CN112555979B - 供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统及方法，涉及供热测试模拟技术领域，解决了供热系统参数确定的技术问题。该系统包括热源模拟单元、换热模拟单元和用户模拟单元，热源模拟单元包括太阳能集热装置、燃气热水器和保温水箱，换热模拟单元包括板式换热器、补水泵和循环泵，用户模拟单元包括单管串联循环装置、双管串联循环装置、分户装置、地暖装置和暖气片地暖混合装置。热源模拟单元的保温水箱供水模拟一次网，并通过电动调节阀调整供水；换热模拟单元模拟二次网供水；根据室外温度调整二次侧和用户的供水温度，并通过室内温度传感器的反馈调节，确定供热曲线；通过手动平衡阀实现水力平衡调节；具有直观、高效等优点。

Description

供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统及方法
技术领域
本发明涉及供热测试模拟技术领域，尤其是一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统及方法。
背景技术
近几年随着环保要求的提高，北方地区冬季清洁取暖逐步得到发展，面对综合能源供热这样的新事物、新业态，需要参与其中的工作人员尽快的、系统的掌握其运行原理、工艺流程，积累经验、互相分享、共同进步。所以在清洁能源供热上，为满足节能降耗同时保证供热效果，在实际供热运行中应用了供热运行曲线及闭式系统下各用户间的水力平衡调节。
目前，供热运行曲线的设定，都是经验值设定，没有经过试验和实际运行的检验，没有形成数据寻优的迭代，无法准确地在不同环境下达到相同供热效果，实际供热中依然会出现室外温度高或天气情况良好的时候室内供热温度反而高，室外温度低或天气情况差的时候室内供热温度反而低的情况；同时，对于供热系统的水力平衡，没有一个可模拟操作的平台，无法将水力平衡具体化、数据化，实际调节过程中缺乏可操作性、可复制性，依然出现中间用户开窗散热、边户顶楼用户温度不达标情况，为了改善这种不节能、供热体验差的问题，需要提供模拟系统对其进行模拟，从而更好的确定供热曲线，并调节水力平衡。
发明内容
为了解决供热系统参数调节的技术问题，通过实验对水力平衡进行标准化、数字化设定，最终实现供热的节能降耗、多热源互补供热，本发明提供了一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统及方法，具体的技术方案如下。
一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，包括热源模拟单元、换热模拟单元、用户模拟单元和控制单元，所述热源模拟单元包括太阳能集热装置、燃气热水器和保温水箱，太阳能集热装置和燃气热水器并列布置，热水管汇集热水收纳在保温水箱内，保温水箱和换热模拟单元相连；所述换热模拟单元包括板式换热器、补水泵和循环泵，补水泵和循环泵下游的管道相连，板式换热器利用通过循环泵供水，板式换热器与用户模拟单元相连，所述用户模拟单元包括单管串联循环装置、双管串联循环装置、分户装置、地暖装置和暖气片地暖混合装置；所述控制单元分别控制热源模拟单元、换热模拟单元、用户模拟单元工作，并接收分析监测信号。
优选的是，单管串联循环装置、双管串联循环装置、分户装置、地暖装置和暖气片地暖混合装置并联布置在换热模拟单元的供热管路上。
优选的是，换热模拟单元均配置在室内，室内设置有多个温度传感器测点；室外设置有多个温度传感器测点，温度传感器测点将监测信息传输至控制单元。
优选的是，热源模拟单元、换热模拟单元和用户模拟单元中在管道末端均配置有流量计，流量计将监测信息传输至控制单元；在平衡阀的上游和下游均设置有压力表。
还优选的是，热源模拟单元还配置有高位水箱和软化水处理单元，软化水处理单元与高位水箱相连，高位水箱分别与太阳能集热装置和燃气热水器相连；所述燃气热水器还与燃气系统相连；高水水箱和软化水处理单元的水箱内均设置有水位控制器。
进一步优选的是，控制单元还包括显示屏和操作台，控制单元调节供热参数并记录相应的温度变化
