CN113091122A - 一种补燃型楼宇换热机组及其调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种补燃型楼宇换热机组及其调控方法。包括板式换热器、燃气热水炉、板式换热器的一次侧回水与二次侧回水有管道连接，每一板式换热器对应安装燃气热水炉，燃气热水炉安装在板式换热器的二次侧供水管上，燃气热水炉接入燃气管道。还包括控制系统，控制系统包括天气预测模块、数据采集模块、控制模块、显示模块、通信模块。还包括调控方法，对改造后的换热机组建立供热系统运行模块、建立燃气补燃模块、建立分析模块、建立调整模块；通过分析模块对换热机组建立供热系统运行模块进行预判，通过预判结果提前进入调整模块、通过燃气补燃模块使供热系统稳定运行。本发明显著降低了楼宇换热机组对水力平衡的依赖，多能互补实现热能精准投送。

Description

一种补燃型楼宇换热机组及其调控方法

技术领域

本发明涉及供热系统技术领域，具体为一种补燃型楼宇换热机组及其调控方法。

背景技术

楼宇换热机组具有建设简单灵活、安全性高、调节更精准、运行更经济等优点，但是采用楼宇换热机组替换传统换热站，一次网范围扩大，增加了一次网水力平衡的调节难度。

由于热网结构或调控系统的不足，导致部分楼宇换热机组无法从一次侧获得足够的热能。有时为保证少数热力站或楼宇机组或楼宇供热达标，手动增加该站的阀门开度，增加一次侧流量，但是这样会影响到周边的站点，当工况变化剧烈时，会影响到全网的水力平衡，同时也造成能源浪费。

在现有技术中为了降低一次侧的供热，减少浪费，选择在二次侧增加补能，提高二次侧的进水温度，例如在专利号为CN206831644U、名称为“楼宇换热机组供热系统”在专利中其采用蓄热电锅炉作为极端天气条件下的辅助热源存在；蓄热电锅炉作为建筑空调负荷的调峰负荷，虽然可以满足建筑在极寒天气时段的用热要求；但是在实际使用过程中，此种方案或是类似方案存在以下不足之处：1、无法解决一次网失衡问题；2.该方案仅能在极端天气下作为调峰使用，无法根据运行情况进行实时调节；3.蓄热电锅炉产生的热能经常会超出楼宇换热需要的热能，在长期使用的过程中，容易造成电能浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种补燃型楼宇换热机组，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种补燃型楼宇换热机组，包括板式换热器、燃气热水炉、所述板式换热器的一次侧回水与二次侧回水有管道连接，

每一所述板式换热器对应安装一台所述燃气热水炉，所述燃气热水炉安装在所述板式换热器的二次侧供水管上，所述燃气热水炉接入燃气管道；所述燃气管道为所述板式换热器所对应的单元楼燃气管道。

优选的：还包括控制系统，所述控制系统包括天气预测模块、数据采集模块、控制模块、显示模块、通信模块。

所述天气预测模块用于获取气象数据。

所述数据采集模块用于采集供热管道的相关参数，并将上述相关参数上传至控制模块；

所述显示模块用于展示当前运行参数。

所述控制模块控制所述燃气热水炉对二次供水进行多能互补加热，以实现热能的精准投送。

优选的：所述数据采集模块包括若干温度传感器、若干压力传感器、若干流量传感器。

优选的：所述控制模块是CPU信号处理器。

优选的：所述天气预测模块从互联网获取天气信息。

优选的：所述相关参数包括一、二次侧供回温、供回压、流量、燃气管道阀门开度、燃气流量、燃气热水炉进出水温。

优选的：还包括云端控制系统，所述云端控制系统通过数据采集模块和天气预测模块的数据制定控制策略，所述云端控制系统与所述控制模块之间具有交互、使所述控制模块执行控制策略。

