CN112984593A - 一种全新的集中供暖和供冷方法 - Google Patents

Abstract

一种全新的集中供暖和供冷方法，该方法采用时分复用技术原理，通过在每个用热终端的出口处串接一台依据实时检测出口处介质温度为主要控制参数的量子式智慧控制装置，该装置的设置运行使得对每个用热终端的供暖从连续不断的供暖方法转变为周期性供暖方法，该方法能彻底解决由于管路中压力不平衡而带来的能量分配不均的问题，实现按需供暖或供冷，实现差异化供暖供冷，个性化供暖供冷，定制化供暖供冷；能实现小流量大温差的供暖或供冷模式，实现节水、节电、节能、节省投资,实现环保供暖和供冷；具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种全新的集中供暖和供冷方法

技术领域

本发明涉及到一种全新的供暖和供冷的方法，属于暖供领域。

背景技术

当前集中供暖或集中供冷的存在以下的几个痛点，第一、集中供暖由于管道粗细不一，距离长短不一，用热终端距离热源远近造成的介质力不平衡，由此造成热量分配不均引起的近端用热终端的室温偏高，而远端的用热终端客户室温偏低的顽疾，特别是我国的由于集中供暖管道水力不平衡是天然存在的，无论设计多么精细，施工多么精准都无法使一个具有众多分散在不同围炉结构的用热终端的工程暖通水管的水力达到平衡；第二、集中供暖的主管道上的总流量是连接在主管道上的所有用热终端需求流量的总和，这样主管道就需要非常粗的管道，因此管道及施工投资都非常巨大；第三，为了解决近端热远端冷的问题，目前只能加大管道中的流量，降低进回水温差，因此水泵的功耗成指数形式递增浪费电能，增加投资。以上三点虽然说的是集中供暖，但集中供冷同样也存在以上的问题，只不过相比较集中供暖的面积更大问题显得更加突出。本发明的方法即适合集中供暖领域也适合在集中供冷领域，以下为描述清晰采用集中供暖的领域讲解，两者不同的部分单独描述。

传统的供暖方法无法彻底解决以上问题，目前所做的改进基本上是在主管路上增加一些平衡阀，或在每个楼道中加装自动控制的自适应平衡阀，或在主管的回水管路中串接远程可控的调流量阀门，或在散热器的进水端串接一个温控阀，或在室内安装一个调温装置，室温到了以后就关闭或关小进入散热器的水流量，凡此种种都无法彻底解决存在的三大行业痛点。本发明就是为彻底解决行业的痛点，采用一种全新的集中供暖和供冷方法。

集中供暖或供冷架构一般可以分成三部分，第一部分产生热源或冷源的设备，比如各种形式的锅炉、空气能热泵、太阳能集热器、中央空调的室外机组等，以下描述统一称之为热源或冷源生产设备；第二部分，传送热媒或冷媒介质的管道，和回收热媒或冷媒的管路，分为主管道和支管道，在管路上配合传输，会串接泵、和各种阀等配件，主管道就是至少此管道连接一个以上的用热终端，这一部分称之为输送管路；第三部分，能源消耗或利用的部分，比如集中供暖中的散热片、暖气片、地暖的散热管路、中央空调系统中的风机盘管设备，这一部分在本发明的描述中统一称之为用热终端。

发明内容

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种全新的集中供暖和供冷方法，该方法采用时分复用技术原理，通过在每个用热终端的出口处串接一台依据实时检测出口处介质温度为主要控制参数的量子式智慧控制装置，该装置的设置运行使得对每个用热终端的供暖从连续不断的供暖方法转变为周期性供暖，一个周期完成一次的供暖，每次供暖分成三步骤，每个用热终端的供暖次数或频度完全决定于用热终端所处的环境以及人的需求，需求大供暖次数就多，需求少供暖次数就少；对应主管道内的介质分配方法是主管道内的介质被动式的按时间片量化成一份一份的能量，每份能量称之为量子热，即主管道内的介质从传统供暖模式的横向连续不断共用方式输送转变为竖向按时间片共享方式输送，每个时间片能量或每个量子热可以为所有的用热终端共享使用，但不能自始至终被某一个用热终端一直占用；对应主管道介质的流量也不再是所有用热终端需求介质流量的总和，而是只要满足任意一个周期内最远端的用热终端需求的流量即可，此流量远小于总和流量；对应每个用热终端每次获取的介质流量只与此用热终端内腔体容积和量子式智慧控制装置的预置的运行数据有关，无论管路压力是否平衡，只需确保每个用热终端保持与介质流动方向同向的正向压力，就能实现按照时间片获取自己所需的那份量子热，实行全网的均衡供暖；同理，本发明的集中供冷控制原理和方法与此相同。把描述中的供暖改为供冷，不再重复描述。

