CN106969409A - 热负荷平衡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在多个消耗器之间分配传热流体的流动网络，其中一个实施例中的系统在不同的调节模式下操作，基础是使热流动系统平衡，该热流动系统在一供应流率和供应温度下向多个消耗器供应传热流体，其中每个消耗器与相连接的控制设备(例如，阀或泵)相关联，控制设备配置成调节输送到所述消耗器的传热流体的流率，所述方法用于调节所述控制设备，使得相关联的消耗器接收对应于总供给流率的设定比例的加热流体的流率。

Description

热负荷平衡

背景技术

加热系统通常包括用于向一个或多个消耗器供给能量的能量供应(例如，发电厂)。供应的能量可以在一定供应流率和供应温度下通过热传递供应流体传递。该系统可以按计划进行操作，例如通过对预期的能量需求的预测，这被称为PUSH原理，其中，流量通常是大致恒定的，或者其可以更多地相对于实际需求进行操作，这被称为PULL原理，其中流量可根据消耗器的需求而被调整。

在PULL原理中，期望电源能够为所有消耗器需求提供足够的能量，并且每个消耗器通常具有调节装置以改变输送给消耗器的实际能量，因此计费通常与实际的个体消耗器的使用相关。

在PUSH原理中，所供应的能量根据例如预测或者简单地根据可用资源给出，因此不能保证向消耗器输送所需的能量，热量被独立于各个建筑物要求而推送到建筑物。计费则通常是固定的，并且基于例如待加热的平方米的数量，并且消耗器对被供应的热量具有有限的控制，可以通过打开窗户等对生活空间的过热做出反应，从而导致来自系统的热能的不必要损失。

如果所输送的能量不足以使所有消耗器获得期望的条件，例如室内温度，消耗器倾向于从系统中提取尽可能多的能量，从而有利于最接近能量供应的那些消耗器。对于消耗器具有单独的调节装置(例如阀)以用于设定流率并由此限定从供应流体提取的能量的系统，经常观察到它们在任何时间完全打开以提取最大量的能量。当总供应流体不为所有消耗器需求递送足够量的能量时，风险是某些消耗器接收小于预期的能量。

这不同于例如PULL系统，在PULL系统中，供应的能量根据单独的消耗器客户的实际需求进行调节。

本发明的构思是引入一种调节PUSH系统的系统和方法，以确保能量的公平分配并降低能量浪费。

发明内容

本发明的系统的构思是通过关于系统中的实际可用能量流为每一个消耗器定义最大流量抽取来解决这些问题。

对于区域供热系统，供应加热流体通常在加热网络中运输到与消耗器相关联的子站，换热器在子站中提取所需的能量，从供应加热流体提取的能量然后通过本地供热系统传送到相关联的消耗器的加热装置，例如散热器，地板采暖设备，生活用水供应等。

为每个消耗器连接一控制设备，例如控制阀，该控制设备限定了将被输送到相关联的消耗器子站的加热流体的流量供应。

对于冷却系统，冷却流体在连接到例如从给定位置提取热量的换热器装置的回路中循环。

对于两种系统，所述流体是传热流体，加热流体或者冷却流体。

在下文中，示例的大多数实施例是针对加热系统进行解释的，但是控制方法也适用于冷却系统。

通过从本地组件收集信号，可以估计与消耗器相关联的特定子站输送多少热量。这可以例如是来自热量计、流量计、压力传感器、阀的开度和/或温度传感器的信号。

通过将这些信号从所有子站供给到控制系统或管理系统，可以估计每个子站接收多少份额的流量或热量供应。

在一个实施例中，控制系统可以用于调节与消耗器的子站相关联的控制阀的最大打开位置(或更一般地，调节相关联的控制设备)以确保每个子站不能接收比预定规格更多的流量，该规格取决于最大接收体积流量或者最大接收能量。

实施例中的系统在不同的调节模式下操作，基础是使在一供应流率和供应温度下向多个消耗器供应传热流体的热流动系统平衡，其中每个消耗器与连接的控制设备(例如阀或泵)相关联，所述控制设备配置成调节输送到所述消耗器的传热流体的流率，所述方法调节所述控制设备，使得相关联的消耗器接收对应于总供应流率的一设定比例的加热流体流率。

为了限定所述设定比例，根据一个实施例，所述消耗器的每个个体被设定为取决于诸如获得设定温度(例如室内温度)所需的能量的因素接收单独的流率，其中，在一个实施例中，设定温度对于全部的所述多个消耗器是相同的。

