CN110258722A - 一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，包括以下步骤：(1)设置一具有多个有效容积的储水设备；(2)先计算出一天不同时间段的理论出口流量和一天流出总水量的平均值，再计算出储水设备在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；(3)计算储水设备在一天不同时间段的进口流量；(4)供水控制设备根据步骤三的结果向储水设备供水；(5)计算储水设备的容积占比，确定是否需要变更储水设备的有效容积。本发明解决了对自来水在新建楼盘储水设备中的停留时间进行定量控制的难题，降低了因自来水在新建楼盘储水设备中停留时间过长而导致的微生物指超标的风险，实施方便，且能耗、维护费用和运行成本都很低。
Description
技术领域
本发明涉及城市供水管网系统二次供水领域，尤其涉及一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法。
背景技术
目前我国城市生活饮用水(俗称自来水)的消毒绝大多数都是采用氯消毒法。氯消毒法的突出优点是余氯具有持续的消毒作用，余氯系指用氯消毒时，加氯接触一定时间后，水中所剩余的氯量。余氯浓度在城市供水管网系统中随时间的推移会逐步衰减，在城市供水管网系统中保持足够的余氯浓度就能保证自来水中的微生物被控制在合格范围内。
二次供水是指当民用与工业建筑生活饮用水对水压、水量的要求超过城镇公共供水或自建设施供水管网能力时，通过储存、加压等设施经管道供给用户或自用的供水方式。二次供水设施主要包括储水设备、加压设备和管线三部分。自来水在二次供水储水设备(以下简称储水设备)中会停留一段时间，如果停留时间过长则余氯浓度可能衰减到很低的水平，起不到有效杀灭水中微生物的作用，造成储水设备中自来水的微生物指标超标。因此尽量减少自来水在储水设备中的停留时间有着重要的意义。
储水设备被使用的方式有以下三种，第一种：储水设备安装在高层建筑的楼顶或中间楼层，城市供水管网系统中的自来水通过泵房内的水泵送至楼顶或中间楼层的储水设备，然后再自然流到用户家中。第二种：储水设备安装在泵房内，城市供水管网系统中的自来水首先流至泵房内的储水设备中，然后通过变频水泵直接加压送到高层用户家中。第三种：储水设备安装在两处，一处安装在泵房内，一处安装在高层建筑的楼顶或中间楼层，城市供水管网系统中的自来水首先流至泵房内的储水设备中，再通过泵房内的水泵送至楼顶或中间楼层的储水设备，然后再自然流到用户家中。安装在高层建筑楼顶或中间楼层的这种储水设备又称高位水箱，安装在泵房内的这种储水设备又称低位水箱。
为了保证用户用水充足，建筑物中储水设备的容积都是根据其所服务用户全部入住后的用水量来设计的，然而对于新建楼盘用户入住是渐进性的，从开始入住到全部入住通常需要很多年。特别是在用户入住过程前期，由于入住用户少，储水设备的容积相对于入住用户的用水量过大，极易导致自来水在储水设备中的停留时间过长，造成储水设备中自来水的微生物指标超标。
新建楼盘储水设备进口流量(以下简称进口流量)指新建楼盘储水设备进口处某一时刻自来水的流量，新建楼盘储水设备出口流量(以下简称出口流量)指新建楼盘储水设备出口处某一时刻自来水的流量，新建楼盘储水设备存留水量(以下简称存留水量)指新建楼盘储水设备中某一时刻自来水的总体积，存留水量的多少及出口流量的大小决定了自来水在新建楼盘储水设备中的停留时间。目前对于存留水量的控制都是通过新建楼盘储水设备中的水位控制阀来实现的，当新建楼盘储水设备中的水位下降超过预设值时，水位控制阀即开启并开始供水，当水位上升到预设高度时，水位控制阀即关闭并停止供水，这种控制方法完全没有考虑自来水在新建楼盘储水设备中停留时间的问题，特别是对于入住率不高的新建楼盘，自来水在新建楼盘储水设备中停留时间过长的现象尤其严重。至今，还没有人专门从定量的角度考虑存留水量与自来水在新建楼盘储水设备中停留时间的定量关系，因此无法根据给定停留时间来定量计算存留水量，也就无法根据给定停留时间来定量计算给新建楼盘储水设备的供水量，结果是无法对自来水在新建楼盘储水设备中的停留时间进行定量控制，这里的给定停留时间指为了保证自来水水质安全人为给定的一段时间长度，在这段时间开始时刻的存留水量经过这段时间后全部流出新建楼盘储水设备。因此，如何对自来水在新建楼盘储水设备中的停留时间进行定量控制至今仍然是一个未解的难题。
为了解决上述技术问题，中国专利公告号为CN105442670B的现有技术在2017年9月1日公开了一种用于二次供水水质保障的建筑给水管道循环系统及方法，该系统包括建筑给水入户管、提升或储水装置、流量计量或检测装置、回流控制器、建筑给水立管、建筑户内管道及水龙头、回流管、紫外/二氧化钛消毒器、回流电磁阀、逆止阀。正常用水时，市政自来水经建筑给水入户管、提升或储水装置、流量计量或检测装置、建筑给水立管送达建筑户内管道及水龙头。该专利在二次供水的自来水的水力停留时间达到2小时以上时，建筑给水立管内的水通过回水管和紫外/二氧化钛消毒器后重新流入建筑给水入户管或贮水装置内，与新鲜自来水混合后再次由二次供水系统供用户使用，使二次供水系统中自来水的生物安全性以及化学安全性得到保障。但在实际使用过程中，这种处理方式仍然不能对自来水在储水设备中的停留时间进行定量控制，且对现有设备改动较大，能耗、维护费用和运行成本都特别高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，本发明解决了对自来水在新建楼盘储水设备中的停留时间进行定量控制的难题，最大限度地降低了因自来水在新建楼盘储水设备中停留时间过长而导致的微生物指超标的风险，同时实施方便，且实际运行时的能耗、维护费用和运行成本都很低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、设置一具有多个有效容积的储水设备，并选择其中一个有效容积作为当前正在使用的有效容积；