其中所述的时分复用技术原理是一种对有限公众资源采用共享逻辑充分提高资源利用率的一种方法，简单的描述就是把有限的资源按时间进行分割即时分方式，分割为一份一份的资源，这些一份一份的资源对所有需求资源的客户机会相同，先提出需求先得，一个周期内允许占用一次，每个客户对每份没有被占用的资源都有共享使用的权利即复用，一旦获取资源但也只能在自己的时间片内占有，过来这个时间片就必须释放对资源的占用；本发明借用此原理，对集中供暖或供冷中主管道中的热媒或冷媒，按时间进行分割，对每个用热终端的供暖或供冷都采用一份一份的热媒或冷媒进行供给。

其中所述的一个周期完成一次的供暖，每次供暖分成三步骤，第一步主管道中的高温热媒介质从用热终端的入口处流入到用热终端内腔体，注满整个用热终端；第二步高温热媒从用热终端的出口处流出，流入到用热终端出口处的量子式智慧控制装置，该装置就检测到高温介质的温度大于预置的阀门关闭温度，阀门自动关闭，高温热媒驻留在用热终端内部；第三步，驻留在用热终端内部的高温热媒，开始向周围低温的环境散热，在此散热过程中，热媒不会继续流入，随着时间的推移，用热终端内的热媒温度不断下降，当温度降低到量子式智慧控制装置预置的开启温度，阀门重新开启，由此开始下一个周期的供暖三步骤，如此循环往复，每次供暖都是按份供暖，这样的供暖方式称之为量子热供暖。

同理在集中供冷系统中，其中每周期一次供冷也分成三步骤，第一步主管路中的低温热媒介质从用热终端的入口处流入到用热终端内腔体，注满整个用热终端；第二步低温热媒从用热终端的出口处流出，流入到用热终端出口处的量子式智慧控制装置，该装置就检测到低温介质的温度小于预置的阀门关闭温度，阀门自动关闭，低温热媒驻留在用热终端内部；第三步，驻留在用热终端内部的低温热媒，开始向周围高温的环境吸热，在此吸热过程中，冷媒不会继续流入，随着时间的推移，用热终端内的冷媒温度不断升高，当温度升高到量子式智慧控制装置预置的开启温度，阀门重新开启，由此开始下一个周期的供冷三步骤，如此循环往复，每次供冷都是按份供冷，这样的供冷方式也称之为量子热供冷。

所述的主管道内的介质从横向连续不断共用形式输送转变为竖向按时间片共享形式的输送，是指在目前的集中供暖方式，所有的用热终端在供暖时内腔体的介质始终不停地在循环，对应在主管道的介质流中都有一注横向连续不断的介质流属于每个用热终端的，而且自始至终被这个用热终端始终占有；而本发明的方法采用时分复用技术理念，主管道内的介质被采用时分方式按时间片竖向分割，分割成一段一段的介质流，每段介质流可以为所有与此主管道相连的用热终端所复用，即该量子热并不是指定给某一个确定的用热终端单独使用，谁先有需求就先给谁，得到自己所需的一份介质流即刻释放对主管道介质资源的需求，所有用热终端都不允许始终占用主管道介质资源，只能共享主管道的介质资源。

