CN110332595A - 一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统 - Google Patents

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Abstract

一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，包括蓄热罐、测温光缆、分布式光纤测温主机、PLC控制系统，其中：在蓄热罐内部敷设测温光缆，将罐外的测温光缆端口接入分布式光纤测温主机，分布式光纤测温主机解调得到蓄热罐内的温度分布数据，并根据蓄热罐内介质的热物性参数计算得到罐内的实时总热能，从而以此为判定依据，结合蓄热罐当前的工作模式以及热网运行状态，向PLC控制系统输入启停信号，进而控制热网系统的整体运行。

Description

一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统
技术领域
本发明属于蓄热设备技术领域，具体涉及一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统。
背景技术
蓄热供暖技术是指在夜间用电低谷时，通过蓄热装置将电能储存起来，在白天用电高峰时期，则通过放热装置与热网将夜间储存的能量用于供暖。这种能量利用方式可以实现“移峰填谷”的节能作用，提高经济效益。
目前，蓄热设备主要采用蓄热罐，利用水的显热来储存能量。因为工作压力为常压，最高工作温度不高于98℃，水温不同导致其密度也不同，所以在蓄热罐内，高温水在上，低温水在下，中间为存在温度梯度的过渡层。由于蓄热管内的水温存在梯度，这就必须要对蓄热罐内的介质温度进行实时分布式测量和显示，才能正确分析蓄热罐的蓄热、供热能力，并进一步对其进行精准控制。
现有的蓄热罐上的测温元件基本都是传统的点式温度传感器，只能测量几个离散的温度数据，无法直接反应出蓄热罐内的温度场状态和过渡层的位置，且当测量点较多时，整个测量系统的复杂度将直线上升，系统的搭建与运维成本也急剧增加。
发明内容
本发明的技术解决问题是：目的在于提供一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，以解决蓄热罐内温度场无法准确、实时测量的情况，不能正确分析蓄热罐的蓄热、供热能力和精准控制的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，包括蓄热罐、测温光缆、分布式光纤测温主机和PLC控制系统；
在蓄热罐内部敷设测温光缆，测温光缆的对外端口接入分布式光纤测温主机，分布式光纤测温主机解调得到蓄热罐内的温度分布数据，并根据蓄热罐内介质的热物性参数实时计算得到罐内的总热能；
所述蓄热罐包括蓄热、放热两种工作模式，分布式光纤测温主机将总热能数值与第一阈值、第二阈值对比后，结合蓄热罐当前的工作模式以及热网运行状态，向PLC控制系统输入启停信号，进而控制热网系统的整体运行。
所述第一阈值不高于热网系统可向用户放热的最低值，第二阈值不高于用户一天所用热量的极限值。
所述蓄热罐包括光缆入口、上布水器、热水管路、冷水管路、下布水器、中心管道，其中：
蓄热罐内的上层高温水、下层低温水对应经过热水管路、冷水管路进出蓄热罐，热水管路和冷水管路均与中心管道连通；水流进入中心管道后同时由中心管道两端的上布水器和下布水器进行布水；测温光缆经光缆入口进入蓄热罐内，绕过上布水器后，沿中心管道向下敷设至罐底。
所述蓄热罐内的热水管路、冷水管路、中心管道以及蓄热罐外部整体均用聚氨酯保温层进行包覆。
所述蓄热罐内总热能的计算公式为：
其中，E是蓄热罐内的总热能；n是蓄热罐内温度数据的总个数；R是蓄热罐的半径；Ti是分布式光纤测温主机测得的第i个温度数值；ρ(Ti)是在Ti温度下介质的密度；CP(Ti)是在Ti温度下介质的比热容；ΔH是相邻温度测量点之间的间距。
所述蓄热罐包括蓄热、放热两种工作模式，具体如下：
(5-1)在夜间用电低谷时，蓄热罐为蓄热工作模式，蓄热罐内的低温水经冷水管路流出，经过外部热循环加热成高温水并经热水管路流入蓄热罐内；
(5-2)在白天用电高峰时，蓄热罐为放热工作模式，蓄热罐内的高温水经热水管路流出，经过外部热循环放热成低温水并经冷水管路流入蓄热罐内。
所述分布式光纤测温主机将总热能数值与第一阈值、第二阈值对比后，结合蓄热罐当前的工作模式以及热网运行状态，向PLC控制系统输入启停信号，进而控制热网系统的整体运行的具体方法为：
