CN202853808U - 流量温差比例冷量分配系统 - Google Patents

Abstract

流量温差比例冷量分配系统，涉及一种冷量分配系统。实用新型解决了目前所应用冷计量方法的缺陷，计量出的结果准确、可靠。具体方案为：每个末端风机盘管前设置带有流量测量功能的平衡阀，借助该平衡阀门进行系统水力平衡调节及测量流经风机盘管的流量；在冷源出口或总分支干管设置冷量表，在用户末端进、出水管上设置供、回水温度传感器，将所测得的供、回水温度和系统总供冷量通过有线或无线方式送到积算器或数据中心完成冷量计算分配工作。本实用新型适用于对末端风速实行通断调节、三档变速调节、无级变速调节的空调系统，也适用于末端风速实行通断调节与无级调速相结合调节的空调系统。

Description

流量温差比例冷量分配系统

技术领域

本实用新型涉及一种冷量分配系统。

背景技术

我国冷量计量起步较晚，大多既有建筑没有安装冷量计量设施，很少一部分新建建筑的集中空调系统设置了冷量计量仪表。目前国内应用的计量收费方法有：面积法、水侧冷量表法（整体式、分体式）、电量法、时间法；国内学者的理论研究有：风侧冷量法、风侧焓差法、谐波反应法。

1.面积法

由于以前在国内暖通空调设计和物业管理中没有考虑计量的要求，空调系统未设计量装置。因此，供冷部门按使用者的面积收取冷量费用。这种方法由于不关心用户实际用能的多少，容易使用户产生“用和不用一样，用多用少一样”的观念，不利于调动用户的节能意识。

2.水侧冷量表法

水侧冷量表法有整体式冷量表法和分散式冷量表法两种。整体式冷量表由流量传感器、配对温度传感器和积分仪组成。整体式冷量表直接安装在需要测量冷量的位置，如直接在风机盘管的冷冻水供回水管上各装一个温度传感器，供（回）水管上装一个流量传感器，直接测量出系统供冷量。该种方法原理清楚，计量结果精度高，安装简单，但初投入高，寿命受流量传感器制约，产品寿命较短。分散式冷量表的设备组成与整体式冷量表相近，只不过用计算机代替整体式冷量表的积分仪来完成冷量计算。该方法在每组风机盘管的冷冻水供回水管上各装一个温度传感器，供（回）水管上装一个流量传感器，通过测量流过风机盘管的冷水流量和供回水温差并进行时间上的累积计算得到冷量。该方法利用有线或无线技术，将流量传感器及温度传感器检测的数据送到计算中心集中进行冷量计算。该种方法原理清楚，但初投入高，寿命受流量传感器制约，产品寿命较短。

3.时间法

时间法是根据风机盘管的风速状态，计算风机高、中、低档时的制冷系数和冷水阀在三种风速下对应的开启时间，来计算风机盘管的冷量系数从而实现计费。在计算冷量系数之前，还需要通过一个温度联锁计量算法，检测室内温度和风机盘管送风温度，在盘管处于供冷状态时，才能开始计算冷量系数。该法的优点是成本低，初投资小，安装维修简单，运行可靠。但是它没有考虑盘管水量变化、冷水温度的变化、室内空气状态对风机盘管机组冷量的影响，而直接采用风机盘管的额定冷量作为计量基础，这将会因实际工况与额定工况的差别而带来较大误差。该方法仅适用于分级固定风速的系统，不适用变风量系统。

4.风侧冷量法

该方法从正交试验的角度出发，确定影响风机盘管冷量的主要因素是：风机盘管空气入口温度、空气入口湿度和风量，通过测量空气入口温湿度和风量，来计算风机盘管的供冷量。此方法需要设置空气入口温湿度测量传感器，风量可以由风机盘管三速开关档位信息近似得到。该法测量参数少，初投资低，安装施工简单。但是当系统为变流量时，可能产生较大的测量误差，故要求末端水路无阀。另外，不同的风机盘管的结构参数存在差别，产品性能不同的影响必须通过试验进行修正。该法湿度传感器价格较高，整体计量精度不及水侧计量方法高。

5.风侧焓差法

该方法将出口空气相对湿度取为定值，由风机盘管三速开关档位信息近似得到盘管的电功率，根据功率和风量的关系来间接得到风量，通过测量进出风机盘管的空气温度、进口空气相对湿度和盘管耗电功率得到冷量。该方法出口温度测点位置需要通过实验确定；焓差法冷量计量的大致误差限约为20%。若想减小误差，则必须提高传感器的精度而这又将导致造价的提高。