在一个实施例中，一种控制模式包括当供应能量相对于总能量需求剩余时控制设备的调节的能量模式，其中调节的能量模式是设定每个控制设备，使得每个消耗器从传热流体接收单独的最大能量，其中，在一个实施例中，可以根据所提供的总能量的预设的单独能量比例。通过设定截止能量的最大抽取，可以控制消耗器例如由于打开窗户，仍抽取最大能量而可能浪费多少不必要的能量，，从而导致组合的节能。

在一个实施例中，一种控制模式包括当供应能量相对于总能量需求不足时控制设备的体积调节模式，体积调节模式设定每一个设备阀，使得每个消耗器根据预定的总供应体积流体的预定单独体积流率比例来接收传热流体的单独的最大流率。因此，确保总供给流在消耗器之间公平分割，至少到公平设定比例的程度。

在一个实施例中，一种控制模式包括根据来自消耗器的需求能量对本地过量供应作出反应。在消耗器一段时间没有使用全部供应能量的情况下，与该消耗器相关联的控制设备则将被设定在与根据预设的单独的能量或体积流率比例而设定的控制设备相比更低的流率。该控制模式可以包括以下步骤：当供应到所述消耗器中的一个的流率和/或能量比用于获得所述设定温度所需的流率和/或能量更高时，则调节相关联的阀以输送更低的加热流率比例。一旦消耗器需求再次升高，则流率再次增大，这可以进行到其达到相对于为消耗器设定的预定单独能量或体积流率比例的最大设定流率为止。以这种方式，能量的这种局部剩余被引导到所接收的能量仍小于所需能量的消耗器，

在一个实施例中，控制器检测要使用哪个模式来调节每一个消耗器，两者都关于全部总需求与总供应相比较，以及关于实际的当前单个消耗器需求相对于通过设定的比例所提供的而看出，然后相应地调节与单独的消耗器相关联的每个单独的控制设备。

因此，实施例中的方案是当总供应能量足以覆盖总需求时根据能量模式调节设定全部控制设备，当其不足以覆盖总需求时改变到体积模式，但是当例如消耗器关于需求存在能量过剩时根据不同的模式调节单个消耗器的控制设备，这将剩余能量引导到其它消耗器。

附图说明

图1是具有将传热流体分配到多个消耗器的热供应的流动网络。

图2是在公平分割原则下进行的向多个消耗器分配的流动网络。

图3是与子站换热器的热连接。

具体实施方式

图1示出了具有热供应源(2)的传热流动系统(1)，例如提供传热流体的设备。所示的实施例示出了加热系统，因此其中传热流体是加热流体。传热流体以供应流率和供应温度流到多个消耗器(3)，其中每个消耗器通常与包括换热器的子站(10)相关联，以从加热流体提取能量到消耗器(3)(也参见图3)。在所示的实施例中，消耗器(3)并联定位，并且每一个消耗器与连接的控制设备(4)相关联，从而向每个单独的子站(10)以及因而向消耗器(3)提供单个消耗器流率的加热流体。

消耗器(3)可以是像家用房屋的单独的消耗器，或者它们本身可以包括一个或多个子加热流动系统，因此单个消耗器流率被认为是为下一个包括子消耗器的子加热流动系统供应流率，并且其中这些消耗器中的每一个则又可以包括具有子消耗器等的又一子加热系统。以下公开的实施例将应用于具有消耗器、具有子消耗器的子流动系统等任何层级的流动系统。

消耗器可以是多个房屋或包括多个房屋的街区，其中每个房屋本身则是具有作为单独的公寓等的子消耗器的子加热系统。

热供应源(2)通过传热流体向消耗器提供所供应的能量，其中所供应的能量取决于供应流率和供应温度。

PUSH系统中的供应设备的常见情况是：供应流率在给定的设定点处大致恒定，其中该设定点可以例如根据季节和消耗器(3)的预期能量消耗来改变，并且可以集中调节成例如室外空气温度。然而，供应温度可能经常取决于诸如环境条件等多个因素相当显著地波动。然而，也可以是其中任一者或两者都波动，或者两者基本上恒定。

在一些系统中，仅有一个热供应源(2)，但是任何数量的热供应源都可以连接到加热或冷却流动系统(1)。，

可存在两种基本条件，第一种是所供应的能量相对于组合的总消耗器(3)的需求过剩(或相等)，另一种是所供应的能量相对于组合的总消耗器(3)的需求是不足的。

这也相对于每个单独的消耗器(3)局部地应用，单独供应的能量相对于局部消耗器(30)的需求是过剩的(或相等的)，另一种是供应的能量相对于局部消耗器(3)的需求是不足的，也考虑到通常发生在网络中的热损耗。