步骤二、通过出口流量计连续多天检测储水设备在一天不同时间段的出口流量，检测完成后，先由控制系统根据检测得到的出口流量计算出一天不同时间段的理论出口流量和一天流出总水量的平均值，再由控制系统根据理论出口流量计算出在给定停留时间情况下储水设备在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；
步骤三、通过水量检测设备实时检测储水设备的存留水量，由控制系统根据理论出口流量、理论存留水量和存留水量计算储水设备在一天不同时间段的进口流量；
步骤四、在一天不同时间段的开始时刻由控制系统根据步骤三的结果向供水控制设备发送是否开启向储水设备供水的控制信号指令，如果需要开启供水，则计算开启后的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻，并根据计算结果关闭供水控制设备停止供水，完成该时间段的供水，依此循环完成一天的供水；
步骤五、由控制系统根据当前正在使用的有效容积和步骤二中一天流出总水量的平均值计算储水设备的容积占比，当容积占比小于或等于设定值时，控制系统发出需要更改储水设备当前正在使用的有效容积大小的报警信号，管理人员收到报警信号后安排人员去变更储水设备的有效容积。
所述步骤一中多个有效容积的体积依次按照1.3—2.3倍的幅度递增。
所述步骤二中理论出口流量和一天总流出水量平均值的计算方法分别为：将一天平均分成N个时间段，用i表示一天中不同时间段的顺序数，取用过去连续E天检测得到的出口流量进行计算，则：
其中，式(1)中表示检测得到的出口流量，d表示一段连续日期的顺序数，d/i表示日期为d那天的i时间段，简称d/i时间段，c表示在d/i时间段测得的出口流量的顺序数，Ad/i表示在d/i时间段测得的出口流量的总个数，表示在d/i时间段所有检测得到的出口流量的算数平均值；
式(2)中表示计算得到的i时间段的理论出口流量，为连续E天在i时间段所有计算得到的的算数平均值；
式(3)中为根据连续多天检测得到的出口流量计算得到的储水设备一天流出总水量的平均值。
所述步骤二中理论存留水量的计算方法为：用M表示一天的总时长，将一天平均分成N个时间段，M/N表示每个时间段的时长，用i表示一天中不同时间段的顺序数，则：
式(6)中mi由下式(7)公式计算得到：
其中，式(4)中W1表示储水设备最低存留水量，此参数的设置是为了保证用户基础的用水要求，β为设定的最低水量系数；
式(5)中表示从时间段i开始连续ni个时间段储水设备流出水量最大值之和，此参数的设置是为了保证储水设备中的自来水至少能满足用户使用ni个时间段；mod是求余运算符；((i+a-2)mod N+1)表示时间段(i+a-1)，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+a-1)不能超过时间段总数N的要求；表示在同一时间段(i+a-1)中所有中的最大值；
式(6)中表示从时间段i开始连续mi个时间段储水设备理论流出水量之和；
式(7)中Ti表示在i时间段开始时刻的给定停留时间；
式(8)中Wa/i表示通过计算得到的在给定停留时间情况下储水设备在i时间段开始时刻的理论存留水量，max{}为求最大值的运算符。
所述步骤三中进口流量的计算方法为：
其中，式(9)中Vi 2表示储水设备在i时间段的进口流量，Wb/i表示实时检测得到的储水设备在i时间段开始时刻的存留水量，Wa/(i mod N+1)为通过计算得到的储水设备在(i+1)时间段开始时刻的理论存留水量，用(i mod N+1)表示(i+1)是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数N的要求；
所述步骤四包括供水控制设备的开启方法和计算开启的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻的方法，分别为：
供水控制设备的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当Vi 2等于0时，控制系统向供水控制设备发送不开启向储水设备供水的控制信号指令，当Vi 2不等于0时，控制系统向供水控制设备发送开启向储水设备供水的控制信号指令；
