CN108644887B - 基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法及其智能能耗监控系统 - Google Patents

基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法及其智能能耗监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法及其智能能耗监控系统，在实现二网水力平衡的基础上实现二网热力平衡，根据楼栋单元热力入口处的实时运行数据、结合各楼栋单元的实际室内平均温度和各楼栋单元设定的合理室内温度，计算各楼栋单元的室内温度偏差值，进而调节二次侧楼栋单元热力入口处的电动阀门，使得楼栋单元的室内温度达到统一值来消除二网水力失衡，实现按需用热、均衡输配的调控目的。

Description

基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法及其智能能耗监控 系统
技术领域
本发明涉及供热输送控制技术领域，具体涉及一种基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法及其智能能耗监控系统。
背景技术
供热管网系统中二次侧供热失衡是造成供热能耗偏高的重要原因之一。无论二次侧管网在建设初期的水力计算与管网负荷设计是多么的仔细和完善，都不能在供热实际运行中彻底解决二网环路的水力平衡问题，即某些环路的阻力过小时，这些环路的实时流量就将超过设计流量，由于总的流量一定，则环路其他部分就达不到设定流量，就会出现冷热不均。造成这个问题的原因主要有三点：一、系统建设的施工和材料设备会与设计存在偏差；二、热网的动态调节会造成热网的水力失调，尤其是在实施热计量改造之后，彻底打破了原有二次网相对静态的运行环境；三、系统接带负荷面积逐年发生变化，既可能增加也可能减少。
因此二网调节若依赖于运维人员每年根据所带面积负荷的变化进行阶段性人工手动阀门的调整，由于同一二网区域内，一个阀门的调整势必引起环路流量的变化，阀门之间存在很强的耦合性，同一个阀门要多次反复调整才能够基本满足供热需求，所以人工手动调整的管理效能与效果均难于响应现代化的管理需求。不加监控的二次热网，会存在先天的近端流量大，远端流量小的问题。供热服务对象是千家万户，每个房间很难同时满足所需的流量，也就出现了冷热不均的问题，离换热站近的，室内流量一般会超过设计流量，导致室温偏高；离换热站远的，位于二次管网末端的，室内流量一般会低于设计流量，导致室温偏低。室内温度超高的，开窗散热；室内温度不达标的，私自大量放水。换热站管理人员为了满足管网末端用户的用热需求，提升室内温度，不得不提高二次供水温度，并且加大循环泵频率，以大流量小温差的工作模式进行供热，这就导致在小区站网系统中，因楼间和楼内失调所导致的能源(热耗、电耗、水耗)浪费甚至达到20％～40％。
供热的目的是为了热用户能够在冬季有一个舒适的室内环境，所以室内温度是否达标是供热质量高低最直接的评判依据。室内温度偏高，说明供热过剩，白白浪费了热耗；室内温度偏低，说明供热不足，需要更多的热耗。在大多数情况下，换热站供出的热量是满足甚至超过所带二网负荷需求的，只是因为二网热量输配的不平衡导致了前端供热超量末端供热不足的现象。
目前供热行业普遍采用的实现供热管网一次侧平衡的技术方案与此方案类似，但调节对象、控制目标、实现方式都存在较大差别。在现有的供热管网二次侧平衡的技术方案中，有的依赖于楼栋单元热力入口处的自力式压差平衡阀进行自动压差调节，并不调节回水温度；有的以热量为调节对象，并不直接以回水温度为调节目标。
发明内容
本发明提供一种基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法，实现了二次侧水力平衡的自动化调节和用户室温完全可调可控的目标，彻底解决了二次侧冷热不均，客诉偏高而收费率偏低的问题，实现了均衡输热、按需供热、输热耗电比最低的低能耗供热模式。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法，包括如下步骤：
1)根据设定的采样周期定时获取每一个换热站分支系统下现场设备的实时运行数据以及各楼栋单元的实际室内平均温度，其中实时运行数据包括楼栋单元热力入口的阀门实时开度K1；