本发明的另一个目的是提供一种补燃型楼宇换热机组的调控方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

一种补燃型楼宇换热机组的调控方法，包括对现有楼宇换热机组的改造、改造后的换热机组供热系统运行模块的建立、燃气补燃模块的建立、换热机组供热系统运行分析模块的建立、换热机组供热系统运行调整模块的建立；

具体步骤如下：

S1对现有楼宇换热机组进行改造，在所述楼宇换热机组的二次侧供水管上安装燃气热水炉；

S2针对步骤S1改造后的换热机组建立换热机组供热系统运行模块

S21建立室外气象数据与楼宇换热机组目标二次侧供回水平均温的关系；

S22利用单元楼室温数据，对室外气象数据与楼宇换热机组目标二次供回平均温关系进行修正；

S3燃气补燃模块的建立

根据燃气热水炉进出口热水温差、热水流量和燃气消耗量的关系模型建立燃气补燃模型；

S4对步骤S2所建立的供热系统运行分析模型建立换热机组供热系统运行分析模块

S41设定二次供回水平均温目标值，获取楼宇换热机组二次供回水平均温，对二次供回水平均温是否达标进行判断，若达标则返回步骤S2继续运行；若不达标则进行下一步预判模块；

S42预判模块的建立

S421通过建立室外气象数据与建筑单耗之间的关系，建立楼宇换热机组的热量模型；热量(Q)＝单耗*供暖面积。

S422根据热量模型获取楼宇机组需求热量Q_r；

S423根据热量模型预测下一时刻楼宇机组所需求的预测热量Q_n+1；

S424判断下一时刻楼宇机组热量Q_n+1是否充足，即是否符合Q_n+1＞Q_r；若充足保持步骤S2的运行模型；若不充足则进入S5的系统调整模块；

S5系统调整模块

S51根据燃气补燃模型、调整燃气阀门对换热机组供热系统运行模块进行补充热量，直至S41步骤的二次供回平均温满足要求、再回到步骤S2。

本发明的技术效果是：

而由于燃气管网普遍已布置到楼宇下，本发明中通过燃气对部分供热参数不达标的楼宇换热机组进行按需补充加热，利用燃气加热楼宇机组出口水温，可以显著降低对水力平衡的依赖，通过多能互补实现热能的精准投送。

在本发明的调节方法中，基于室温测量和楼宇换热机组的出口水温，以及云端的下一时刻的热量信号，形成了一个预判模块，在预判到下一时刻热量充足，则无需用燃气补充加热，在预判到热量不足时、先进行补充加热；避免了纯反馈控制带来的能源浪费；也减少了调节时间；同时降低了一次网调节的要求；解决了一次网失衡的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明调控方法的流程示意图。

图3是机组稳定运行的热源对比示意图一；

图4是机组降负荷运行的热源对比示意图二。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中，首先是对现有机组的改造，将普通的楼宇换热机组与燃气补燃模块(例如燃气热水炉或是类似功能或效果的设备)集成为一次新的、统一的楼宇机组；用于二次网的供热。再结合云端系统来进行统一调控。通过云端的调控策略，提前预判，避免了纯反馈控制带来的能源浪费；也减少了调节时间；同时降低了一次网调节的要求；解决了一次网失衡的问题。

具体的，在某些是实施例中公开了一种补燃型楼宇换热机组，包括板式换热器、燃气热水炉、所述板式换热器的一次侧回水与二次侧回水有管道连接。每一所述板式换热器对应安装一台所述燃气热水炉，所述燃气热水炉安装在所述板式换热器的二次侧供水管上，所述燃气热水炉接入燃气管道；所述燃气管道为所述板式换热器所对应的单元楼燃气管道。

由于楼宇换热机组是一台对应一栋楼宇的，因此可以实现单独的楼宇调节，调节更精准；本发明中利用燃气对部分供热参数不达标单元楼的供水进行按需补充加热，不仅满足了用户侧用热需求，还显著降低了楼宇换热机组对水力平衡的依赖，通过多能互补实现热能的精准投送。