计算开启的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：供水控制设备开启后，由进口流量计对进入储水设备的进口流量进行检测，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该时间段的已供水量，并将计算出的已供水量与该时间段的理论供水量相比较，若在该时间段结束前计算出的已供水量大于或等于理论供水量，则控制系统发出控制信号指令关闭供水控制设备停止供水，在该时间段结束时停止计算和比较，则：
ti＝t·h0 (13)
其中，式(10)中表示在i时间段的已供水量，表示实时检测得到的在i时间段的进口流量，r为实时检测得到的在i时间段进口流量数据的顺序数，h表示已经实时检测得到的在i时间段进口流量数据的总个数，t表示进口流量计每间隔t时间给出一个进口流量数据；
式(11)中Wi 5表示储水设备在i时间段的理论供水量；
式(13)中ti表示供水控制设备在i时间段需要关闭的具体时刻，h0表示第一次出现时h的数值。
所述步骤五中容积占比的计算方法为：
式(14)中R表示储水设备的容积占比，指储水设备当前正在使用的有效容积与储水设备一天流出总水量的平均值的比值，用于判断是否需要更改储水设备正在使用的有效容积大小；Qj表示储水设备当前正在使用的有效容积，j表示储水设备可提供有效容积从小到大排列的顺序数；表示根据步骤二中连续多天出口流量计算得到的储水设备一天流出总水量的平均值。
所述步骤五中当前正在使用的有效容积是指储水设备从最低水位线到最高水位线之间的容积。
所述控制系统包括外部强制控制器和智能控制器，智能控制器包括数据采集单元、数据存储单元、数据处理单元和控制单元，数据采集单元分别与水量检测设备、进口流量计和出口流量计有线或无线连接，数据存储单元分别与数据采集单元、数据处理单元和控制单元连接，控制单元分别与数据处理单元、外部强制控制器和供水控制设备连接。
采用本发明的优点在于：
本发明特定用于新建楼盘小区供水，改变了现有对于存留水量的控制方法，通过找到存留水量与自来水在新建楼盘储水设备中停留时间之间的定量关系，实现根据给定停留时间来定量计算存留水量，再由计算出的存留水量计算进口流量，按计算出的进口流量给新建楼盘储水设备供水就能实现对自来水在新建楼盘储水设备中的停留时间进行定量控制。同时将新建楼盘储水设备设计或改造成容积可变的储水设备就能更为有效地对停留时间进行定量控制，最大限度地降低因自来水在储水设备中停留时间过长而导致的微生物指超标的风险，同时实施方便，且实际运行时的能耗、维护费用和运行成本都很低。
附图说明
图1为本发明的连接结构示意图。
图2为本发明的功能示意图。
图3为本发明中储水设备有效容积变化过程的示意图。
图4为本发明步骤二中理论出口流量在一天不同时间段的变化图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，如图1所示，所述供水方法使用的设备或装置包括容积可变储水设备、进口流量计、出口流量计、水量检测设备、供水控制设备、智能控制器和外部强制控制器。智能控制器包括数据采集单元、数据存储单元、数据处理单元和控制单元，数据采集单元分别与水量检测设备、进口流量计和出口流量计有线或无线连接，数据存储单元分别与数据采集单元、数据处理单元和控制单元连接，控制单元分别与数据处理单元、数据存储单元、外部强制控制器和供水控制设备连接。其中，水量检测设备有多种常规选择，优选采用水位计；进口流量计、出口流量计、水位计和供水控制设备均为现有市售常规产品，智能控制器由PLC和工控机组成，PLC主要用于数据采集以及给供水控制设备发出指令，工控机主要用于数据存储、计算、传输等其他功能。PLC是Siemens(西门子)S7-200SMART，工控机是研华科技IPC610，外部强制控制器可以为远程控制的PC机。
本实施例中，容积可变储水设备是新建楼盘容积可变储水设备的简称，容积可变储水设备通过多块固定在储水设备内的可拆卸隔板及多段固定在储水设备内的可拆卸管道实现，其有效容积大小可根据实际需要而改变，其大小不同的有效容积数据及当前正在使用的有效容积数据可通过外部强制控制器发送给智能控制器，单位为m3。进口流量计和出口流量计分别安装于容积可变储水设备的进口处和出口处，每分钟获得一个流量数据，单位为m3/h，可连续获得容积可变储水设备的进口流量数据和出口流量数据，并将数据实时传输到智能控制器。水位计安装于容积可变储水设备内部，是一种水量检测设备，每分钟获得一个水位数据，单位为cm，可连续获得容积可变储水设备的存留水量数据，并将数据实时传输到智能控制器。智能控制器的数据处理单元自动将水位数据转换为存留水量数据，单位为m3。供水控制设备指水泵或自动阀门，对于高位水箱指水泵，安装于高位水箱进口之前的泵房内，对于低位水箱指自动阀门，安装于进口流量计之前，供水控制设备能接受智能控制器发送的“开启”或“关闭”的控制信号指令并按控制信号指令开关相应设备，供水控制设备开启时自来水的流量应与容积可变储水设备正在使用的有效容积相匹配。智能控制器安装在二次供水设施外，具有数据采集、数据存储、数据处理、接收数据及指令、发送数据及指令的功能，具体如图2所示。外部强制控制器位于二次供水设施外，用于向智能控制器发送软件升级版本数据及升级指令，向智能控制器发送各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令，接收智能控制器存储的所有数据及报警信号数据，向智能控制器发出强制性“开启”或“关闭”供水控制设备的控制信号指令。
