CN1253288A - 采暖系统用户用热计量及远程监控系统 - Google Patents

Abstract

采暖系统用户用热计量及远程监控系统涉及一种对单管或双管采暖系统用户用热实施计量和远程监控的系统,由多个温度传感器和流量传感器以及监控器组成。温度传感器和流量传感器分别采集的水温数据和水流量数据以无线通信方式发送至监控器;监控器接收到水温数据和水流量数据后按预先设置的程序分别计算出采暖系统中各散热器的散热量,关闭或开通散热器的指令也以无线通信方式发送至相关的温度传感器并控制相关的控制阀关断或开启。

Description

采暖系统用户用热计量及远程监控系统

本发明涉及一种安装在以水为载热体的集中供热采暖系统中用于对用户用热实施计量及远程控制的系统。

在集中供热采暖系统中，采暖用户实际用热量的计量和收费一直是困扰广大用户和供热商的棘手难题。由于缺乏有效的计量手段，采暖用户的实际用热量很难准确计量，供热取暖费的收取也缺乏科学的依据。在我国北方的采暖地区，长期沿用按用户采暖面积计收采暖费的办法，该办法不但不能准确反映用户的实际热量，供热商对采暖用户的用热也没有行之有效的监控手段，实在是一种既不合理又不科学的办法，很有必要加以改变。

为了准确计量采暖用户的实际用热量，近年来陆续出现了一些不同的计量器具和计量方法。方法之一是利用热量表直接测量散热器的进出水温差和水流量并计算出散热器的散热量(即用户用热量)，由天津市赛源智能控制有限公司开发的IC卡热量表即是此类热量表。对于目前普遍采用的集中供热采暖系统来说，每一个散热器都必须安装一个这样的热量表，其安装的复杂性和高昂的费用都是各方面难以接受的。方法之二是在散热器表面安装所谓热分配表，并利用液体蒸发量来计算采暖用户的实际用热量。这种方法看似简单，造价也不算很高，但其缺点也是显而易见的，它不能实时计量和显示用热量，而必须等采暖期结束以后才能算总账，而且每个采暖期都必须更换蒸发液，累计运行费用并不比热量表方式低。总而言之，上述两种方法虽然可以比较准确地计量采暖用户的实际用热量，但都还存在着造价高或运行费用高等问题，而且供热商对采暖用户用热的监控、特别是远程监控的问题仍然未能解决。

本发明的目的即在于获得一种采暖系统用户用热计量及远程监控系统，以便对集中供热系统用户实际用热量实施准确的计量并对用户用热实施有效的远程监控。

为了实现上述目的，本发明在采暖系统各散热器的进水管路和出水管路的适当部位安装多个温度传感器和流量传感器以及可由温度传感器控制关断或开启的控制阀，并在采暖监控中心设置一级或多级监控器。各温度传感器所采集的水温数据和各流量传感器采集的水流量数据分别由各温度传感器和流量传感器按预先设置的程序处理后，以无线通信的方式发送至监控器；监控器接收到发自各温度传感器的水温数据和发自各流量传感器的水流量数据后，按预先设置的程序分别计算出各散热器的散热量(即用户用热量)；监控器按预先设置的程序发出的关闭或开通某散热器的监控指令也以无线通信的方式发送至相关的温度传感器，并由温度传感器控制相关的控制阀关断或开启。以下结合具体实施例对本发明采暖系统用户用热计量及远程监控系统的技术特征作进一步的详细说明。

附图1为单管采暖系统用户用热计量及远程监控系统图；

附图2为双管采暖系统用户用热计量及远程监控系统图；

附图3为温度传感器框图；

附图4为流量传感器框图；

附图5为监控器框图；

附图6为测温管式热水流量计的结构示意图；

附图7为具有随动温控功能的两通控制阀的结构示意图；

附图8、9为具有随动温控功能的两通控制阀阀杆、支架和杠杆配合关系的正视图和侧视图；

附图10为其有随动温控功能的三通控制阀的结构示意图。

以水为载热体的集中供热采暖系统大致可以分为两类，即单管采暖系统和双管采暖系统。在这两种采暖系统中，散热器的安装方式各不相同，本发明中的温度传感器、流量传感器和控制阀的安装位置也有所区别。