一种供热温度曲线的数字化模拟方法，利用上述的一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，步骤包括：
A1.确定二次网供热温度曲线；
A2.根据室外温度传感器的监测，调整热源模拟单元的电动调节阀，模拟二次网温度调节；
A3.分时段并调节，记录调节工作参数和室内温度参数；
A4.多次调节热源模拟单元和换热模拟单元的工作参数，记录室内温度参数；
A5.根据工作参数和温度参数确定供热温度曲线。
进一步优选的是，热源模拟单元中软化水经过太阳能集热装置预热后，再由燃气热水器加热至设定温度，进入保温水箱；保温水箱将热水送至换热模拟单元，进行供水温度调节。
一种水力平衡调节的数字化模拟方法，利用上述的一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，步骤包括：
B1.调整热源模拟单元和换热模拟单元中近端管网上的平衡阀；
B2.确定平衡阀上游和下游上分别设置的压力表读数；
B3.根据压力表读数，调节至管网远端的流量相同。
进一步优选的是，热源模拟单元中软化水经过太阳能集热装置预热后，再由燃气热水器加热至设定温度，进入保温水箱；保温水箱将热水送至换热模拟单元，进行供水温度调节。
本发明提供的一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统及方法，其有益效果是，该系统能够实景模拟供热温度运行，确定供热温度曲线，并根据室外温度进行修正；另外该系统还可以模拟不同的入住率、不同室外温度、不同天气环境下的供水温度参数，根据模拟数据可以确定实际的供热参数，为工作人员调整供热参数提供了依据；该供热系统还具有可视化程度高，各个供热区域温度平衡，降低了不平衡的热损失；通过多次调节可以获得大量的数据，利用大数据系统可以修正供热参数；利用太阳能供热设置降低了系统运行成本；另外该系统及方法还具有可视化、数字化、标准化等优点。
附图说明
图1是供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统的示意图；
图2是数字化模拟系统的室内布置片平面图；
图3是热源模拟单元和换热模拟单元的管路布置图；
图4是模拟一次侧供水的管路布置图
图5是模拟补水箱的管路布置图；
图中：1-热源模拟单元，2-换热模拟单元，3-用户模拟单元，4-控制单元，5-讲台，6-座椅，7-展示柜，8-屏幕，9-燃气热水器，10-保温水箱，11-板式换热器，12-地暖装置，13-软化水处理单元，14-补水泵；15-太阳能集热装置，16-高位水箱，17-一次侧供水管，18-一次侧回水管；19-二次侧供水，20-二次侧回水。
具体实施方式
结合图1至图5所示，对本发明提供的一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统及方法的具体实施方式如下。
一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，包括热源模拟单元1、换热模拟单元2、用户模拟单元3和控制单元4。该模拟系统将机组运行数据引入后台数据平台，采集室外温度、天气状况数据进行大数据分析，实现系统的试验功能，以求得供热运行曲线数据优化、水力平衡调节方法数字化，在提高供热体验的情况下，实现供热节能降耗。
热源模拟单元1用于提供热源，其包括太阳能集热装置15、燃气热水器9和保温水箱10，太阳能集热装置和燃气热水器并列布置，热水管汇集热水收纳在保温水箱内，保温水箱10和换热模拟单元相连，保温水箱还与一次侧供水管17和一次侧回水管18相连。换热模拟单元实现换热并向用户模拟单元供热，其包括板式换热器11、补水泵和循环泵，补水泵和循环泵下游的管道相连，板式换热器利用通过循环泵供水，板式换热器11与用户模拟单元相连；板式换热器还分别与二次侧供水19和二次侧回水相连20。用户模拟单元3模拟实际用户的供热需求，其包括单管串联循环装置、双管串联循环装置、分户装置、地暖装置12和暖气片地暖混合装置。控制单元4控制各个单元的工作，并记录监测参数和调整参数，分别控制热源模拟单元、换热模拟单元、用户模拟单元工作，并接收分析监测信号。