本实施例中，智能控制器的数据采集功能是通过智能控制器中的数据采集单元实现的，数据采集单元通过有线或无线传输方式实时采集进口流量数据、出口流量数据和存留水量数据。
智能控制器的数据存储功能是通过智能控制器中的数据存储单元实现的，数据存储单元能够将数据采集单元实时采集到的进口流量数据、出口流量数据和存留水量数据存储下来，能够将数据处理单元的计算结果存储下来，能够将控制单元接收或发出的控制信号指令存储下来，能够将控制单元接收到的软件升级版本数据及升级指令存储下来，能够将控制单元接收到的各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令存储下来，包括容积可变储水设备可提供的各种有效容积数据及正在使用的有效容积数据。
智能控制器的接收数据及指令功能是通过智能控制器中的控制单元实现的，控制单元在现场通过有线方式，在远程通过无线传输方式接收外部强制控制器发送的软件升级版本数据及升级指令、各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令、“开启”或“关闭”供水控制设备的控制信号指令。
智能控制器的发送数据及指令功能是通过智能控制器中的控制单元实现的，控制单元根据事先设定的规则或者接收到外部强制控制器的控制信号指令通过有线或无线传输方式向供水控制设备发送“开启”或“关闭”的控制信号指令，根据事先设定的规则向外部强制控制器发送智能控制器存储的所有数据及报警信号数据，包括变更储水设备有效容积的报警信号数据。
智能控制器的数据处理功能是通过智能控制器中的数据处理单元实现的，数据处理单元可进行如下计算：1)数据转换：将接收到的数据乘以一个系数存储，包括单位转换以及将水位数据转换为存留水量数据；2)计算在一天不同时间段的理论出口流量和一天总流出水量平均值；3)计算在给定停留时间情况下一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；4)计算在一天不同时间段的进口流量；5)计算开启的供水控制设备在一天不同时间段需要关闭的具体时刻；6)计算容积占比。
具体的，所述的一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其包括以下步骤：
步骤一中、设置一具有多个有效容积的储水设备，并选择其中一个有效容积作为当前正在使用的有效容积。其中，多个有效容积按从小到大的顺序进行排列，且优选多个有效容积的体积依次按照1.3—2.3倍的幅度递增，从最小有效容积开始选择。
步骤二中、通过出口流量计连续多天检测储水设备在一天不同时间段的出口流量，具体可连续检测20—40天出口流量，检测完成后，先由控制系统根据检测得到的出口流量计算出一天不同时间段的理论出口流量和一天流出总水量的平均值，再由控制系统根据理论出口流量计算出在给定停留时间情况下储水设备在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量。
本步骤中，理论出口流量和一天总流出水量平均值的计算方法分别为：将一天平均分成N个时间段，用i表示一天中不同时间段的顺序数，取用过去连续E天检测得到的出口流量进行计算，则：
其中，式(1)中表示检测得到的出口流量，d表示一段连续日期的顺序数，d/i表示日期为d那天的i时间段，简称d/i时间段，c表示在d/i时间段测得的出口流量的顺序数，Ad/i表示在d/i时间段测得的出口流量的总个数，表示在d/i时间段所有检测得到的出口流量的算数平均值。
式(2)中表示计算得到的i时间段的理论出口流量，为连续E天在i时间段所有计算得到的的算数平均值。
式(3)中为根据连续多天检测得到的出口流量计算得到的储水设备一天流出总水量的平均值。
本步骤中，理论存留水量的计算方法为：用M表示一天的总时长，将一天平均分成N个时间段，M/N表示每个时间段的时长，用i表示一天中不同时间段的顺序数，则：
式(6)中mi由下式(7)公式计算得到：
其中，式(4)中W1表示储水设备最低存留水量，此参数的设置是为了保证用户基础的用水要求，β为设定的最低水量系数。
式(5)中表示从时间段i开始连续ni个时间段储水设备流出水量最大值之和，此参数的设置是为了保证储水设备中的自来水至少能满足用户使用ni个时间段；mod是求余运算符；((i+a-2)mod N+1)表示时间段(i+a-1)，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+a-1)不能超过时间段总数N的要求；表示在同一时间段(i+a-1)中所有中的最大值。
式(6)中表示从时间段i开始连续mi个时间段储水设备理论流出水量之和，理论流出水量指根据同时间段理论出口流量计算得到的流出水量。
式(7)中4i表示在i时间段开始时刻的给定停留时间，指为了保证水质安全人为给定的一段时间长度，这段时间的开始时刻为i时间段的开始时刻，在i时间段开始时刻的存留水量经过这段时间全部流出储水设备，给定停留时间是实现定量计算存留水量的关键参数，按给定停留时间来确定存留水量，就能保证储水设备中的自来水在给定停留时间的正常变化范围内全部流出储水设备，为了计算方便，设定4i是时间段时长的整数倍。