在单管采暖系统中(参见图1)，各散热器S(包括跨越管K)都是串联在同一进水立管中的，上游散热器的出水管路即为下游散热器的进水管路，在本发明单管采暖系统用户用热计量及远程监控系统中，温度传感器T分别安装在单管采暖系统各散热器S(包括跨越管K)的进水管路和出水管路中，上游散热器出水管路温度传感器可以作为下游散热器进水管路温度传感器。流量传感器F则安装在单管采暖系统的进水立管或出水立管中，且每个单管采暖系统只需要安装一个流量传感器。控制阀可以采用两通控制阀V₂，也可以采用三通控制阀V₃；两通控制阀V₂安装在单管采暖系统各散热器S(不包括跨越管K)的进水管路中，而三通控制阀则安装在单管采暖系统各散热器S和跨越管K的进水管路中。

在双管采暖系统中(参见图2)，各散热器S的进水管路并联于同一进水立管上，各散热器S的出水管路则并联于同一回水立管上。在本发明双管采暖系统用户用热计量及远程监控系统中，温度传感器T分别安装在双管采暖系统各散热器S的进水管路和回水管路中，而各散热器S进水管路温度传感器可由安装在双管采暖系统进水立管中的一个温度传感器代替。流量传感器F则安装在双管采暖系统各散热器S的进水管路中或出水管路中；控制阀则只能采用两通控制阀V₂并与相关的温度传感器一起安装在双管采暖系统各散热器S的出水管路中。

本发明中的温度传感器T(参见图3)由微处理器、温度采集器、无线通信模块、外围电路和电源组成，所采集的水温数据由微处理器按预先设置的程序处理后以无线通信的方式发送至监控器M；其中的温度采集器可采用多种型式，如测温电阻、热电偶等。

本发明中的流量传感器F(参见图4)由微处理器、流量采集器，无线通信模块、外围电路和电源组成，所采集的水流量数据由微处理器按预先设置的程序处理后以无线通信的方式发送至监控器M；其中的流量采集器也可以采取多种型式，例如采用所谓测温管式热水流量计。

参考图6，测温管式热水流量计的主体测温管1为内径、壁厚和导热系统均已标定的圆管，其两端带有管接头2并可通过管接头2安装在散热器的进水管路中或出水管路中，其内壁、外壁和中央处分别设置有内壁测温点3、外壁测温点4和中央测温点5。测温管式热水流量计测量热水流量的原理如下：

根据传热学理论，测温管内壁与外壁的导热量为：

q＝2λ(tw2-tw1)/(D-d)

其中λ为测温管材的导热系数，D和d分别为测温管的外径和内径，tw1和tw2分别为测温管外壁温度和内壁温度；

根据传热学理论，测温管内流体与管壁间的对流换热量为

q＝α(t_f-tw1)

其中α为对流换热系数，t_f为测温管内流体温度；

稳定传热时，上述两个q应该相等，从而可求出对流换热系数α；

另外有，Nu＝α·d/λ_f＝0.023Re^0.8·Pr^0.4，

其中Nu称为努谢尔特准数，Re为雷诺数，Pr为普朗特常数，λ_f为管内流体导热系数；

由此可求出雷诺数Re；

又，测温管内流体的流速为V＝Re·ν_f/d，

其中ν_f是流体的运动粘滞系数；

于是，可求得测温管内流体的体积流量为： $m=\frac{\mathrm{\π}}{4}\·d^2\·V$

显然，只要利用测温管式热水流量计分别测出管外壁温度tw1、管内壁温度tw2和管内热水温度t_f，并利用已知的测温管内径d、外径D和导热系数λ以及热水的导热系数λ_f和运动粘滞系数ν_f等参数，即可测得热水的体积流量。