所述的量子式智慧控制装置，该装置至少包括一个电控阀门，或电磁阀或电动阀，一个始终检测与此连接管道内介质温度的温度传感，一个可配有无线接口和有线接口的MCU控制器或PLC控制器；通过有线或无线接口可以给装置输入预置运行数据，然后该装置就依据检测到的实时温度和预置的运行数据进行比较后控制电控阀门的开启和关闭，其中的无线接口是WIFI接口、或NB-IOT接口、或2G/3G/4G/5G接口，其中的有线接口为多功能接口，可接各种传感器或接按键显示器。该装置还可以增加一些传感和接口及协议，完成更多的功能，比如增加检测室温传感、流量传感，检测室温和介质温度综合分析进行调温，流量传感检测流量等，比如物联网接口、增加互联网协议、MQTT协议、连接上云平台，实现通过智能手机APP设置参数，实现一些更加智慧和精细调温功能；比如可以根据人的活动来进行调温，根据天气预报来进行调温等。

本发明所述的集中供暖和供冷是指两个或两个以上的用热终端通过管路共用一个热源或冷源的暖通系统，其中的用热终端泛指所有利用管路中热媒或冷媒的能量达到提升或降低用热终端设备周围温度的设备。本发明对于此类系统架构连接的改造，除了在每个用热终端的出口处都安装一个依据实时检测出口处介质温度为主要控制参数的量子式智慧控暖装置是必须的，其它从节能环保考虑，建议性的改造还包括，热源生产设备期望输出的介质温度对于供暖系统可以更高，对于供冷系统温度可以偏低一些，流量则可以大幅度降低，介质输送管路无需截流调整，为适应用热终端周期性供暖采用变频恒压泵，高温介质可以直接供给给用热终端设备，由此实现行业内都希望实现的小流量大温差的供暖模式。当然作为主管道不需要原先的口径，可以采用小口径主管道，通过测算采用本发明的方法，可以实现节水、节电、节能、节省投资，而且各项节约比率超过30%非常可观。

总而言之本发明与传统目前已知的供暖方法的区别如下：第一，本发明对所有用热终端的供暖方式是不同的，采用时分复用技术理念，实现周期性按次按时间片供暖，自始至终就是采用此供暖方法；第二温控装置安装的位置和主要检测的参数也不相同，一般的调温装置安装在散热器的进水端，检测的温度依据是室温，依据室温进行流量控制，或关断，此方法会破坏管路中的水平衡，无法实现本发明带来的优点；第三、目前部分区域集中供暖也有采用间断形式的供暖，此间断形式供暖是整个管路按不同的时间段进行供暖，与本发明所倡导的周期性批次对用热终端供暖完全是两种不同的方法；第四、本发明彻底解决管路水平衡的问题，实现按需供暖，就是管路水不平衡也可以实现按需供暖。供暖方法中的完成一次供暖需要三个步骤，也是本发明区别于现有传统供暖的特征之一；第五、本发明能最大程度实现小流量大温差供暖，带来节水、节电、节能、节省投资，经过计算和验证，采用本发明方法与传统的供暖方法相比，可节水50%、节电70&、节能30%、节省投资30%以上。

本发明的有益效果是，一种全新的集中供暖和供冷方法，该方法是通过在每个用热终端的出口处安装一个装置，用热终端的供暖或供冷不再是连续不断的，而是按周期供暖或供冷，每周期每次供暖或供冷采用三步骤完成，由此使得主管道的媒介质从连续不断的横线共用形式，转变为竖向按时间片间断共享形式。这样的供暖方法能解决传统集中供暖或供冷存在的几大痛点：第一、由于在管道中的介质压力不平衡带来的近端用热终端效果好，远端用热终端效果差，即无法实现按需供暖或供冷；本发明实现无论管路中的介质压力是否平衡都能实现按需供暖，均匀供暖或供冷；第二、集中供暖或供冷，由于主管道的流量为所有用热终端需求量的总和，流量大主管道的口径就大，投资和施工都大，本发明由于采用按量子热方法供暖或供冷，主管道内的介质分配才按时间片按份分配，主管道的介质流量急剧下降，彻底实现小流量大温差运行，节水节电节能节省投资，经济效益和社会效益都非常巨大；第三、进一步丰富量子式智慧控制装置的功能和性能，可以进一步实现差异化供暖或供冷，个性化供暖或供冷，实现更精细化调温更智能化调温更人性化调温。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1 是本发明的架构连接示意图。