图2示出了公平的能量和/或体积流量分割的基本构思。每个控制设备(4)由控制器(5)调节，其中通信可以是双向的，例如发送控制信号以及接收传感器数据，所述传感器数据例如是关于操作状态、各个加热流的流率、压力和温度、局部环境条件等。在一个实施例中，如图3可见，所述通信通过连接到控制设备(4)的通信装置(6)。因此，系统包括用于这种调节等的所有需要的装置，例如下面将描述的致动器、传感器等。

公平分割实施例中的控制器(5)被设定成向每个消耗器(3)提供总供应能量或总供应体积流率的预定的比例(或百分比)，其中控制设备(4)通过控制器被设定成调节总供应流率的单个消耗器的设定体积流量比例或能量比例。

在实施例中，可以根据局部消耗器(3)的用于为消耗器(3)的单独家居空间获得给定室内温度例如18摄氏度的需要来计算和/或测量单个消耗器比例。此外，建筑物设计、消耗器反馈等也可以是计算的参数。

图2示出了热源(2)仅能够提供小于所需总能量(包括网络中的热损失)的100％(在图示中为80％)的情况，那么每个控制设备(4)将由控制器(5)设定成响应于预设消耗器体积流量或能量比例(例如5％，2％等)来输送单独流量的加热流体，如图所示。在一个实施例中，当供应能量相对于所有消耗器(3)(包括子消耗器等)的总需求为过剩时，控制器(5)设定控制设备(4)的体积流量模式操作。这也被称为体积模式，并且在实施例中，当供应能量或供应流量相对于所有消耗器(3)(包括子消耗器等)的总需求为不足时，或者更一般地当并非所有消耗器都获得所需能量、即如果网络/泵的液压能力耗尽时，控制器(5)设定控制设备(4)的体积调节模式。

在替代实施例中，公平分割与供应能量相关，并且控制器(5)设定控制设备(4)以进行调节，使得每个消耗器在给定实际供应流率和供应温度时接收预定的消耗器能量比例，例如在图中分别为5％、2％等。这在下面也称为能量模式调节。这也被称为能量模式，并且在实施例中，当供应能量相对于所有消耗器(3)(包括子消耗器等)的总需求为过剩时，控制器(5)将控制设备(4)设定为能量模式操作。

在一个实施例中，控制器(5)可以是操作者，例如本地操作者，对控制设备(4)的设定进行本地手动调整。

在另一个实施例中，控制器(5)可以例如通过云与控制设备(4)有线或无线通信。

图3示出了连接到消耗器(3)的子站(10)的实施例，其中多个局部阀(11)连接成根据局部控制需求进行局部控制，这样的局部阀(11)可以存在于换热器(9)的主侧(如图所示)和/或次侧，并且在一个实施例中，它们中的至少一些可以例如通过控制器(5)被电子控制。可以连接诸如流量计(7)和/或温度传感器(8)等的其它传感器。可以包括换热器(9)以形成从(多个)热供应源(2)到局部流体流通回路的加热流体的热连接。通信装置(6)形成从诸如流量计(7)和温度传感器(8)的传感器的本地部件到控制器(5)的通信链路。

致动器可以连接到控制阀(4)以用于进行调节，其中它们可以形成通信装置(6)的一部分。

通过从本地部件收集信号，可以估计特定子站(10)输送多少热量，例如在所示实施例中，来自流量计(7)(和/或压力传感器，控制阀的开度或泵转速(4))以及分别连接到本地子站(10)的热流动系统(10)的前向线路和返回线路(12)的一个或两个温度传感器(8)的信号。

通过将这些信号从所有子站供给到控制器(5)，可以估计每个子站正在接收多大比例的流量或供热。

通过在来自(多个)供热源(2)的供应上添加指示，控制器(5)可以用于调整控制设备(4)的最大打开位置，以确保每个子站(10)不能接收比指定的流量更多的流量。

在一个实施例中，下一步骤可以是根据预定的规格确保每个子站也不能抽取比其应得的更多的流量，例如以总供应流率的设定的单个消耗器比例输送单独流率的加热流体。这是体积流量调节模式的情况。

除了这种最大流量限制之外，在一个实施例中，流量计(7)和温度传感器(8)用于将热抽取限制到最大允许能力以内，即由相关联的消耗器使用的能量，这是第二可能的调节，其中由所述热源(2)输送的总供应能量在由设定的单个消耗器能量比例限定的各个能量供应处被分割给所述单个消耗器(3)。这也可以称为能量调节模式。

