CN109340900B - 基于供回水平均温度的二次侧供热自动平衡调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于供回水平均温度的二次侧供热自动平衡调节方法，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，计算目标控制温度值与各楼栋单元热力入口的阀门开度，通过定时均匀性调节二次侧楼栋单元热力入口处的电动阀门，使得楼栋单元热力入口处的供回水平均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

基于供回水平均温度的二次侧供热自动平衡调节方法

技术领域

本发明涉及供热输送控制技术领域，具体涉及一种基于供回水平均温度的二次侧供热自动平衡调节方法。

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，这些环路的实际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，并不调节供回水平均温度；有的以热量为调节对象，并不直接以供回水平均温度为调节目标。

发明内容

本发明提供一种基于供回水平均温度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：

一种基于供回水平均温度的二次侧供热自动平衡调节方法，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，该实时运行数据包括楼栋单元热力入口的实际供回水平均温度H₁以及阀门实时开度K₁；实际供回水平均温度H₁＝(实际供水温度+实际回水温度)/2；

2)结合各楼栋单元的权重系数S与实际供回水平均温度H₁进行加权计算，得出当前换热站分支系统下的总目标控制温度H₀；

3)根据总目标控制温度H₀与当前换热站分支系统下各楼栋单元的温度加权值计算各楼栋单元的实际控制温度H₂；

4)根据各楼栋单元的实际控制温度H₂以及各楼栋单元的实时运行数据、权重系数S、室外当前温度H₃和总目标控制温度H₀计算当前换热站分支系统的不平衡度M；

5)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；

6)若阀门实时开度K₁小于等于最低开度限制值，则记录当前阀门开度；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实际供回水平均温度H₁、实际控制温度H₂和阀门实时开度K₁计算电动阀门的设定开度K₀；

7)根据当前楼栋单元的控制模式进行命令下发，定时均匀性调节二次侧楼栋单元热力入口处的电动阀门开度。

优选地，步骤3)中，换热站分支系统下各楼栋单元的温度加权值的参数包括建筑特性、管网特性和用户特性；各楼栋单元的权重系数S的参数包括建筑的用途、面积和特殊需求。

进一步地，步骤4)中，换热站分支系统的不平衡度M计算方法具体为：

其中，H₀为总目标控制温度，H₃为室外当前温度。

进一步地，步骤6)中，若阀门实时开度K₁小于等于最低开度限制值时，先比较实际供回水平均温度H₁与楼栋单元的实际控制温度H₂大小，如果实际供回水平均温度H₁大于实际控制温度H₂，记录当前阀门开度；如果实际供回水平均温度H₁小于等于实际控制温度H₂，则根据各楼栋单元的实际供回水平均温度H₁、实际控制温度H₂和阀门实时开度K₁计算阀门的设定开度K₀。

进一步地，所述阀门的设定开度K₀的计算方法具体为：

K₀＝K₁-(H₁-H₂)*0.55

其中，K₁为阀门实时开度，H₁为楼栋单元热力入口的实际供回水平均温度，各楼栋单元的实际控制温度H₂。

优选地，步骤7)中，如果是温度控制模式，则下发温度控制目标给智能控制设备；如果是开度控制模式，则下发开度控制目标给智能控制设备。

优选地，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回水温度。

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(供水温度、回水温度、阀门开度)，计算目标控制温度值与各楼栋单元热力入口的阀门开度，通过定时均匀性调节二次侧楼栋单元热力入口处的电动阀门，使得楼栋单元热力入口处的供回水平均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；本发明更加适合应用于供暖面积超过8万的二次供暖管网系统，能够使二网快速达到平衡状态，即使在因极个别原因导致二次管网供温不一致的情况下，也能够使二网快速达到平衡状态，不需参考实时流量、室内温度，极大降低系统造价、实施成本。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

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供回水平均温度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。根据理论推导，众所周知的供热管理经验，楼栋单元入口处的供回水平均温度基本反映了建筑物的室内温度，如果将同一二网区域内楼栋单元入口处的二次网供回水平均温度调为基本一致(各个楼栋单元热力入口处的供回水平均温度与目标温度相差在1℃以内)，则可以认为建筑物内部的平均室内温度也基本一致。因此，通过定时自动调节楼前的电动阀门，将各单元楼表的供回水平均温度调为一致，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，本发明基于供回水平均温度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，该实时运行数据包括楼栋单元热力入口的实际供回水平均温度H₁以及阀门实时开度K₁；实际供回水平均温度H₁＝(实际供水温度+实际回水温度)/2；

S2、结合各楼栋单元的权重系数S与实际供回水平均温度H₁进行加权计算，得出当前换热站分支系统下的总目标控制温度H₀；

S3、根据总目标控制温度H₀与当前换热站分支系统下各楼栋单元的温度加权值计算各楼栋单元的实际控制温度H₂；

S4、根据各楼栋单元的实际控制温度H₂以及各楼栋单元的实时运行数据、权重系数S、室外当前温度H₃和总目标控制温度H₀计算当前换热站分支系统的不平衡度M；

S5、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；

S6、若阀门实时开度K₁小于等于最低开度限制值，则记录当前阀门开度；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实际供回水平均温度H₁、实际控制温度H₂和阀门实时开度K₁计算电动阀门的设定开度K₀；