式(8)中Wa/i表示通过计算得到的在给定停留时间情况下储水设备在i时间段开始时刻的理论存留水量，这里的理论存留水量是为了区别于实际检测得到的存留水量而特指通过以上计算得到的存留水量；max{}为求最大值的运算符。
步骤三、通过水位计实时检测储水设备的存留水量，由控制系统在一天不同时间段开始时刻根据计算出的理论出口流量、理论存留水量和实时检测得到的存留水量计算储水设备在一天不同时间段的进口流量。
本步骤中，进口流量的计算方法为：用M表示一天的总时长，将一天平均分成N个时间段，M/N表示每个时间段的时长，用i表示一天中不同时间段的顺序数，和的含义同前，则：
其中，式(9)中Vi 2表示储水设备在i时间段的进口流量，Wb/i表示实时检测并转换得到的储水设备在i时间段开始时刻的存留水量，单位为m3，Wa/(i mod N+1)为通过计算得到的储水设备在(i+1)时间段开始时刻的理论存留水量，用(i mod N+1)表示(i+1)是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数N的要求。
式(9)中Wb/i由下式计算得到：
Wb/i＝α×H
式中H为水位数据，通过安装在储水设备中的水位计实时检测得到，α为转换系数，用于将水位数据转换成存留水量数据，就是储水设备的截面积，只是需要考虑单位，故将储水设备的截面积除以100即为转换系数。
步骤四中、在一天不同时间段的开始时刻由控制系统根据步骤三的结果向供水控制设备发送是否开启向储水设备供水的控制信号指令，如果需要开启供水，则计算开启后的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻，并根据计算结果关闭供水控制设备停止供水，完成该时间段的供水，依此循环完成一天的供水。
本步骤包括供水控制设备的开启方法和计算开启的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻的方法，分别为：
供水控制设备的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当Vi 2等于0时，控制系统向供水控制设备发送不开启向储水设备供水的控制信号指令，当Vi 2不等于0时，控制系统向供水控制设备发送开启向储水设备供水的控制信号指令。
计算开启的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：供水控制设备开启后，由进口流量计对进入储水设备的进口流量进行检测，每检测得到一个进口流量数据就由控制系统计算一次该时间段的已供水量，并将计算出的已供水量与该时间段的理论供水量相比较，若在该时间段结束前计算出的已供水量大于或等于理论供水量，则控制系统发出控制信号指令关闭供水控制设备停止供水，在该时间段结束时停止计算和比较，则：
ti＝t·h0 (13)
其中，式(10)中表示在i时间段的已供水量，表示实时检测得到的在i时间段的进口流量，r为实时检测得到的在i时间段进口流量数据的顺序数，h表示已经实时检测得到的在i时间段进口流量数据的总个数，t表示进口流量计每间隔t时间给出一个进口流量数据。
式(11)中Wi 5表示储水设备在i时间段的理论供水量。
式(13)中ti表示供水控制设备在i时间段需要关闭的具体时刻，h0表示第一次出现时h的数值。
步骤五中、由控制系统根据当前正在使用的有效容积和步骤二中一天流出总水量的平均值计算储水设备的容积占比，当前正在使用的有效容积是指储水设备从最低水位线到最高水位线之间的容积；当容积占比小于或等于设定值时，控制系统发出需要更改储水设备当前正在使用的有效容积大小的报警信号，管理人员收到报警信号后安排人员去变更储水设备的有效容积。
本步骤中，容积占比的计算方法为：
式(14)中R表示储水设备的容积占比，指储水设备当前正在使用的有效容积与储水设备一天流出总水量的平均值的比值，用于判断是否需要更改储水设备正在使用的有效容积大小；Qj表示储水设备当前正在使用的有效容积，j表示储水设备可提供有效容积从小到大排列的顺序数；表示根据步骤二中连续多天出口流量计算得到的储水设备一天流出总水量的平均值。
再进一步的说，当供水控制设备处于关闭状态时，智能控制器控制单元发出“开启”控制信号指令的规则是：1)在每个时间段的开始时刻，当计算的Vi 2大于零时；2)接收到从外部强制控制器发来的“开启”供水控制设备的控制信号指令时。
再进一步的说，当供水控制设备处于开启状态时，智能控制器控制单元发出“关闭”控制信号指令的规则是：1)如果在时间段结束前计算出ti，则在ti时刻关闭供水控制设备；2)接收到从外部强制控制器发来的“关闭”供水控制设备的控制信号指令时。
再进一步的说，智能控制器数据处理单元每天都计算一次容积占比，当计算出的容积占比小于等于人为设置的容积变更值时，智能控制器控制单元向外部强制控制器发出更改容积可变储水设备正在使用的容积大小的报警信号。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例结合具体数据作进一步描述，设定某新建楼盘储水设备设计有效容积为4×4×3＝48m3，设计为240户住户供水，为了更为有效地对停留时间进行定量控制，将原来的新建楼盘储水设备改造成有6种有效容积选择的容积可变储水设备，且6种有效容积的体积依次递增，具体如图3所示，在入住初期只有15户住户入住，于是选择容积可变储水设备的最小有效容积Q1为用户供水，自动阀门选择可调节流量大小的调节阀，设置开启时的流量为2m3/h。