2)各楼栋实际室内平均温度与各楼栋室温修正值之和作为各楼栋单元的室内平均温度计算值T1，并与当前分支系统的平均室内温度T2进行比较，计算各楼栋单元的室内温度偏差值M＝|T1-T2|；
3)若室内温度偏差值M小于等于限制值，则继续定时采集各楼栋单元的实际室内平均温度；
4)若室内温度偏差值M大于限制值，将每个楼栋单元的电动阀门开度与其最低开度限制值进行比较；
5)若阀门实时开度K1小于等于最低开度限制值，且室内平均温度计算值T1高于平均室内温度T2，则记录当前阀门开度；若阀门实时开度K1小于等于最低开度限制值，且室内平均温度计算值T1低于平均室内温度T2，则根据各楼栋单元的室内平均温度计算值T1、平均室内温度T2、阀门实时开度K1计算阀门的设定开度K0；若阀门实时开度K1大于最低开度限制值，则根据各楼栋单元的室内平均温度计算值T1、平均室内温度T2、阀门实时开度K1计算阀门的设定开度K0；
6)根据计算的阀门的设定开度K0下发控制指令，调节二次侧楼栋单元热力入口处的电动阀门开度。
进一步地，步骤5)中，阀门的设定开度K0的计算方法为：
K0＝K1-(T1-T2)*Kp
其中，K1为阀门实时开度，T1为室内平均温度计算值，T2为平均室内温度，Kp为楼栋单元电动阀门的调整系数。
一种智能能耗监控系统，包括能耗监控云平台、对应每个楼栋单元的智能控制设备、对应典型热用户的室温采集设备，以及设置在每个楼栋单元的电动阀门，其中电动阀门与智能控制设备信号连接，所述智能控制设备、室温采集设备与能耗监控云平台网络连接，所述电动阀门能够接收设定开度命令和反馈实时开度值，所述室温采集设备用于对楼栋单元典型热用户的室内温度进行采集；
所述智能控制设备能够将现场运行数据通过网络发送至能耗监控云平台，能耗监控云平台通过汇总各个楼栋单元上传的运行数据、统一计算各楼栋单元的室内温度偏差值，并将控制命令下发至智能控制设备，智能控制设备控制电动阀门开度为设定开度。
一种智能能耗监控系统，包括能耗监控云平台、对应每个楼栋单元的智能控制设备和楼栋热量表、对应典型热用户的室温采集设备，以及设置在每个楼栋单元的电动阀门，其中电动阀门和楼栋热量表与智能控制设备信号连接，所述智能控制设备、室温采集设备与能耗监控云平台网络连接，所述电动阀门能够接收设定开度命令和反馈实时开度值，所述楼栋热量表用于对二次侧楼栋单元热力入口的供水温度、回水温度、流量、热量进行采集，所述室温采集设备用于对楼栋单元典型热用户的室内温度进行采集；
所述智能控制设备能够将现场运行数据通过网络发送至能耗监控云平台，能耗监控云平台通过汇总各个楼栋单元上传的运行数据、统一计算各楼栋单元的室内温度偏差值，并将控制命令下发至智能控制设备，智能控制设备控制电动阀门开度为设定开度。
由以上技术方案可知，本发明在实现二网水力平衡的基础上实现二网热力平衡，根据楼栋单元热力入口处的实时运行数据、结合各楼栋单元的实际室内平均温度和各楼栋单元设定的合理室内温度，计算各楼栋单元的室内温度偏差值，进而调节二次侧楼栋单元热力入口处的电动阀门，使得楼栋单元的室内温度达到统一值来消除二网水力失衡，实现按需用热、均衡输配的调控目的。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明智能能耗监控系统的实施例一的结构示意图；
图3为本发明智能能耗监控系统的实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
二次管网简称二网，是指各用热单位(比如一个包含10栋楼的小区)内部各个单体建筑物之间的供热管道。
本发明提供一种基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法，通过自动缓步调节楼栋单元入口处的电动阀门，进而调节各楼栋单元热力入口处的流量，以达到各个楼栋单元供热效果相同(室内温度相同)的控制目标。系统可将楼内的室内温度作为主要调节目标，通过定时自动调节楼前的电动阀门，将各楼栋单元的室内温度与其平均室内温度保持一致，就可以保证各楼之间均匀供热，避免出现用户冷热不均的情况。
如图1所示，本发明基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法，包括如下步骤：
S1、根据设定的采样周期定时获取每一个换热站分支系统下现场设备的实时运行数据以及各楼栋单元的实际室内平均温度，其中实时运行数据包括楼栋单元热力入口的阀门实时开度K1；