单管串联循环装置、双管串联循环装置、分户装置、地暖装置和暖气片地暖混合装置并联布置在换热模拟单元的供热管路上。其中单管串联循环装置模拟单管串联供热的供热方式；双管串联循环系统模拟双管串联的循环供热模式，分户系统模拟分户供热的模式，地暖系统模拟地暖供热的模式，暖气片地暖混合装置模拟暖气片和地暖同时供热的混合供热模式。换热模拟单元均配置在室内，室内设置有多个温度传感器的测点。室外设置有多个温度传感器的测点，温度传感器测点将监测信息传输至控制单元。各个测点可以取平均数作为实际的监测值，实现对测点布置区域的监测。
热源模拟单元、换热模拟单元和用户模拟单元中在管道末端均配置有流量计，流量计将监测信息传输至控制单元；在平衡阀的上游和下游均设置有压力表。热源模拟单元还配置有高位水箱和软化水处理单元，软化水处理单元与高位水箱16相连，高位水箱分别与太阳能集热装置和燃气热水器相连。燃气热水器还与燃气系统相连；高水水箱16和软化水处理单元13的水箱内均设置有水位控制器。
控制单元4还包括显示屏和操作台，控制单元调节供热参数并记录相应的温度。其中显示屏和操作台，以及讲台、座椅、展示柜和屏幕均可以布置在室内，方便观察；其中展示柜上可以放置各类操作阀，展示柜安放在座椅的一次，方便讲解。
一种供热温度曲线的数字化模拟方法，利用上述的一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，步骤包括：
A1.确定二次网供热温度曲线。
A2.根据室外温度传感器的监测，调整热源模拟单元的电动调节阀，模拟二次网温度调节。其中当室外温度在-12～-7℃时，一次侧供水温度的区间为90～94℃；当室外温度在-6～-1℃时，一次侧供水温度的区间为85～89℃；当室外温度在0～5℃时，一次侧供水温度的区间为80～84℃；当室外温度在6～11℃时，一次侧供水温度的区间为77～79℃；当室外温度在12～16℃时，一次侧供水温度的区间为74～76℃。
A3.分时段并调节，记录调节工作参数和室内温度参数。
A4.多次调节热源模拟单元和换热模拟单元的工作参数，记录室内温度参数。
A5.根据工作参数和温度参数确定供热温度曲线。
热源模拟单元中软化水经过太阳能集热装置预热后，再由燃气热水器加热至设定温度，进入保温水箱。保温水箱将热水送至换热模拟单元，进行供水温度调节。太阳能集热装置在白天吸取太阳能热量补充供热，夜间系统水经太阳能集热装置达到防冻效果，实现多能互补供热。
根据室外平均温度补偿所确定的二次网供水温度设定曲线，进行一次网电动调节阀的调节，从而满足二次网供水温度的需求。曲线支持不少于八点的室外温度参数设定，二次网供水温度设定曲线可以根据现场情况进行调整。二次网供水温度设定曲线能够根据日计划有效时向上或向下平移，以满足在不同时段对二次网供水温度的调节需求。室外设置温度检测传感器，将室外温度取至控制单元，根据预设供热运行曲线，进行二次侧及用户供水温度调整；室内设置室内温度传感器，将室内温度取至系统，方便查验实际供热温度超标或者过低情况。根据室内温度调整运行曲线的供水温度。进过反复模拟，确定实际供热曲线。
一种水力平衡调节的数字化模拟方法，利用上述的一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，步骤包括：
B1.调整热源模拟单元和换热模拟单元中近端管网上的平衡阀；
B2.确定平衡阀上游和下游上分别设置的压力表读数；
B3.根据压力表读数，调节至管网远端的流量相同。
热源模拟单元中软化水经过太阳能集热装置预热后，再由燃气热水器加热至设定温度，进入保温水箱。保温水箱将热水送至换热模拟单元，进行供水温度调节。太阳能集热装置在白天吸取太阳能热量补充供热，夜间系统水经太阳能集热装置达到防冻效果，实现多能互补供热。