图2 是本发明主管道介质分配示意图。

图3 是本发明量子式智慧控制装置的模块示意图。

图中 101. 热源或冷源生产设备，102.介质传送泵，103.介质出主管道，204.介质回主管道，205. A用户量子式智慧控制装置，206.A用户用热终端设备，207.B用户量子式智慧控制装置，208. B用户用热终端设备，209. C用户量子式智慧控制装置，210.C用户用热终端设备，310.本发明介质出主管道内部介质分配示意图，311.传统集中供暖或供冷介质出主管道内部介质分配示意图，401.MCU多功能模块，402.电控阀门，403.温度传感器，404.无线接口，405.有线接口，406.多功能接口，407.电控阀门控制线，408.整个装置电源线。

具体实施方式

根据图示1是本发明的架构连接示意图，主要说明在每个用热终端（206）的出口处都需要连接一台量子式智慧控制装置（205），其它整套集中供暖系统中，比如有热源或冷源生产设备（101）生产整个集中供暖所需要介质媒的数量和温度、还有把介质通过.介质出主管道（103）输送到每一个.用热终端设备（206）就需要在管路中串接介质传送泵（102），实际工程项目中要比此架构复杂的多，比如有换热站、管路中有许多阀门、检测介质压力、温度、流量的检测仪表，本实施例只标注出与本发明方法紧密关联的部分，没有罗列出来，并不意味就不包括这些必要公知的配置。

图3是本发明的量子式智慧控制装置的模块示意图，该装置至少包括一个MCU多功能模块（401）、一个电控阀门（402）、一个检测与阀门连接出介质温度的温度传感器（403）；具有无线接口（404）和有线接口（405），通过该两个接口可以为装置设置运行参数，也可以接受装置检测到的数据；多功能接口（406）为扩展功能接口，可以设置为接室内温度传感器、流量传感器、压力传感器、红外检测传感器等。无线接口（404）可以为WIFI、NB-IOT、4G/5G等接口。其中的MCU多功能模块可以采用内嵌式，也可以采用外置的形式，或一个相对独立的PLC控制器来完成。

根据图2所示，描述一下本发明的方法整个运行过程，为描述简洁采用集中供暖模式，如图所示连接，初始态，此时所有管路中都没有热媒介质，图示三个用户A/B/C的量子式智慧控制装置内部的温度传感器检测到的温度小于预置的开启温度，量子式智慧控制装置内部的阀门是全打开的，即A用户量子式智慧控制装置（205）、.B用户量子式智慧控制装置（207）、C用户量子式智慧控制装置（209）的阀门处于开启状态；热源生产设备（101）生产出足够的高温热媒介质，在介质传送泵（102）的工作中，高温热媒介质通过介质出主管道（103）向三个用户方向传送，假设在介质压力平衡的情况下A用户需要X升流量、B用户需要Y升流量、C用户需要Z升流量才能满足三个用户的供暖。以下分两种情况描述。

第一种是没有采用本发明的，即假设图示中每个用热终端都没有加量子式智慧控制装置情况下的运行如下：介质出主管道（103）内的介质同时向A/B/C三个用户开始供暖，由于管路的水力不平衡，此时要满足三个用户的供暖，介质出主管道（103）内的介质流量必须大于X+Y+Z的总和，在整个运行过程中介质出主管道（103）内的介质被横向分成三注介质流，如传统集中供暖或供冷介质出主管道内部介质分配示意图（311）所示内部分别又三注水流分别给A/B/C三用户，而且自始至终始终占有；同时还存在A用户由于距离泵最近，它得到的流量往往比自己需求的X流量大，温度就会偏高；而C用户距离泵最远，它得到的流量往往小于自己需求的Z流量，温度就会偏低；为了尽量克服，目前的大部分手段是加大流量，降低供应的介质温度，降低供回水温差。加大流量意味增加主管道口径，增加投资，意味着加大泵的功率，增加耗电。这就是目前我们国家很多地方采用的运行模式和供暖方法。