(6-1)当蓄热罐为蓄热工作模式时，若蓄热罐内的总热能低于第一阈值且热网系统未运行，则分布式光纤测温主机向PLC控制系统输出启动信号，若蓄热罐内的总热能高于第二阈值且热网系统正在运行，则分布式光纤测温主机向PLC控制系统输出停止信号；其他情况下不向PLC控制系统输出信号；
(6-2)当蓄热罐为放热工作模式时，若蓄热罐内的总热能低于第一阈值且热网系统正在运行，则分布式光纤测温主机向PLC控制系统输出停止信号，若蓄热罐内的总热能高于第二阈值且热网系统未运行，则分布式光纤测温主机向PLC控制系统输出启动信号；其他情况下不向PLC控制系统输出信号。
所述测温光缆以左右手螺旋方向交替缠绕于中心管道上以消除光缆内部扭矩；缠绕时紧密缠绕且缠绕长度不小于5m，相邻缠绕层之间的间距为ΔH。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明可以测量蓄热罐内的温度场分布，并直接计算出蓄热罐内的实时总热能数值，迅速让工作人员了解掌握蓄热罐的蓄热、供热状态；
(2)本发明采用分布式光纤测温主机作为温度采集模块，其本征安全，环境适应性强，防雷防爆，抗电磁干扰，耐高温，耐腐蚀，系统结构简单；
(3)本发明以蓄热罐内的总热能数值作为判定依据，结合蓄热罐当前工作模式以及热网运行状态，自动控制热网系统的启停，简单可靠，节约成本。
附图说明
图1为本发明的蓄热罐温度场监测控制系统结构示意图；
图2为本发明的蓄热罐结构示意图；
图3为本发明的蓄热罐内测温光缆敷设方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图实例对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，其特征在于包括蓄热罐1、测温光缆2、分布式光纤测温主机3、PLC控制系统4，其中：
在蓄热罐1内部敷设测温光缆2，将罐外的测温光缆端口接入分布式光纤测温主机3，分布式光纤测温主机3解调得到蓄热罐1内的温度分布数据，并根据蓄热罐1内介质的热物性参数计算得到罐内的实时总热能。蓄热罐1包括蓄热、放热两种工作模式，分布式光纤测温主机3将总热能数值与第一阈值、第二阈值对比后，结合蓄热罐1当前的工作模式以及热网运行状态，向PLC控制系统4输入启停信号，进而控制热网系统的整体运行。
如图2所示，所述蓄热罐1包括光缆入口5、上布水器6、热水管路7、冷水管路8、下布水器9、中心管道10，其中：
蓄热罐1内的上层高温水与下层的低温水分别经热水管路7、冷水管路8进出蓄热罐1，热水管路7和冷水管路8均与中心管道10连通，水流进入中心管道10后可同时由中心管道10两端的上布水器6和下布水器9进行布水，测温光缆2经光缆入口5进入蓄热罐1内，绕过上布水器6后，沿中心管道(10)向下敷设至罐底。
如图3所示，所述测温光缆2以左右手螺旋方向交替缠绕于中心管道10上以消除光缆内部扭矩，缠绕时应紧密缠绕且缠绕长度不小于5m，相邻缠绕层之间的间距为ΔH。
所述蓄热罐1内的热水管路7、冷水管路8、中心管道10以及蓄热罐1外部整体均用聚氨酯保温层进行包覆。
所述蓄热罐1内总热能的计算公式为：
其中，E是蓄热罐1内的总热能；n是蓄热罐1内温度数据的总个数；R是蓄热罐1的半径；Ti是测得的第i个温度数值；ρ(Ti)是在Ti温度下介质的密度；CP(Ti)是在Ti温度下介质的比热容；ΔH是相邻温度测量点之间的间距。
所述蓄热罐1包括蓄热、放热两种工作模式，具体如下：
(1)在夜间用电低谷时，蓄热罐1为蓄热工作模式，蓄热罐1内的低温水经冷水管路8流出，经过外部热循环加热成高温水并经热水管路7流入蓄热罐1内；
(2)在白天用电高峰时，蓄热罐1为放热工作模式，蓄热罐1内的高温水经热水管路7流出，经过外部热循环放热成低温水并经冷水管路8流入蓄热罐1内。
所述分布式光纤测温主机3输出启停信号的具体方法为：
(1)当蓄热罐1为蓄热工作模式时，若蓄热罐1内的总热能低于第一阈值且热网系统未运行，则分布式光纤测温主机3向PLC控制系统4输出启动信号，若蓄热罐1内的总热能高于第二阈值且热网系统正在运行，则分布式光纤测温主机3向PLC控制系统4输出停止信号；
(2)当蓄热罐1为放热工作模式时，若蓄热罐1内的总热能低于第一阈值且热网系统正在运行，则分布式光纤测温主机3向PLC控制系统4输出停止信号，若蓄热罐1内的总热能高于第二阈值且热网系统未运行，则分布式光纤测温主机3向PLC控制系统4输出启动信号。
(3)第一、第二阈值根据蓄热系统视实际应用情况而定，原则上第一阈值不得高于热网系统可向用户放热的最低值，第二阈值不得高于用户一天所用热量的极限值。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