S7、根据当前楼栋单元的控制模式进行命令下发，定时均匀性调节二次侧楼栋单元热力入口处的电动阀门开度；

S8、将每一个电动阀门的设定开度K₀以及实际控制温度H₂保存至历史数据库；

S9、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单元供水温度、回水温度和楼栋单元流量；当系统存在楼栋热量表时，步骤S1中的实时运行数据还包括楼栋热量表供水温度、回水温度、楼栋热量表流量和楼栋热量表热量。

步骤S3中，换热站分支系统下各楼栋单元的温度加权值的参数包括建筑特性、管网特性和用户特性，其中建筑特性具体还包括围护结构、采暖方式、是否末端(最不利点)，采用各楼栋单元的温度加权值计算，能够提高计算精度。

步骤S4中，各楼栋单元的权重系数的参数包括建筑的用途、面积、特殊需求等。换热站分支系统的不平衡度M计算方法具体为：

其中，H₀为总目标控制温度，H₃为室外当前温度。

分支系统总体方差的计算公式为：

其中，n为分支系统数，x₁为第一个分支系统的供回均温，

为所有分支系统的供回均温的平均数。

分支系统总体方差反映了各楼栋单元供回水平均温度与分支系统供回水平均温度的平均值的离散程度。总体方差越大，表明大部分数值和其平均值之间差异较大；总体方差越小，表明这些数值较接近其平均值。

步骤S6中，若阀门实时开度K₁小于等于最低开度限制值时，先比较实际供回水平均温度H₁与楼栋单元的实际控制温度H₂大小，如果实际供回水平均温度H₁大于实际控制温度H₂，记录当前阀门开度；如果实际供回水平均温度H₁小于等于实际控制温度H₂，则根据各楼栋单元的实际供回水平均温度H₁、实际控制温度H₂和阀门实时开度K₁计算阀门的设定开度K₀。这样设计是为了避免阀门开度过小，造成楼栋单元内流量过小甚至没有流量，从而引起供暖事故。

所述阀门的设定开度K₀的计算方法具体为：

K₀＝K₁-(H₁-H₂)*0.55

其中，K₁为阀门实时开度，H₁为楼栋单元热力入口的实际供回水平均温度，各楼栋单元的实际控制温度H₂，K_p为楼栋单元电动阀门的调整系数。

步骤S7中，如果是温度控制模式，则下发温度控制目标给智能控制设备；如果是开度控制模式，则下发开度控制目标给智能控制设备。

由于各楼的供热面积在一个供暖季内不会改变，当室外温度变化时，各楼的热负荷之比基本不变。换热站可以根据外温的变化采取调控措施，全面提高或降低各楼的采暖效果，不会改变用户采暖的均匀性。

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 (5)

1.一种基于供回水平均温度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，该实时运行数据包括楼栋单元热力入口的实际供回水平均温度H₁以及阀门实时开度K₁，其中实际供回水平均温度H₁＝(实际供水温度+实际回水温度)/2；

2)结合各楼栋单元的权重系数S与实际供回水平均温度H₁进行加权计算，得出当前换热站分支系统下的总目标控制温度H₀；

3)根据总目标控制温度H₀与当前换热站分支系统下各楼栋单元的温度加权值计算各楼栋单元的实际控制温度H₂；

4)根据各楼栋单元的实际控制温度H₂以及各楼栋单元的实时运行数据、权重系数S、室外当前温度H₃和总目标控制温度H₀计算当前换热站分支系统的不平衡度M；

步骤4)中，换热站分支系统的不平衡度M计算方法具体为：

其中，H₀为总目标控制温度，H₃为室外当前温度；

5)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；

6)若阀门实时开度K₁小于等于最低开度限制值，则记录当前阀门开度；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实际供回水平均温度H₁、实际控制温度H₂和阀门实时开度K₁计算电动阀门的设定开度K₀；

所述阀门的设定开度K₀的计算方法具体为：

K₀＝K₁-(H₁-H₂)*0.55

其中，K₁为阀门实时开度，H₁为楼栋单元热力入口的实际供回水平均温度，各楼栋单元的实际控制温度H₂；

7)根据当前楼栋单元的控制模式进行命令下发，定时均匀性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3)中，换热站分支系统下各楼栋单元的温度加权值的参数包括建筑特性、管网特性和用户特性；各楼栋单元的权重系数S的参数包括建筑的用途、面积和特殊需求。

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，步骤6)中，若阀门实时开度K₁小于等于最低开度限制值时，先比较实际供回水平均温度H₁与楼栋单元的实际控制温度H₂大小，如果实际供回水平均温度H₁大于实际控制温度H₂，记录当前阀门开度；如果实际供回水平均温度H₁小于等于实际控制温度H₂，则根据各楼栋单元的实际供回水平均温度H₁、实际控制温度H₂和阀门实时开度K₁计算阀门的设定开度K₀。

4.根据权利要求1或2所述的二次侧供热自动平衡调节方法，其特征在于，步骤7)中，如果是温度控制模式，则下发温度控制目标给智能控制设备；如果是开度控制模式，则下发开度控制目标给智能控制设备。

5.根据权利要求1或2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回水温度。

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