在管道系统中，由于距离远近的不同，管网到达用户端的敷设长度就不同，因此就有了不同的阻力，近端相对于远端的阻力就小。水力平衡即通过给近端管网增加阻力，使之与远端管网阻力达到相同。增加阻力的方式通过系统内的手动平衡阀实现，而是否达到水力平衡，通过系统各个末端的流量计实现，最后调整至流量计的加权平均值相等。在此过程中，平衡阀前后压力表差值即为局部阻力所需增加值。
该数字化模拟系统及方法的有益效果是，该系统能够实景模拟供热温度运行，确定供热温度曲线，并根据室外温度进行修正；另外该系统还可以模拟不同的入住率、不同室外温度、不同天气环境下的供水温度参数，根据模拟数据可以确定实际的供热参数，为工作人员调整供热参数提供了依据；该供热系统还具有可视化程度高，各个供热区域温度平衡，降低了不平衡的热损失；通过多次调节可以获得大量的数据，利用大数据系统可以修正供热参数；利用太阳能供热设置降低了系统运行成本；另外该系统及方法还具有可视化、数字化、标准化等优点。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，其特征在于，包括热源模拟单元、换热模拟单元、用户模拟单元和控制单元，所述热源模拟单元包括太阳能集热装置、燃气热水器和保温水箱，太阳能集热装置和燃气热水器并列布置，热水管汇集热水收纳在保温水箱内，保温水箱和换热模拟单元相连；所述换热模拟单元包括板式换热器、补水泵和循环泵，补水泵和循环泵下游的管道相连，板式换热器利用通过循环泵供水，板式换热器与用户模拟单元相连，所述用户模拟单元包括单管串联循环装置、双管串联循环装置、分户装置、地暖装置和暖气片地暖混合装置；所述控制单元分别控制热源模拟单元、换热模拟单元、用户模拟单元工作，并接收分析监测信号；
所述单管串联循环装置、双管串联循环装置、分户装置、地暖装置和暖气片地暖混合装置并联布置在换热模拟单元的供热管路上；
所述换热模拟单元均配置在室内，室内设置有多个温度传感器测点；室外设置有多个温度传感器测点，温度传感器测点将监测信息传输至控制单元；
所述热源模拟单元、换热模拟单元和用户模拟单元中在管道末端均配置有流量计，流量计将监测信息传输至控制单元；在平衡阀的上游和下游均设置有压力表；
所述热源模拟单元还配置有高位水箱和软化水处理单元，软化水处理单元与高位水箱相连，高位水箱分别与太阳能集热装置和燃气热水器相连；所述燃气热水器还与燃气系统相连；高位 水箱和软化水处理单元的水箱内均设置有水位控制器。
2.根据权利要求1所述的一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，其特征在于，所述控制单元还包括显示屏和操作台，控制单元调节供热参数并记录温度的变化。
3.一种供热温度曲线的数字化模拟方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，步骤包括：
A1.确定二次网供热温度曲线；
A2.根据室外温度传感器的监测，调整热源模拟单元的电动调节阀，模拟二次网温度调节；
A3.分时段并调节，记录调节工作参数和室内温度参数；
A4.多次调节热源模拟单元和换热模拟单元的工作参数，记录室内温度参数；
A5.根据工作参数和温度参数确定实际供热温度曲线。
4.根据权利要求3所述的一种供热温度曲线的数字化模拟方法，其特征在于，所述热源模拟单元中软化水经过太阳能集热装置预热后，再由燃气热水器加热至设定温度，进入保温水箱；保温水箱将热水送至换热模拟单元，进行供水温度调节。
5.一种水力平衡调节的数字化模拟方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的一种供热温度曲线和水力平衡调节的数字化模拟系统，步骤包括：
B1.调整热源模拟单元和换热模拟单元中近端管网上的平衡阀；
B2.确定平衡阀上游和下游上分别设置的压力表读数；
B3.根据压力表读数，调节至管网远端的流量相同。
6.根据权利要求5所述的一种水力平衡调节的数字化模拟方法，其特征在于，所述热源模拟单元中软化水经过太阳能集热装置预热后，再由燃气热水器加热至设定温度，进入保温水箱；保温水箱将热水送至换热模拟单元，进行供水温度调节。
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