在上述条件下，所述的容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其包括以下步骤：
步骤一中、设置一具有6种有效容积选择的容积可变储水设备，并选择最小有效容积Q1作为当前正在使用的有效容积。
步骤二中、理论出口流量和一天总流出水量平均值的计算方法分别为：将一天平均分成24个时间段，用i表示一天中不同时间段的顺序数，取用过去连续30天检测得到的出口流量进行计算，则：
其中，式(1)中表示检测得到的出口流量，通过安装在储水设备出口处的流量计实时检测得到，每分钟采集一个数据，单位为m3/h，其中d表示一段连续日期的顺序数，d/i表示日期为d那天的i时间段，简称d/i时间段，c表示在d/i时间段测得的出口流量的顺序数，在本实施例中每个时间段测得的出口流量的总个数均为60个，表示在d/i时间段所有检测得到的出口流量的算数平均值，单位为m3/h。
式(2)中表示计算得到的i时间段的理论出口流量，为连续30天在i时间段所有计算得到的的算数平均值，单位为m3/h，体现了出口流量在一天不同时间段的变化规律，计算结果如图4所示。
式(3)中为根据连续多天检测得到的出口流量计算得到的储水设备一天流出总水量的平均值。
步骤二中、理论存留水量的计算方法为：一天的总时长为24h，将一天平均分成24个时间段，每个时间段的时长为1h，用i表示一天中不同时间段的顺序数，和的含义同前，则：
式(6)中数值3由下式(7)公式计算得到：
mi＝3/1＝3 (7)
其中，式(4)中W1表示储水设备最低存留水量单位为m3，此参数的设置是为了保证用户最基础的用水要求，设定最低水量系数为0.08，根据历史数据计算得到的储水设备一天流出总水量的平均值为15.4m3。
式(5)中表示从时间段i开始连续2个时间段储水设备流出水量最大值之和，表示储水设备中的自来水至少能满足用户使用2个时间段；mod是求余运算符；((i+a-2)mod24+1)表示时间段(i+a-1)，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+a-1)不能超过时间段总数24的要求；
表示在同一时间段((i+a-2)mod 24+1)中所有中的最大值。
式(6)中表示从时间段i开始连续3个时间段储水设备理论流出水量之和，理论流出水量指根据同时间段理论出口流量计算得到的流出水量。
式(7)中设定每个时间段的给定停留时间均为3h，给定停留时间指为了保证水质安全人为给定的一段时间长度，这段时间的开始时刻为i时间段的开始时刻，在i时间段开始时刻的存留水量经过这段时间后全部流出储水设备，给定停留时间是实现定量计算存留水量的关键参数，按给定停留时间来确定存留水量，就能保证储水设备中的自来水在给定停留时间的正常变化范围内全部流出储水设备。
式(8)中Wa/i表示通过计算得到的在给定停留时间均为3h的情况下储水设备在i时间段开始时刻的理论存留水量，这里的理论存留水量是为了区别于实际检测得到的存留水量而特指通过以上计算得到的存留水量；max{ }为求最大值的运算符。
下表为本实施例计算某一天W1、和Wa/i的结果，阴影区域表示该区域数值被采用；
步骤三中、进口流量的计算方法为：一天的总时长为24h，将一天平均分成24个时间段，每个时间段的时长为1h，用i表示一天中不同时间段的顺序数，则：
其中，式(9)中Vi 2表示通过计算得到的储水设备在i时间段的进口流量，单位为m3/h，单位为m3，Wa/(i mod 24+1)为通过计算得到的储水设备在(i+1)时间段开始时刻的理论存留水量，单位为m3，用(i mod 24+1)表示(i+1)是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数24的要求。
式(9)中Wb/i由下式计算得到：
Wb/i＝0.0169×H
式中H为水位数据，通过安装在容积可变储水设备中的水位计实时检测得到，每分钟采集一个数据，单位为cm，本实施例中容积可变储水设备Q1的容积设为1.3×1.3×3＝5.07m3，将水位数据转换为存留水量的转换系数设为0.0169，Wb/i为通过实时检测并转换得到的储水设备在i时间段开始时刻的存留水量，单位为m3。
步骤四中、供水控制设备的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当Vi 2等于0时，控制系统向供水控制设备发送不开启向储水设备供水的控制信号指令，当Vi 2不等于0时，控制系统向供水控制设备发送开启向储水设备供水的控制信号指令。
计算开启的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：供水控制设备开启后，由进口流量计对进入储水设备的进口流量进行检测，每检测得到一个进口流量数据就由控制系统计算一次该时间段的已供水量，并将计算出的已供水量与该时间段的理论供水量相比较，若在该时间段结束前计算出的已供水量大于或等于理论供水量，则控制系统发出控制信号指令关闭供水控制设备停止供水，在该时间段结束时停止计算和比较，则：