S2、各楼栋实际室内平均温度与各楼栋室温修正值之和作为各楼栋单元的室内平均温度计算值T1，并与当前分支系统的平均室内温度T2进行比较，计算各楼栋单元的室内温度偏差值M＝|T1-T2|；其中平均室内温度T2为当前分支系统下各个楼栋单元的室内温度计算值的平均值；
S3、若室内温度偏差值M小于等于限制值，则继续采集各楼栋单元的实际室内平均温度T1；
S4、若室内温度偏差值M大于限制值，将每个楼栋单元的电动阀门开度与其最低开度限制值进行比较；
S5、若阀门实时开度K1小于等于最低开度限制值，且室内平均温度计算值T1高于平均室内温度T2，则记录当前阀门开度；若阀门实时开度K1小于等于最低开度限制值，且室内平均温度计算值T1低于平均室内温度T2，则根据各楼栋单元的室内平均温度计算值T1、平均室内温度T2、阀门实时开度K1计算阀门的设定开度K0；若阀门实时开度K1大于最低开度限制值，则根据各楼栋单元的室内平均温度计算值T1、平均室内温度T2、阀门实时开度K1计算阀门的设定开度K0；
S6、根据计算的阀门的设定开度K0下发控制指令，调节二次侧楼栋单元热力入口处的电动阀门开度；
S7、将每一个电动阀门的设定开度K0以及实际室内平均温度保存至历史数据库；
S8、等待智能控制设备执行反馈结果并给出相应提示。
步骤S1中的实时运行数据还包括楼栋热量表供水温度、楼栋热量表流量和楼栋热量表热量。
步骤S5中，阀门的设定开度K0的计算方法为：
阀门的设定开度K0的计算方法为：
K0＝K1-(T1-T2)*Kp
其中，K1为阀门实时开度，T1为室内平均温度计算值，T2为平均室内温度，Kp为楼栋单元电动阀门的调整系数。
所述室内温度偏差值M的限制值为0-1℃。
为了实现二次侧水力平衡的自动精准调节，需要一个智能能耗监控系统来实现上述调节方法，本发明还提供一种智能能耗监控系统，其由六部分组成：
架设于公有云服务器或本地私有云服务器的能耗监控云平台1；
安装于楼栋单元热力入口处的电动阀门2，该电动阀门采用线性或非线性均可；
安装于楼栋单元热力入口处的楼栋热量表3，也可以依据实际情况可进行增加或者删减；
负责上下位数据传输、现场调节控制的智能控制设备4；以及
安装于居民室内的室温采集设备5，可以依据实际情况进行数量的增加或减少。
所述智能控制设备4安装于楼栋单元热力入口处或其它便于安装的位置，负责连接多个单元(楼栋)电动阀门(M-BUS/RS485)、多个单元的楼栋热量表(M-BUS/RS485)以及楼内典型用户的室温采集设备或者每家每户的户温控阀门和户温控面板(M-BUS/无线)，并向智能手机APP开放蓝牙连接。所述智能控制设备主要完成以下工作：
1、负责采集现场实时运行数据(热力入口处实时供水、回水温度、流量、阀门开度、热量、热用户室内温度)并定时通过网络连接上传至上位机，也可接收上位机发送的控制指令进行实时数据的采集；
2、定时存储现场的实时运行数据，设备能够在网络中断的情况下，根据最后一次接收的控制指令进行自主调节，并在网络恢复时，上传设备存储的历史运行数据。
所述电动阀门2安装于楼栋单元热力入口处，负责接收智能控制设备的开度设定命令并执行。所述楼栋热量表3安装于楼栋单元热力入口处，负责接收智能控制设备的参数读取指令并返回实时运行数据。
所述室温采集设备5安装于热用户室内，主要用于采集热用户室内温度，并发送至智能控制设备或者发送至上位的能耗监控云平台。
实施例1(有网络、有室温采集设备、无楼栋热量表)
如图2所示，所述智能能耗监控系统包括能耗监控云平台1、对应每个楼栋单元的智能控制设备4、对应典型热用户的室温采集设备5，以及设置在每个楼栋单元的电动阀门2，其中电动阀门与智能控制设备信号连接，所述智能控制设备、室温采集设备与能耗监控云平台网络连接，所述电动阀门2能够接收设定开度命令和反馈实时开度值，所述室温采集设备5用于对楼栋单元典型热用户的室内温度进行采集。
所述智能控制设备4能够将现场运行数据通过网络发送至能耗监控云平台，能耗监控云平台通过汇总各个楼栋单元上传的运行数据、统一计算各楼栋单元的室内温度偏差值，并将控制命令下发至智能控制设备，智能控制设备控制电动阀门开度为设定开度。
实施例2(有网络、有楼栋热量表、有室温采集设备)
如图3所示，所述智能能耗监控系统包括能耗监控云平台1、对应每个楼栋单元的智能控制设备4和楼栋热量表3、对应每户的室温采集设备5，以及设置在每个楼栋单元的电动阀门2，其中电动阀门和楼栋热量表与智能控制设备信号连接，所述智能控制设备、室温采集设备与能耗监控云平台网络连接，所述电动阀门能够接收设定开度命令和反馈实时开度值，所述楼栋热量表用于对二次侧楼栋单元热力入口的供水温度、回水温度、流量、热量进行采集，所述室温采集设备用于对楼栋单元内典型热用户的室内温度进行采集；