在供应不足的情况下，或者在网络的液压能力被耗尽的情况下，最大抽取受体积调节模式的限制。

在过量供应情况下，最大抽取受能量模式调节的限制。

另一个控制方面是处于任何水平的消耗器(3)或子消耗器的单独供应的能量对于本地消耗器(3)的维持给定的设定温度的需求为过剩的情况。在一个实施例中，由于控制器(5)通过连接到通信装置(6)的传感器接接收数据并将数据传送到控制器(5)而观察到这种情况。然后，控制器(5)作出反应，减少用于该消耗器(3)(子消耗器)的单个消耗器比例，直到情况改变，从而将能量继续供给到不足的其它消耗器(3)。

另一个控制方面是处于任何层级的消耗器(3)或子消耗器的单独供应的能量对于本地消耗器(3)的维持给定的设定温度的需求为不足的情况。在一个实施例中，由于控制器(5)通过连接到通信装置(6)的传感器接接收数据并将数据传送到控制器(5)而观察到这种情况。然后，控制器(5)作出反应，重新计算所有消耗器之间的能量分割，直到情况改变，从而减少供应给其它消耗器(3)的能量。

在实施例中，来自消耗器(3)的反馈被发送到控制器(5)，其中该信息可以用于重新调节所述控制，例如重新计算总供给流率的设定比例。该信息还可以用作流量系统(2)的故障检测，例如检测已经出现的泄漏。

在一个实施例中，流量计(7)连接到例如与本地子站(10)连接的加热流动系统(10)的返回线路(12)，这可以用于基于每个单个消耗器(7)和在任意层级的子消耗器的实际能量消耗来引入计费系统。

在替代或附加的实施例中，系统中的损耗也是调节的参数，这意味着热损失和/或流量损失两者。

热损失将出现在整个流动网络中，例如在用户之间运送传热流体的管道中，这些损失用于例如增加网络中的某些靠后的消耗器的比例，以补偿与其实际使用无关的损失。

此外，系统中的流也可能例如由于连接到系统的泵以不同方式操作，或者甚至由于泵故障或问题而具有沿着网络的损失。

以相同的方式，在一个实施例中，该方法涉及或包括诊断特征，例如，如果系统中的热损失或流率出现突然或逐渐的变化，则观察和可能报警，因此指示某些类型的故障。

Claims (16)

1.一种平衡热流动系统的方法，所述热流动系统在一供应流率和供应温度下向多个消耗器供应传热流体，并且其中每个消耗器都连接有控制设备，控制设备配置成调节输送到所述消耗器的传热流体的流率，所述方法用于调节所述控制设备，使得相关联的消耗器接收加热流体的最大流率，该加热流体的最大流率对应于总供给流率的设定比例。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个单独的所述消耗器被设置为接收单独的流率，该单独的流率取决于包括获得设定温度所需的能量的因素。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述设定温度对于所有的所述多个消耗器是相同的。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，每个所述消耗器包括被配置成用于加热多个空间的多个换热器装置，并且其中，所述供应流率的所述比例被设置为对应于用于在所述空间中获得所述设定温度所需的能量供应。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括所述控制的能量调节模式为设置每个控制阀，使得每个消耗器根据总能量供应的预设单独能量比例从传热流体接收单独的最大能量。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法包括当出现有关于总能量需求的能量供给不足时控制设备的体积调节模式，体积调节模式为设置各个控制设备，使得每个消耗器根据总供应流体体积的预设单独体积流量比例接收传热流体的单独的最大流率。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述方法包括当单个消耗器所需的能量比供给到该消耗器的能量少时，降低供给所述消耗器的流率。

8.一种方法，其中控制器(5)根据供给的能量与需求的比较结果在根据权利要求5至7所述的调节模式之间切换。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：当总供应流率不足以使多个消耗器全部都获得设定温度时进行记录，然后使每一个设定比例都降低一个百分比，所述百分比是为每一个所述消耗器计算的，以获得新的更低的设定温度。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个控制设备中的每一个都响应于变化的供应流率被调节。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个控制设备中的每一个都响应于变化的供应温度被调节。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个控制设备中的每一个由共用的控制器进行控制。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括给所述用户补偿沿着热流动系统的热损失和/或压力变化。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括通过估计所述消耗器是否获得比期望值少的流量或能量来进行诊断，然后给出警报：所述流动系统上存在故障，为泵送或流动管线的问题。

15.一种流动系统(1)，所述流动系统根据前述权利要求中任一项所述的方法进行操作。

16.一种控制器(3)，所述控制器配置成通过根据前述权利要求中任一项所述的方法来调节。