第二种，采用本发明即每个用热终端用户都安装有量子式智慧控制装置，运行采用时分复用技术理念，介质出主管道（103）内的介质同时向A/B/C三个用户开始供暖，同样由于管路的水力不平衡，第一个时间片，高温介质主要流向A用户用热终端设备（206），假设每个时间片的介质流只能满足某一个用热终端，如果某一个时间片的流量能同时满足多个用热终端，方法和原理是一样的，只是完成一次供暖的周期时间更短；当介质流注满整个.A用户用热终端设备（206），高温介质被 A用户量子式智慧控制装置（205）检测到，装置内的阀门关闭，高温介质流即驻留在A用户用热终端设备（206），A用户的时间片结束，然后散热，等待下一个供暖周期的到了；下一个时间片的介质流就供给给B用户用热终端设备，再下一个时间片介质流供给给C用户用热终端设备。此运行方法再来看对应介质出主管道（103）的介质分配方法，就如本发明介质出主管道内部介质分配示意图（310）所示的介质流被按时间竖向分割成一份份，管路中介质压力是否平衡都是如此分配，三个用户都可以分配到自己所需求的介质能量，实现按需分配热能，即使介质压力不平衡也能实现按需供暖。

如此一来介质出主管道（103）中同时的介质流量只要满足任意一个周期内最远端用热终端的需求，图示就是用户C的流量，因此理论上介质出主管道（103）的流量只要大于C需求的Z流量，就可以满足系统供暖。主管道的就可以用小口径的管道，节省投资，小流量泵的功耗会下降实现巨大幅度的节电，小流量就实现节水，节水至少50%以上，按需供暖减少浪费，精细化供暖，实现节能。

同理，本发明用在集中供冷系统，运行的原理和方法是相同的，只需把量子式智慧控制装置设置为供冷模式即可。整个运行过程不再描述。

综上所述，一种新的集中供暖和供冷的方法，在集中供暖工程或集中供冷工程中应用，该方法能彻底解决由于管路中压力不平衡而带来的能量分配不均的问题，实现按需供暖或供冷;能够解决主管道口径和投资过大的问题，节省投资;能够实现节水节电，充分利用能源，实现环保供暖和供冷；具有良好的经济效益和社会效益。

以上阐述了本发明的基本原理和主要特征，本发明不受实施条例的限制，在不脱离本发明的基本原理和主要特征的前提下所作出的改进和变化，都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种全新的集中供暖和供冷的方法，其特征是：该方法采用时分复用技术原理，通过在每个用热终端的出口处串接一台依据实时检测出口处介质温度为主要控制参数的量子式智慧控制装置，该装置的设置运行使得对每个用热终端的供暖从连续不断的供暖方法转变为周期性供暖，一个周期完成一次的供暖，每次供暖分成三步骤，每个用热终端的供暖次数或频度完全决定于用热终端所处的环境以及人的需求，需求大供暖次数就多，需求少供暖次数就少；对应主管道内的介质分配方法是主管道内的介质被动式的按时间片量化成一份一份的能量，每份能量称之为量子热，即主管道内的介质从传统供暖模式的横向连续不断共用方式输送转变为竖向按时间片共享方式输送，每个时间片能量或每个量子热可以为所有的用热终端共享使用，但不能自始至终被某一个用热终端一直占用；对应主管道介质的流量也不再是所有用热终端需求介质流量的总和，而是只要满足任意一个周期内最远端的用热终端需求的流量即可，此流量远小于总和流量；对应每个用热终端每次获取的介质流量只与此用热终端内腔体容积和量子式智慧控制装置的预置的运行数据有关，无论管路压力是否平衡，只需确保每个用热终端保持与介质流动方向同向的正向压力，就能实现按照时间片获取自己所需的那份量子热，实行全网的均衡供暖；同理，本发明的集中供冷控制原理和方法与此相同。

2.在根据权利要求1所述的一种全新的集中供暖和供冷的方法，其特征是所述的时分复用技术原理是一种对有限公众资源采用共享逻辑充分提高资源利用率的一种方法，简单的描述就是把有限的资源按时间进行分割即时分方式，分割为一份一份的资源，这些一份一份的资源对所有需求资源的客户机会相同，先提出需求先得，一个周期内允许占用一次，每个客户对每份没有被占用的资源都有共享使用的权利即复用，一旦获取资源但也只能在自己的时间片内占有，过来这个时间片就必须释放对资源的占用；本发明借用此原理，对集中供暖或供冷中主管道中的热媒或冷媒，按时间进行分割，对每个用热终端的供暖或供冷都采用一份一份的热媒或冷媒进行供给。