本说明书未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，其特征在于：包括蓄热罐(1)、测温光缆(2)、分布式光纤测温主机(3)和PLC控制系统(4)；
在蓄热罐(1)内部敷设测温光缆(2)，测温光缆(2)的对外端口接入分布式光纤测温主机(3)，分布式光纤测温主机(3)解调得到蓄热罐(1)内的温度分布数据，并根据蓄热罐(1)内介质的热物性参数实时计算得到罐内的总热能；
所述蓄热罐(1)包括蓄热、放热两种工作模式，分布式光纤测温主机(3)将总热能数值与第一阈值、第二阈值对比后，结合蓄热罐(1)当前的工作模式以及热网运行状态，向PLC控制系统(4)输入启停信号，进而控制热网系统的整体运行。
2.根据权利要求1所述的一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，其特征在于：所述第一阈值不高于热网系统可向用户放热的最低值，第二阈值不高于用户一天所用热量的极限值。
3.根据权利要求1所述的一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，其特征在于：所述蓄热罐(1)包括光缆入口(5)、上布水器(6)、热水管路(7)、冷水管路(8)、下布水器(9)、中心管道(10)，其中：
蓄热罐(1)内的上层高温水、下层低温水对应经过热水管路(7)、冷水管路(8)进出蓄热罐(1)，热水管路(7)和冷水管路(8)均与中心管道(10)连通；水流进入中心管道(10)后同时由中心管道(10)两端的上布水器(6)和下布水器(9)进行布水；测温光缆(2)经光缆入口(5)进入蓄热罐(1)内，绕过上布水器(6)后，沿中心管道(10)向下敷设至罐底。
4.根据权利要求3所述的一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，其特征在于：所述蓄热罐(1)内的热水管路(7)、冷水管路(8)、中心管道(10)以及蓄热罐(1)外部整体均用聚氨酯保温层进行包覆。
5.根据权利要求1所述的一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，其特征在于：所述蓄热罐(1)内总热能的计算公式为：
其中，E是蓄热罐(1)内的总热能；n是蓄热罐(1)内温度数据的总个数；R是蓄热罐(1)的半径；Ti是分布式光纤测温主机(3)测得的第i个温度数值；ρ(Ti)是在Ti温度下介质的密度；CP(Ti)是在Ti温度下介质的比热容；ΔH是相邻温度测量点之间的间距。
6.根据权利要求3所述的一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，其特征在于：所述蓄热罐(1)包括蓄热、放热两种工作模式，具体如下：
(5-1)在夜间用电低谷时，蓄热罐(1)为蓄热工作模式，蓄热罐(1)内的低温水经冷水管路(8)流出，经过外部热循环加热成高温水并经热水管路(7)流入蓄热罐(1)内；
(5-2)在白天用电高峰时，蓄热罐(1)为放热工作模式，蓄热罐(1)内的高温水经热水管路(7)流出，经过外部热循环放热成低温水并经冷水管路(8)流入蓄热罐(1)内。
7.根据权利要求3所述的一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，其特征在于：所述分布式光纤测温主机(3)将总热能数值与第一阈值、第二阈值对比后，结合蓄热罐(1)当前的工作模式以及热网运行状态，向PLC控制系统(4)输入启停信号，进而控制热网系统的整体运行的具体方法为：
(6-1)当蓄热罐(1)为蓄热工作模式时，若蓄热罐(1)内的总热能低于第一阈值且热网系统未运行，则分布式光纤测温主机(3)向PLC控制系统(4)输出启动信号，若蓄热罐(1)内的总热能高于第二阈值且热网系统正在运行，则分布式光纤测温主机(3)向PLC控制系统(4)输出停止信号；其他情况下不向PLC控制系统(4)输出信号；
(6-2)当蓄热罐(1)为放热工作模式时，若蓄热罐(1)内的总热能低于第一阈值且热网系统正在运行，则分布式光纤测温主机(3)向PLC控制系统(4)输出停止信号，若蓄热罐(1)内的总热能高于第二阈值且热网系统未运行，则分布式光纤测温主机(3)向PLC控制系统(4)输出启动信号；其他情况下不向PLC控制系统(4)输出信号。
8.根据权利要求5所述的一种结合分布式光纤测温主机的自控蓄热系统，其特征在于：所述测温光缆(2)以左右手螺旋方向交替缠绕于中心管道(10)上以消除光缆内部扭矩；缠绕时紧密缠绕且缠绕长度不小于5m，相邻缠绕层之间的间距为ΔH。
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