这样在调节过程中，只需对二次供水管进行加热，可以有效的保证用户用水的温度，减少不必要的调节。

在某些实施例中，公开了与上述换热机组配合使用的控制系统，所述控制系统包括天气预测模块、数据采集模块、控制模块、显示模块、通信模块。

所述天气预测模块用于获取气象数据。所述天气预测模块从互联网获取天气信息。

所述数据采集模块用于采集供热管道的相关参数(所述数据采集模块包括若干温度传感器、若干压力传感器、若干流量传感器；获得参数包括但不限于下列所示；一次侧：供压、回压、供温、回温、流量、热量、阀门开度。二次侧：供压、回压、供温、回温、供回平均温、热量、水泵频率、燃气阀门开度、燃气流量，燃气补燃前水温。)，并将上述相关参数上传至控制模块(或是同时上传至云端)。数据采集模块主要用于保证系统稳定。

所述控制模块是CPU信号处理器。所述显示模块用于展示当前运行参数。所述控制模块控制所述燃气热水炉对二次供水进行多能互补加热，以实现热能的精准投送。

优选的：还包括云端控制系统，所述云端控制系统通过数据采集模块和天气预测模块的数据制定控制策略，所述云端控制系统与所述控制模块之间具有交互、使所述控制模块执行控制策略。

云端控制系统既可以保留反馈调节记录，又可以人工主动调节，云端控制系统在控制的过程可以在云端实时查看，同时如果观察到某个楼宇机组参数异常，经过调度人员判断后，可以人为停止该反馈控制，转为人工控制；此外，在一些计划检修的情况下，如第二天8点开始某热源机组需要停机检修，耗时2小时，此时，需要人工给命令，在第二天8点调整燃气消耗量，保证供热需求，然后在热源机组重新升温后，关闭燃气阀门。

本发明还公开了上述补燃楼宇换热机组的调控方法，可以实现预判性调节，无需动用各处阀门，进一步减少二次网对水力平衡的依赖。

一种补燃型楼宇换热机组的调控方法，包括对现有楼宇换热机组的改造、改造后的换热机组供热系统运行模块的建立、燃气补燃模块的建立、换热机组供热系统运行分析模块的建立、换热机组供热系统运行调整模块的建立；

具体步骤如下：

S1对现有楼宇换热机组进行改造，在所述楼宇换热机组的二次侧供水管上安装燃气热水炉；

S2针对步骤S1改造后的换热机组建立换热机组供热系统运行模块

S21建立室外气象数据与楼宇换热机组目标二次侧供回水平均温的关系；

首先，将历史气象数据记为U_f(包括室外温度T_f、湿度W_f、风速V_f，光照L_f，天气情况(雨雪等)R_f)，建立楼栋单元气候数据模型，U_f＝[T_f,W_f,V_f,L_f,R_f]^T。

单元楼历史二次供回平均温记为T_{2,t_ave}；

将历史气象数据与二次侧供回平均温按照时间顺序做一一对应；利用黑箱模型，获得室外气象数据与二次侧供回平均温的关系：T_{2,t_ave}＝f(U_f)。

S22利用单元楼室温数据，对室外气象数据与楼宇换热机组目标二次供回平均温关系进行修正；

修正过程如下:

设定单元楼室温标准T_r,sta，以当前室外气象数据所对应的二次供回平均温T_{2,t_ave}运行后，判断单元楼室温T_r是否达标，若T_r＜T_r,sta，增加该室外气象数据下的二次供回平均温T_{2,t_ave}，若T_r＞(1+10％)T_r,sta，则降低该室外气象数据下的二次供回平均温T_{2,t_ave}。