本发明中的监控器(参见图5)由微处理器、键盘、显示器、无线通信模块、有线通信模块、外围电路和电源组成；所接收的发自各温度传感器的水温数据和发自各流量传感器的水流量数据由微处理器按预先设置的程序分别计算出各散热器的散热量(即用户用热量)并储存在微处理器中或以有线通信方式发送至上一级监控器，储存在微处理器中或上一级监控器中的用户用热量可随时调出并通过显示器加以显示；由微处理器按预先设置的程序(例如用户预缴的采暖费用尽时或用户续缴了采暖费后)所发出的关闭或开通某散热器的监控指令也以无线通信的方式发送至相关的温度传感器，并由该温度传感器控制相关的控制阀关断或开启。

本发明单管采暖系统用户用热计量及远程监控系统和双管采暖系统用户用热计量及远程监控系统中的两通控制阀可以采用多种型式，图7所示为一种具有随动温控功能的两通控制阀的结构示意图。

参考图7、8、9，具有随动温控功能的两通控制阀主要由阀体、阀杆、感温包、杠杆和电机及减速齿轮构成。阀体6为圆管形，其左右两端分别开有进口7和直通口8，其上侧开有阀口9，阀口9下方的阀体内带有一个两通阀座10，其上方则带有由阀芯座10和阀芯盖13组合而成的阀芯。阀杆12为圆杆，套装在阀芯中并可在其中上下移动，其上部带有一挡圈14，挡圈14的下方套装有一弹簧15，阀杆12的下端带有与两通阀座10互相配合以关断或开启阀体的两通阀盖16，阀杆12的上端伸出阀芯外。感温包17为一热敏伸缩器件，通过调整笼18和调节手柄19安装在阀杆12的正上方并且可在调节手柄19内热伸冷缩；其中央带有一帽筒20，帽筒20的下端伸入导向套27内并可沿导向套27上下滑动；导向套27的下端连接有一支架21，支架21与帽筒20内安装有一长弹簧22；支架21的底端形成一框体23并与阀杆12的顶端相抵触。杠杆24呈丁字形，通过短轴25安装在调整笼18上并且可绕短轴25上下转动，其一端伸入支架21底端的框体23中并与框体23互相配合，另一端带有一扇形齿轮26并与电机减速齿轮28互相啮合。

通常状态下，由于弹簧15的弹性力远大于长弹簧22的弹性力，阀杆12和两通阀盖16处于最高位，对应于两通控制阀全开。拧动调节手柄19可使感温包17和帽筒20同时下移并通过长弹簧22和支架21使阀杆12和两通阀盖16下移，从而减小两通控制阀的开度直至关断。由此可见，通过调节手柄19可以设定两通控制阀的最大开度，也即设定采暖室温。采暖室温设定以后，随着室温的逐渐升高，感温包17将逐渐伸长，帽筒20也将随之下移并通过长弹簧22和支架21使阀杆12及两通阀盖16逐渐下移，两通控制阀的开度逐渐减小；当室温达到设定的采暖室温时，两通控制阀将完全关闭。当室温回落时，感温包17将缩短、帽筒20随之上移，阀杆12及两通阀盖16也随之上移，两通控制阀将重新打开一定开度，以使室温不再继续回落，如此即可使室温自动维持在设定的采暖室温。

在上述两通控制阀中，杠杆24和电机及减速齿轮28是执行监控器M远程监控指令的机构。当散热器S进水管路或出水管路中的温度传感器T接收到发自监控器M的关闭或开通该散热器S的指令时，即控制电机及减速齿轮28启动并通过扇形齿轮26使杠杆24转动，从而使杠杆24的右端下压或上扬并通过支架21底端的框体23使阀杆12及两通阀盖16下移或上移，进而使两通控制阀关断或开启。