6.谐波反应法

该方法根据空调建筑谐波反应系数法冷负荷计算的基本原理，对用户各个用冷时刻的冷负荷进行理论计算，再根据用冷时间得到用户的用冷量。该方法在每个房间的适当位置安装一个高灵敏度温度传感器，精确测量室内温度，在四面外墙的适当位置各安装一个电子辐射计和一个温度传感器，分别测量各时刻太阳照度和室外空气温度，并判断用户是否在用冷，利用谐波反应系数法计算出冷负荷。谐波反应法计量精度高于计时法，初投资低于冷量表法。由于室内热源和人员情况没考虑，因此当室内热源变化较大或者开关机频率高时可能引起较大的误差。

实用新型内容

本实用新型是为了解决采用风机盘管空调系统的公寓及办公类建筑的冷量分配问题，以及为了解决采用水侧冷量表方法的初投资高及维护工作量大的问题，再及为了解决时间分配表方法仅能用于分级固定风速的系统，不能计量变风量系统冷量问题，又及回避风侧计量过程中相对湿度、风量等难以测量及校验的困难的问题，从而提供一种流量温差比例冷量分配系统。

流量温差比例冷量分配系统，它包括无线信号发射设备1、总冷量表2、A个数据采集显示器3、计算机8、无线信号接收设备9、第三通讯线14、N组风机盘管4、N个供水温度传感器6、N个回水温度传感器7、N个单点平衡阀10-1、N个单点闸阀11-1、M个支路平衡阀10-2、M个支路闸阀11-2、Z组总平衡阀10-3和Z个总闸阀11-3；所述N组风机盘管4分成A组，A、N、M和Z均为正整数；

每组风机盘管4的供水管通过一个单点闸阀11-1与一个供水支路连通，所述每个供水支路通过一个支路平衡阀10-2与一个供水总路连通；每个供水总路上均通过一个总平衡阀10-3与供水干路连通；

每个风机盘管4的供水管上均设置有一个供水温度传感器6，该供水温度传感器6用于测量该风机盘管4的供水温度；

每组风机盘管4的回水管通过一个单点平衡阀10-1与一个回水支路连通，所述每个回水支路通过一个回路闸阀11-2与一个回水总路连通；每个回水总路上均通过一个总闸阀11-3与回水干路连通；

每个风机盘管4的回水管上均设置有一个回水温度传感器7，该回水温度传感器7用于测量该风机盘管4的回水温度；

总冷量表2设置在供水干路或回水干路上，用于检测系统总冷量；

A个数据采集器3与A组风机盘管4相对应，每个数据采集显示器3采集一组风机盘管4中每个风机盘管4的供水温度和回水温度；

A个数据采集器3之间通过第三通讯线14进行数据交互；

无线信号发射设备1用于将A个数据采集器3的数据发射至无线信道，还用于将总冷量表2的数据发射至无线信道；

无线信号接收设备9用于接收无线信号发射电路1发射的无线信号；

所述无线信号接收设备9的无线信号输出端与计算机8的无线信号输入端连接。

有益效果：本实用新型方法根据流体输配的原理，通过初始流量分配系数的测定，利用分配系数不变的特点，同时结合末端测量的供、回水温差就能够实现冷量合理的分配到系统的每个末端。实现了“用多少冷、缴多少费”的目的，鼓励用户节能行为，同时使用户的节能行为得到相应的收益。

本实用新型直接解决了用冷终端按面积分配的“大锅饭”模式，实现了建筑内的空调用户根据自己的耗冷量缴纳相应费用的目标。本实用新型解决了末端设置冷量表造成初投资高的缺陷以及需要定期校验及维护工作量大的问题；解决了时间法因忽略设备实际运行工况与额定工况之间的差别而不能反映用户真正耗冷量的问题、不能计量变风速风机盘管系统冷量的问题；解决了风侧焓差法温度测点设置需要由实验确定，湿度传感器价格高以及测量误差大的问题；解决了风侧冷量法只能在定水量下，运行造成水泵运行费用高的问题。本实用新型的冷计量系统简单可靠，安装方便，故障率低、初投资及后期维护管理费用低，计量出的结果准确、可靠，在完成计量的同时，实现了系统的水力平衡。本实用新型的方法，可以根据负荷变化实现变流量下一致等比例变化运行，适用于对末端风速实行通断调节、三档变速调节、无级变速调节的系统，也适用于末端风速实行通断调节与无级调速相结合调节的系统。计量结果能够真正反映用户的实际使用量。

本实用新型的主要特点是在每个风机盘管进水管上设置平衡阀，借助该平衡阀门进行系统水力平衡调节及测量流经风机盘管的流量；无论冷源系统是采用变流量调节还是采用定流量调节，都能够保证流过每个末端盘管的流量与干管总流量之比为一恒定值。在冷源出口或总分支干管上设置冷量总表，测量总冷量、流量及相应的供/回水温差。每个风机盘管进/出水口设置供/回水温度传感器，用于测量每个风机盘管的水温升变化。将测得的风机盘管的供/回水温送至温度采集显示器，采集显示器再将测量的供/回水温度连同测量的系统的总冷量、总流量、总温差，通过有线或无线方式，送往计算中心。由计算中心计算每个风机盘管分配的冷量。