同时，结合运行数据(通过各传感器获得相关数据)，对室外气象数据与二次供回平均温关系进行滚动修正。

S3燃气补燃模块的建立

根据燃气热水炉进出口热水温差、热水流量和燃气消耗量的关系模型建立燃气补燃模型；

式中：α-热交换系数；

H-燃气热值,J/Nm3；

m_g-燃气消耗量，m³/s；

c-水的比热，4200J/(kg·℃)；

m_w-热水流量，kg/s；

T_{2,sup_f}-燃气补燃模块入口二次供水温度，℃；

T_{2,sup_b}-燃气补燃模块出口二次供水温度，℃。

S4对步骤S2所建立的供热系统运行分析模型建立换热机组供热系统运行分析模块

S41设定二次供回水平均温目标值，获取楼宇换热机组二次供回水平均温，对二次供回水平均温是否达标进行判断，若达标则返回步骤S2继续运行；若不达标则进行下一步预判模块；

S42预判模块的建立

如图3所示，由于一天中天气情况是多变的，如早、中、晚的气温会出现较大的波动，若热源机组稳定运行，则供热量相对来说比较稳定。

如图4所示，若是热源例行检修，需要降负荷运行，则可以有计划的在降负荷时启用补燃，在热源恢复正常时，利用建筑热惰性提前停止补燃，节省能源。

预判模型的具体建立过程分析，通过建立室外气象数据与该建筑单耗之间的关系，热量(Q)＝单耗*供暖面积，因此可以获得下一时刻所有机组的热量分配。

首先楼宇机组需求热量Q_r是设定的目标值；若当楼宇换热机组二次供回水平均温未达标时，当前热量Q_n必定小于需求热量Q_r；而楼宇机组下一时刻的二次供回水平均温度要达标，则其所需求热量必然要大于Q_r，因此首先预测下一时刻楼宇机组所需求的预测热量Q_n+1，对Q_n+1的值进行提前预测获取，然后提前预判，在获知下一时刻的二次供回水平均温度之前提前进行预判是否需要启动燃气补燃模块；即是否符合Q_n+1＞Q_r；若Q_n+1充足保持步骤S2的运行模型；若Q_n+1不充足则进入S5的系统调整模块；

S5系统调整模块

在调整过程中，根据数据采集模块所采集的参数二次供回平均温(通过二次供温和二次回温计算得到)、燃气阀门开度、燃气流量，二次供温、二次回温、燃气补燃前水温。综合判断调整情况。具体过程如下：

S51根据燃气补燃模型、调整燃气阀门开度对换热机组供热系统运行模块进行补充热量，启用燃气补燃模块，结合燃气补燃模块前后热水温差、热水流量和燃气消耗量的关系调整燃气阀门开度策略，通过动态调整燃气消耗对二次供水进行前沿补充加热，直至S41步骤的二次供回平均温满足要求；再回到步骤S2。

在维持楼宇机组二次供回平均温达到目标值，以满足二次侧用热需求时，同时云端监控热源机组运行情况和当前燃气紧张程度，在下一时刻热量Q_n+1满足楼宇机组用热需求或当前燃气使用紧张时，利用建筑的热惰性提前停止燃气补燃，实现能源节省。当室外天气发生变化时，结合云端给出的下一时刻热量、燃气使用紧张程度以及当前楼宇机组运行参数和室温数据，对燃气消耗进行动态调整，以保持室温恒定。

在本发明中，通过提前预判使得整个系统的运行具有前瞻性，提前反馈可以更加快速的反馈，而且在调节二次测供水温度时，不是调整阀门开度的策略、也不是等二次供回水温度反馈再调节；响应速度迅速可靠，节省燃料，精准加热，提高使用舒适度。

本发明的补燃型楼宇换热机组集成了传统楼宇换热机组、天气预测模块、数据采集模块、显示模块、控制模块和燃气补燃模块，实现了楼间调节与楼内调节解耦，不同单元的楼内调节不再相互影响，由于供热半径减小，调控更加灵活，故障率更低，也降低了二网温度滞后性，减小了循环泵扬程，实现了节电。

本发明的补燃型楼宇换热机组可以利用燃气对部分供热参数不达标单元楼的供水进行按需补充加热，满足了用户侧用热需求，一次侧只需要给基本负荷，燃气补燃模块可以作为尖峰负荷在不同时间、不同天气进行热量补充，节省了能源。