Wi 5＝60×Vi 2 (11)
ti＝1×h0 (13)
式中一天的总时长为1440min，将一天平均分成24个时间段，每个时间段的时长为60min，用i表示一天中不同时间段的顺序数。式(10)中表示在i时间段的已供水量，单位为m3，表示实时检测得到的在i时间段的进口流量，单位为m3/h，r为实时检测得到的在i时间段进口流量数据的顺序数，h表示已经实时检测得到的在i时间段进口流量数据的总个数，进口流量计每间隔1min给出一个进口流量数据。
式(11)中Wi 5表示储水设备在i时间段的理论供水量，单位为m3。
式(13)中ti表示自动阀门在i时间段需要关闭的具体时刻，单位为min，h0表示第一次出现时h的数值；mod和Vi 2的含义同前。
步骤五、由控制系统根据当前正在使用的有效容积和步骤二中一天流出总水量的平均值计算储水设备的容积占比，当前正在使用的有效容积是指储水设备从最低水位线到最高水位线之间的容积；当容积占比小于或等于设定值时，控制系统发出需要更改储水设备当前正在使用的有效容积大小的报警信号，管理人员收到报警信号后安排人员去变更储水设备的有效容积。
步骤五中、容积占比的计算方法为：
式(14)中R表示容积可变储水设备的容积占比，指容积可变储水设备正在使用的有效容积与储水设备一天流出总水量的平均值的比值，用于判断是否需要更改容积可变储水设备正在使用的有效容积大小；Q1表示当前容积可变储水设备正在使用的有效容积，有效容积指储水设备从最低水位线到最高水位线之间的容积；表示根据过去若干天数据计算得到的容积可变储水设备一天流出总水量的平均值。
其中，智能控制器数据处理单元每天都计算一次容积占比，当计算出的容积占比小于等于设定的容积变更值时，智能控制器控制单元向外部强制控制器发出更改容积可变储水设备正在使用的容积大小的报警信号。
本实施例中，当供水控制设备处于关闭状态时，智能控制器控制单元发出“开启”控制信号指令的规则是：1)在每个时间段的开始时刻，当计算的Vi 2大于零时；2)接收到从外部强制控制器发来的“开启”供水控制设备的控制信号指令时。
本实施例中，当供水控制设备处于开启状态时，智能控制器控制单元发出“关闭”控制信号指令的规则是：1)如果在时间段结束前计算出ti，则在ti时刻关闭供水控制设备；2)接收到从外部强制控制器发来的“关闭”供水控制设备的控制信号指令时。
由于在各个时间段计算出的Vi 2均大于零，且在时间段结束前均计算出ti，因此智能控制器控制单元在每个时间段的开始时刻均发出“开启”供水控制设备的控制信号指令，在各个时间段的ti时刻，智能控制器控制单元发出“关闭”供水控制设备的控制信号指令，下表是计算出的不同时间段的Vi 2及ti。
再进一步的说，本发明智能控制器数据处理单元每天都计算一次容积占比，设定容积变更值为15％，当计算出的容积占比小于等于15％时，智能控制器控制单元向外部强制控制器发出更改容积可变储水设备正在使用的容积大小的报警信号，管理人员收到报警信号后就安排人员去现场变更容积可变储水设备的有效容积。
Claims (9)
1.一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、设置一具有多个有效容积的储水设备，并选择其中一个有效容积作为当前正在使用的有效容积；
步骤二、通过出口流量计连续多天检测储水设备在一天不同时间段的出口流量，检测完成后，先由控制系统根据检测得到的出口流量计算出一天不同时间段的理论出口流量和一天流出总水量的平均值，再由控制系统根据理论出口流量计算出在给定停留时间情况下储水设备在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；
步骤三、通过水量检测设备实时检测储水设备的存留水量，由控制系统根据理论出口流量、理论存留水量和存留水量计算储水设备在一天不同时间段的进口流量；
步骤四、在一天不同时间段的开始时刻由控制系统根据步骤三的结果向供水控制设备发送是否开启向储水设备供水的控制信号指令，如果需要开启供水，则计算开启后的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻，并根据计算结果关闭供水控制设备停止供水，完成该时间段的供水，依此循环完成一天的供水；
步骤五、由控制系统根据当前正在使用的有效容积和步骤二中一天流出总水量的平均值计算储水设备的容积占比，当容积占比小于或等于设定值时，控制系统发出需要更改储水设备当前正在使用的有效容积大小的报警信号，管理人员收到报警信号后安排人员去变更储水设备的有效容积。
2.根据权利要求1所述的一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于：所述步骤一中多个有效容积的体积依次按照1.3—2.3倍的幅度递增。
3.根据权利要求1或2所述的一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于：所述步骤二中理论出口流量和一天总流出水量平均值的计算方法分别为：将一天平均分成N个时间段，用i表示一天中不同时间段的顺序数，取用过去连续E天检测得到的出口流量进行计算，则：