本发明单管采暖系统用户用热计量及远程监控系统中的三通控制阀也可以采用多种型式，图10所示为一种具有随动温控功能的三通控制阀的结构示意图，其结构和控制机理与图7所示的具有随动温控功能的两通控制阀基本相同，但阀体6的下侧增开了一个与阀口9相对的旁通口29，阀口29与旁通口29之间的阀体内设有一个三通阀座30，从而形成了进口→直通口和进口→旁通口两个流道。阀杆12的下部同时装有两个与三通阀座30互相配合的阀盖31和阀盖32，并分别控制着上述两个流道的流体流量。由于阀盖31和阀盖32安装于同一阀杆12上，因此当阀杆12上移或下移时，阀盖31和阀盖32将同步动作，两个流道的流体流量将此消彼长并保持总流量不变。安装时，应将直通口8与单管采暖系统散热器S的进水管路相连，旁通口29与跨越管K相连，进口7则与单管采暖系统进水立管相连，如此即可保证随动温控功能的实现和远程监控指令的正确执行。

由以上所述可见，本发明采暖系统用户用热计量及远程监控系统构成简单，安装管理方便，除可对用户用热实施计量和远程监控外，还可随时向热力公司提供有关的热网信息。因此，本发明特别适用于各类以水为载热体的集中供热采暖系统。

Claims (7)

1、一种单管采暖系统用户用热计量及远程监控系统，其特征在于由多个温度传感器和流量传感器以及监控器组成；所述各温度传感器由微处理器、温度采集器、无线通信模块、外围电路和电源组成并分别安装在单管采暖系统各散热器(包括跨越管)的进水管路和出水管路中，所采集的水温数据由微处理器按预先设置的程序处理后以无线通信的方式发送至监控器；所述流量传感器由微处理器、流量采集器、无线通信模块、外围电路和电源组成并安装在单管采暖系统的进水立管中或出水立管中，所采集的水流量数据由微处理器按预先设置的程序处理后以无线通信的方式发送至监控器；所述监控器由微处理器、键盘、显示器、无线通信模块、有线通信模块、外围电路和电源组成，所接收的发自各温度传感器的水温数据和发自流量传感器的水流量数据由微处理器按预先设置的程序分别计算出各散热器的散热量并储存在微处理器中或以有线通信方式发送至上一级监控器，由微处理器按预先设置的程序所发出的关闭或开通某散热器的监控指令也以无线通信的方式发送至安装在该散热器进水管路中的温度传感器。

2、根据权利要求1所述的单管采暖系统用户用热计量及远程监控系统，其特征在于所述单管采暖系统各散热器进水管路中分别安装有可由安装在该散热器进水管路中的温度传感器控制关断或开启的两通控制阀或三通控制阀，各散热器进水管路中的温度传感器接收到发自监控器的关闭或开通该散热器的监控指令后即控制相关的两通控制阀或三通控制阀关断或开启。

3、一种双管采暖系统用户用热计量及远程监控系统、其特征在于由多个温度传感器和流量传感器以及监控器组成；所述各温度传感器由微处理器、温度采集器、无线通信模块、外围电路和电源组成并分别安装在双管采暖系统各散热器的进水管路和出水管路中，所采集的水温数据由微处理器按预先设置的程序处理后以无线通信的方式发送至监控器；所述各流量传感器由微处理器、流量采集器、无线通信模块、外围电路和电源组成并分别安装在双管采暖系统各散热器的进水管路或出水管路中，所采集的水流量数据由微处理器按预先设置的程序处理后以无线通信的方式发送至监控器；所述监控器由微处理器、键盘、显示器、无线通信模块、有线通信模块、外围电路和电源组成，所接收的发自各温度传感器的水温数据和发自各流量传感器的水流量数据由微处理器按预先设置的程序分别计算出各散热器的散热量并储存在微处理器中或以有线通信方式发送至上一级监控器，由微处理器按预先设置的程序所发出的关闭或开通某散热器的监控指令也以无线通信的方式发送至安装在该散热器进水管路或出水管路中的温度传感器。