本发发明的补燃型楼宇换热机组可以根据监测参数进行自动动态调整燃气消耗量，在一次侧不平衡时依然可以满足用热需求，显著降低了楼宇换热机组对水力平衡的依赖，通过多能互补实现热能的精准投送。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种补燃型楼宇换热机组，其特征在于：包括板式换热器、燃气热水炉、所述板式换热器的一次侧回水与二次侧回水有管道连接，

每一所述板式换热器对应安装一台所述燃气热水炉，所述燃气热水炉安装在所述板式换热器的二次侧供水管上，所述燃气热水炉接入燃气管道；所述燃气管道为所述板式换热器所对应的单元楼燃气管道。

2.根据权利要求1所述的补燃型楼宇换热机组，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括天气预测模块、数据采集模块、控制模块、显示模块、通信模块；

所述天气预测模块用于获取气象数据；

所述数据采集模块用于采集供热管道的相关参数，并将上述相关参数上传至控制模块；

所述显示模块用于展示当前运行参数；

所述控制模块控制所述燃气热水炉对二次供水进行多能互补加热，以实现热能的精准投送。

3.根据权利要求2所述的补燃型楼宇换热机组，其特征在于：所述数据采集模块包括若干温度传感器、若干压力传感器、若干流量传感器。

4.根据权利要求2所述的补燃型楼宇换热机组，其特征在于：所述控制模块是CPU信号处理器。

5.根据权利要求2所述的补燃型楼宇换热机组，其特征在于：所述天气预测模块从互联网获取天气信息。

6.根据权利要求2所述的补燃型楼宇换热机组，其特征在于：所述相关参数包括一、二次侧供回温、供回压、流量、燃气管道阀门开度、燃气流量、燃气热水炉进出水温。

7.根据权利要求2所述的补燃型楼宇换热机组，其特征在于：还包括云端控制系统，所述云端控制系统通过数据采集模块和天气预测模块的数据制定控制策略，所述云端控制系统与所述控制模块之间具有交互、使所述控制模块执行控制策略。

8.一种补燃型楼宇换热机组的调控方法，其特征在于，包括对现有楼宇换热机组的改造、改造后的换热机组供热系统运行模块的建立、燃气补燃模块的建立、换热机组供热系统运行分析模块的建立、换热机组供热系统运行调整模块的建立；其特征在于，

具体步骤如下：

S1对现有楼宇换热机组进行改造，在所述楼宇换热机组的二次侧供水管上安装燃气热水炉；

S2针对步骤S1改造后的换热机组建立换热机组供热系统运行模块

S21建立室外气象数据与楼宇换热机组目标二次侧供回水平均温的关系；

S22利用单元楼室温数据，对室外气象数据与楼宇换热机组目标二次供回平均温关系进行修正；

S3燃气补燃模块的建立

根据燃气热水炉进出口热水温差、热水流量和燃气消耗量的关系模型建立燃气补燃模型；

S4对步骤S2所建立的供热系统运行分析模型建立换热机组供热系统运行分析模块

S41设定二次供回水平均温目标值，获取楼宇换热机组二次供回水平均温，对二次供回水平均温是否达标进行判断，若达标则返回步骤S2继续运行；若不达标则进行下一步预判模块；

S42预判模块的建立

S421通过建立室外气象数据与建筑单耗之间的关系，建立楼宇换热机组的热量模型；

S422根据热量模型获取楼宇机组需求热量Q_r；

S423根据热量模型预测下一时刻楼宇机组所需求的预测热量Q_n+1；

S424判断下一时刻楼宇机组预测热量Q_n+1是否充足，即是否符合Q_n+1＞Q_r；若充足保持步骤S2的运行模型；若不充足则进入S5的系统调整模块；

S5系统调整模块

S51根据燃气补燃模型、调整燃气阀门对换热机组供热系统运行模块进行补充热量，直至S41步骤的二次供回平均温满足要求、再回到步骤S2。

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