其中，式(1)中表示检测得到的出口流量，d表示一段连续日期的顺序数，d/i表示日期为d那天的i时间段，简称d/i时间段，c表示在d/i时间段测得的出口流量的顺序数，Ad/i表示在d/i时间段测得的出口流量的总个数，表示在d/i时间段所有检测得到的出口流量的算数平均值；
式(2)中表示计算得到的i时间段的理论出口流量，为连续E天在i时间段所有计算得到的的算数平均值；
式(3)中为根据连续多天检测得到的出口流量计算得到的储水设备一天流出总水量的平均值。
4.根据权利要求3所述的一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于：所述步骤二中理论存留水量的计算方法为：用M表示一天的总时长，将一天平均分成N个时间段，M/N表示每个时间段的时长，用i表示一天中不同时间段的顺序数，则：
式(6)中mi由下式(7)公式计算得到：
其中，式(4)中W1表示储水设备最低存留水量，β为设定的最低水量系数；
式(5)中表示从时间段i开始连续9i个时间段储水设备流出水量最大值之和；mod是求余运算符；((i+a-2)mod N+1)表示时间段(i+a-1)，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+a-1)不能超过时间段总数N的要求；表示在同一时间段(i+a-1)中所有中的最大值；
式(6)中表示从时间段i开始连续mi个时间段储水设备理论流出水量之和；
式(7)中Ti表示在i时间段开始时刻的给定停留时间；
式(8)中Wa/i表示通过计算得到的在给定停留时间情况下储水设备在i时间段开始时刻的理论存留水量，max{}为求最大值的运算符。
5.根据权利要求4所述的一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于：所述步骤三中进口流量的计算方法为：
其中，式(9)中表示储水设备在i时间段的进口流量，Wb/i表示实时检测得到的储水设备在i时间段开始时刻的存留水量，Wa/(i mod N+1)为通过计算得到的储水设备在(i+1)时间段开始时刻的理论存留水量，用(i mod N+1)表示(i+1)是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数N的要求。
6.根据权利要求5所述的一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于：所述步骤四包括供水控制设备的开启方法和计算开启的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻的方法，分别为：
供水控制设备的开启方法为：在一天不同时间段的开始时刻，当等于0时，控制系统向供水控制设备发送不开启向储水设备供水的控制信号指令，当不等于0时，控制系统向供水控制设备发送开启向储水设备供水的控制信号指令；
计算开启的供水控制设备在该时间段需要关闭的具体时刻的方法为：供水控制设备开启后，由进口流量计对进入储水设备的进口流量进行检测，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该时间段的已供水量，并将计算出的已供水量与该时间段的理论供水量相比较，若在该时间段结束前计算出的已供水量大于或等于理论供水量，则控制系统发出控制信号指令关闭供水控制设备停止供水，在该时间段结束时停止计算和比较，则：
ti＝t·h0 (13)
其中，式(10)中表示在i时间段的已供水量，表示实时检测得到的在i时间段的进口流量，r为实时检测得到的在i时间段进口流量数据的顺序数，h表示已经实时检测得到的在i时间段进口流量数据的总个数，t表示进口流量计每间隔t时间给出一个进口流量数据；
式(11)中表示储水设备在i时间段的理论供水量；
式(13)中ti表示供水控制设备在i时间段需要关闭的具体时刻，h0表示第一次出现时h的数值。
7.根据权利要求3所述的一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于：所述步骤五中容积占比的计算方法为：
式(14)中R表示储水设备的容积占比，指储水设备当前正在使用的有效容积与储水设备一天流出总水量的平均值的比值，用于判断是否需要更改储水设备正在使用的有效容积大小；Qj表示储水设备当前正在使用的有效容积，j表示储水设备可提供有效容积从小到大排列的顺序数；表示根据步骤二中连续多天出口流量计算得到的储水设备一天流出总水量的平均值。
8.根据权利要求1或7所述的一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于：所述步骤五中当前正在使用的有效容积是指储水设备从最低水位线到最高水位线之间的容积。
9.根据权利要求6所述的一种容积可变的二次供水储水设备的供水方法，其特征在于：所述控制系统包括外部强制控制器和智能控制器，智能控制器包括数据采集单元、数据存储单元、数据处理单元和控制单元，数据采集单元分别与水量检测设备、进口流量计和出口流量计有线或无线连接，数据存储单元分别与数据采集单元、数据处理单元和控制单元连接，控制单元分别与数据处理单元、外部强制控制器和供水控制设备连接。
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