数；

d为管道内直径，mm；

以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种城市集中供热节能系统，包括热源、换热站和用户采暖装置，所述热源与换热站之间设置一次网管道，所述换热站与用户采暖装置之间设置二次网管道，所述二次网管道和所述用户采暖装置之间通过入户管道连接，其特征在于：所述换热站内设置水箱、水泵和采集调控装置，所述采集调控装置包括逻辑控制器、显示屏和通讯管理机，所述逻辑控制器包括两个通讯端口，分别连接显示屏和通讯管理机；所述通讯管理机连接热量计，所述热量计安装在一次网管道中；所述逻辑控制器包括主控CPU和扩展模块，所述扩展模块连接温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器；所述变频器同时与逻辑控制器、通讯管理机和水泵相连；所述温度传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上；所述压力传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上；所述液位计设置在水箱内部，所述电动调节阀包括若干个，分设于所述一次网管道与入户管道上；所述阀位计包括若干个，分别与各电动调节阀连接，所述阀位计用于测量所述电动调节阀的开度，所述通讯管理机与调度中心进行无线通讯连接，所述调度中心对逻辑控制器、热量计、温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器进行远程监控。

2.如权利要求1所述的城市集中供热节能系统，其特征在于：所述显示屏为触摸显示屏。

3.如权利要求1或2所述的城市集中供热节能系统，其特征在于：所述入户管道上设有用户热量表。

4.如权利要求3所述的城市集中供热节能系统，其特征在于：所述用户热量表与所述调度中心进行无线通讯连接。

5.如权利要求1所述的城市集中供热节能系统，其特征在于：所述阀位计的数量与所述电动调节阀相同。

6.一种城市集中供热节能调节方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)采集整个管网的分布情况，根据每个换热站的供热面积，进行负荷预测和分区域供热的定量热量计算；

(2)通过调度中心对各区域换热站的现场控制器下发调控命令，通过调节一次网管道上的电动调节阀进行流量调控，以达到定量目的；

(3)采集终端用户的基础数据，计算出每一个用户实际的需热量，再对入户管道上的电动调节阀发送调控命令，定量调节热量；

(4)从终端用户采集室内温度数据，进行数据分析，对未达到舒适标准的用户进行一次补偿调整，如此循环调节，直至达到舒适温度。

7.如权利要求6所述的城市集中供热节能调节方法，其特征在于：所述步骤(3)中的终端用户的基础数据包括用户房屋面积、楼层高度以及户外温度。