所述智能控制设备4能够将现场运行数据通过网络发送至能耗监控云平台，能耗监控云平台通过汇总各个楼栋单元上传的运行数据、统一计算各楼栋单元的室内温度偏差值，并将控制命令下发至智能控制设备，智能控制设备控制电动阀门开度为设定开度。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据设定的采样周期定时获取每一个换热站分支系统下现场设备的实时运行数据以及各楼栋单元的实际室内平均温度，其中实时运行数据包括楼栋单元热力入口的阀门实时开度K1；
2)各楼栋实际室内平均温度与各楼栋室温修正值之和作为各楼栋单元的室内平均温度计算值T1，并与当前分支系统的平均室内温度T2进行比较，计算各楼栋单元的室内温度偏差值M＝|T1-T2|；
3)若室内温度偏差值M小于等于限制值，则继续定时采集各楼栋单元的实际室内平均温度；
4)若室内温度偏差值M大于限制值，将楼栋单元的电动阀门开度与其最低开度限制值进行比较；
5)若阀门实时开度K1小于等于最低开度限制值，且室内平均温度计算值T1高于平均室内温度T2，则记录当前阀门开度；若阀门实时开度K1小于等于最低开度限制值，且室内平均温度计算值T1低于平均室内温度T2，则根据各楼栋单元的室内平均温度计算值T1、平均室内温度T2、阀门实时开度K1计算阀门的设定开度K0；若阀门实时开度K1大于最低开度限制值，则根据各楼栋单元的室内平均温度计算值T1、平均室内温度T2、阀门实时开度K1计算阀门的设定开度K0；
步骤5)中，阀门的设定开度K0的计算方法为：
K0＝K1-(T1-T2)*Kp
其中，K1为阀门实时开度，T1为室内平均温度计算值，T2为平均室内温度，Kp为楼栋单元电动阀门的调整系数；
6)根据计算的阀门设定开度K0下发控制指令，调节二次侧楼栋单元热力入口处的电动阀门开度。
2.根据权利要求1所述的二次侧供热自动平衡调节方法，其特征在于，步骤1)中的实时运行数据还包括楼栋单元流量、楼栋单元供水温度和楼栋单元回水温度。
3.根据权利要求1所述的二次侧供热自动平衡调节方法，其特征在于，所述室内温度偏差值M的限制值为0-1℃。
4.一种如权利要求1所述的基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法的智能能耗监控系统，其特征在于，包括能耗监控云平台、对应每个楼栋单元的智能控制设备、对应典型热用户的室温采集设备，以及设置在每个楼栋单元的电动阀门，其中电动阀门与智能控制设备信号连接，所述智能控制设备、室温采集设备与能耗监控云平台网络连接，所述电动阀门能够接收设定开度命令和反馈实时开度值，所述室温采集设备用于对楼栋单元典型热用户的室内温度进行采集；
所述智能控制设备能够将现场运行数据通过网络发送至能耗监控云平台，能耗监控云平台通过汇总各个楼栋单元上传的运行数据、统一计算各楼栋单元的室内温度偏差值，并将控制命令下发至智能控制设备，智能控制设备控制电动阀门开度为设定开度。
5.一种如权利要求1所述的基于室温的二次侧供热自动平衡调节方法的智能能耗监控系统，其特征在于，包括能耗监控云平台、对应每个楼栋单元的智能控制设备和楼栋热量表、对应典型热用户的室温采集设备，以及设置在每个楼栋单元的电动阀门，其中电动阀门和楼栋热量表与智能控制设备信号连接，所述智能控制设备、室温采集设备与能耗监控云平台网络连接，所述电动阀门能够接收设定开度命令和反馈实时开度值，所述楼栋热量表用于对二次侧楼栋单元热力入口的实时供水温度、回水温度、流量、热量进行采集，所述室温采集设备用于对楼栋单元典型热用户的室内温度进行采集；
所述智能控制设备能够将现场运行数据通过网络发送至能耗监控云平台，能耗监控云平台通过汇总各个楼栋单元上传的运行数据、统一计算各楼栋单元的室内温度偏差值，并将控制命令下发至智能控制设备，智能控制设备控制电动阀门开度为设定开度。
6.根据权利要求4或5所述的智能能耗监控系统，其特征在于，所述智能控制设备定时存储现场实时运行数据，能够在网络中断的情况下，根据最后一次接收的控制指令进行自主调节，并在网络恢复时，上传存储的历史运行数据。
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