4、根据权利要求3所述的双管采暖系统用户用热计量及远程监控系统，其特征在于所述双管采暖系统各散热器出水管路中分别安装有可由安装在该散热器出水管路中的温度传感器控制关断或开启的两通控制阀，各散热器出水管路中的温度传感器接收到发自监控器的关闭或开通该散热器的监控指令后即控制相关的两通控制阀关断或开启。

5、根据权利要求1所述的单管采暖系统用户用热计量及远程监控系统或权利要求3所述的双管采暖系统用户用热计量及远程监控系统，其特征在于所述流量采集器是由测温管构成的测温管式热水流量计；所述测温管为内径、外径和管材导热系数均已标定的圆管，其两端带有管接头并可通过管接头安装在散热器的进水管路或出水管路中，其内壁、外壁和中央分别设有内壁侧温点、外壁测温点和中央测温点。

6、根据权利要求2所述的单管采暖系统用户用热计量及远程监控系统或权利要求4所述的双管采暖系统用户用热计量及远程监控系统，其特征在于所述的两通控制阀由阀体、阀杆、感温包、杠杆和电机及减速齿轮构成，所述阀体为圆管形，其左右两端分别开有进口和直通口，其上侧开有阀口，阀口下方的阀体内带有一两通阀座，其上方则带有由阀芯座和阀芯盖组合而成的阀芯；所述阀杆为圆杆，套装在所述阀芯中并可在其中上下移动，其上部带有一挡圈，挡圈的下方套装有一弹簧，阀杆的下端带有与所述两通阀座互相配合的两通阀盖，其上端伸出阀芯外；所述感温包为热敏伸缩器件，通过调整笼和调节手柄安装在所述阀杆的正上方并可在调节手柄内热伸冷缩，其中央带有一帽筒，帽筒的下端伸入导向套内并可沿导向套上下滑动，导向套的下端连接有一支架，支架与帽筒内安装有一长弹簧，支架的底端形成一框体并与所述阀杆的顶端相抵触；所述杠杆呈丁字形，通过短轴安装在所述调整笼上并且可绕短轴上下转动，其一端伸入所述支架底端的框体中并与框体互相配合，另一端带有一扇形齿轮并与所述电机减速齿轮互相啮合。

7、根据权利要求2所述的单管采暖系统用户用热计量及远程监控系统，其特征在于所述三通控制阀由阀体、阀杆、感温包、杠杆和电机及减速齿轮构成；所述阀体为圆管形，其左右两端分别开有进口和直通口，其上、下两侧分别开有相对的阀口和旁通口，阀口与旁通口之间的阀体内带有三通阀座，阀口的上方带有由阀芯座和阀芯盖组合而成的阀芯；所述阀杆为圆杆，套装在所述阀芯中并可在其中上下移动，其上部带有一挡圈，挡圈的下方套装有一弹簧，阀杆的下端带有两个分别与所述三通阀座互相配合的阀盖，其上端伸出阀芯外；所述感温包为热敏伸缩器件，通过调整笼和调节手柄安装在所述阀杆的正上方并可在调节手柄内热伸冷缩，其中央带有一帽筒，帽筒的下端伸入导向套内并可沿导向套上下滑动，导向套的下端连接有一支架，支架与帽筒内安装有一长弹簧，支架的底端形成一框体并与所述阀杆的顶端相抵触；所述杠杆成丁字形，通过短轴安装在所述调整笼上并且可绕该短轴上下转动，其一端伸入所述支架底端的框体中并与框体互相配合，另一端带有一扇形齿轮并与所述电机减速齿轮互相啮合。

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