3.在根据权利要求1所述的一种全新的集中供暖和供冷的方法，其特征是所述的一个周期完成一次的供暖，每次供暖分成三步骤，第一步主管道中的高温热媒介质从用热终端的入口处流入到用热终端内腔体，注满整个用热终端；第二步高温热媒从用热终端的出口处流出，流入到用热终端出口处的量子式智慧控制装置，该装置就检测到高温介质的温度大于预置的阀门关闭温度，阀门自动关闭，高温热媒驻留在用热终端内部；第三步，驻留在用热终端内部的高温热媒，开始向周围低温的环境散热，在此散热过程中，热媒不会继续流入，随着时间的推移，用热终端内的热媒温度不断下降，当温度降低到量子式智慧控制装置预置的开启温度，阀门重新开启，由此开始下一个周期的供暖三步骤，如此循环往复，每次供暖都是按份供暖，这样的供暖方式称之为量子热供暖。

4.在根据权利要求1所述的一种全新的集中供暖和供冷的方法，其特征是所述的在集中供冷系统中，其中每周期一次供冷也分成三步骤，第一步主管路中的低温热媒介质从用热终端的入口处流入到用热终端内腔体，注满整个用热终端；第二步低温热媒从用热终端的出口处流出，流入到用热终端出口处的量子式智慧控制装置，该装置就检测到低温介质的温度小于预置的阀门关闭温度，阀门自动关闭，低温热媒驻留在用热终端内部；第三步，驻留在用热终端内部的低温热媒，开始向周围高温的环境吸热，在此吸热过程中，冷媒不会继续流入，随着时间的推移，用热终端内的冷媒温度不断升高，当温度升高到量子式智慧控制装置预置的开启温度，阀门重新开启，由此开始下一个周期的供冷三步骤，如此循环往复，每次供冷都是按份供冷，这样的供冷方式也称之为量子热供冷。

5.在根据权利要求1所述的一种全新的集中供暖和供冷的方法，其特征是所述的主管道内的介质从横向连续不断共用形式输送转变为竖向按时间片共享形式的输送，是指在目前的集中供暖方式，所有的用热终端在供暖时内腔体的介质始终不停地在循环，对应在主管道的介质流中都有一注横向连续不断的介质流属于每个用热终端的，而且自始至终被这个用热终端始终占有；而本发明的方法采用时分复用技术理念，主管道内的介质被采用时分方式按时间片竖向分割，分割成一段一段的介质流，即一份一份的量子热，每段介质流可以为所有与此主管道相连的用热终端所复用，即该量子热并不是指定给某一个确定的用热终端单独使用，谁先有需求就先给谁，得到自己所需的一段介质流即刻释放对主管道介质资源的需求，所有用热终端都不允许始终占用主管道介质资源，只能共享主管道的介质资源。

6.在根据权利要求1所述的一种全新的集中供暖和供冷的方法，其特征是所述的量子式智慧控制装置，该装置至少包括一个电控阀门，或电磁阀或电动阀，一个始终检测与此连接管道内介质温度的温度传感，一个可配有无线接口和有线接口的MCU控制器或PLC控制器；通过有线或无线接口可以给装置输入预置运行数据，然后该装置就依据检测到的实时温度和预置的运行数据进行比较后控制电控阀门的开启和关闭，其中的无线接口是WIFI接口、或NB-IOT接口、或2G/3G/4G/5G接口，其中的有线接口为多功能接口，可接各种传感器或接按键显示器。

7.在根据权利要求1所述的一种全新的集中供暖和供冷的方法，其特征是所述的集中供暖和供冷是指两个或两个以上的用热终端通过管路共用一个热源或冷源的暖通系统，其中的用热终端泛指所有利用管路中热媒或冷媒的能量达到提升或降低用热终端设备周围温度的设备。

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