本实用新型的具体优点主要表现在以下几个方面：

1）计量原理理论依据充分、简单，可消除系统及人的因素对计量原理的干扰，计量结果准确。

2）流量温差比例分配法建立的基础就是前期阶段对系统进行的水力平衡工作，从而能够在计量的同时真正实现系统的水力平衡。

3）流量温度比例法不需实时监测终端流量，不但实现了计量用户耗冷量的目的，还可降低计量设备的初投资及后期运行维护费用。

4）流量温差比例法适用于对末端风速实现通断调节、三档变速调节、无级变速调节的系统，也适用于末端实现通断调节与无级调速相结合调节的系统。新建及既有系统均可应用。

5）系统简单可靠、故障率低、寿命长，维护简单、冷量费用分配结果人们容易理解和接受，符合中国老百姓的消费层次和理解接受程度。

附图说明

图1是本实用新型系统的结构示意图。其中标记12为第一通讯线；标记13为第二通讯线；14为第三通讯线；标记15为第四通讯线；16为第五通讯线。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，流量温差比例冷量分配系统，它包括无线信号发射设备1、总冷量表2、A个数据采集显示器3、计算机8、无线信号接收设备9、第三通讯线14、N组风机盘管4、N个供水温度传感器6、N个回水温度传感器7、N个单点平衡阀10-1、N个单点闸阀11-1、M个支路平衡阀10-2、M个支路闸阀11-2、Z组总平衡阀10-3和Z个总闸阀11-3；所述N组风机盘管4分成A组，A、N、M和Z均为正整数；

每组风机盘管4的供水管通过一个单点闸阀11-1与一个供水支路连通，所述每个供水支路通过一个支路平衡阀10-2与一个供水总路连通；每个供水总路上均通过一个总平衡阀10-3与供水干路连通；

每个风机盘管4的供水管上均设置有一个供水温度传感器6，该供水温度传感器6用于测量该风机盘管4的供水温度；

每组风机盘管4的回水管通过一个单点平衡阀10-1与一个回水支路连通，所述每个回水支路通过一个回路闸阀11-2与一个回水总路连通；每个回水总路上均通过一个总闸阀11-3与回水干路连通；

每个风机盘管4的回水管上均设置有一个回水温度传感器7，该回水温度传感器7用于测量该风机盘管4的回水温度；

总冷量表2设置在供水干路或回水干路上，用于检测系统总冷量；

A个数据采集器3与A组风机盘管4相对应，每个数据采集显示器3采集一组风机盘管4中每个风机盘管4的供水温度和回水温度；

A个数据采集器3之间通过第三通讯线14进行数据交互；

无线信号发射设备1用于将A个数据采集器3的数据发射至无线信道，还用于将总冷量表2的数据发射至无线信道；

无线信号接收设备9用于接收无线信号发射电路1发射的无线信号；

所述无线信号接收设备9的无线信号输出端与计算机8的无线信号输入端连接。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的流量温差比例冷量分配系统的区别在于，它还包括第五通讯线16，所述总冷量表2的冷量信号输出端通过第五通讯线16与无线信号发射电路1的冷量信号输入端连接。

具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的流量温差比例冷量分配系统的区别在于，它还包括A个第二通讯线13，N/A个供水温度传感器6的供水温度信号输出端接入一个第二通讯线13；N/A个回水温度传感器7的回水温度信号输出端也接入该个第二通讯线13；A个数据采集器3分别接入A个第二通讯线13。

具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一所述的流量温差比例冷量分配系统的区别在于，它还包括第四通讯线15，A个数据采集器3通过第四通讯线15与无线信号发射设备1进行通讯。

工作原理：本实用新型的流量温差比例冷量分配方法，它由以下步骤实现：

步骤一、将系统循环水泵的频率设为恒定值，通过N个单点平衡阀10-1调节N组风机盘管4的水流量达到预设值，并锁定每个单点平衡阀10-1的开度，同时记录每组风机盘管4中的水流量值G_i；

步骤二、采用总冷量表采集供水或回水干路的流量值G_z，并根据步骤一记录的流量值G_i，通过公式：

α_i=G_i/G_z

获得每组风机盘管4的流量分配系数；

步骤三、计算每组风机盘管4的冷量分配：根据第i组风机盘管4的供、回水温差、系统总供、回水温差，以及总冷量表测得的系统总冷量值，利用公式：

$Q_i=Q_z\·{\mathrm{\α}}_i\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}$

对冷量进行分配；

式中：Q_i为第i个用户分配的冷量，单位是KJ；Q_z为总冷量表测量的系统的总供冷量，单位是KJ；α_i为第i个用户的流量分配系数；(t_h-t_g)_i为第i个用户的供回水温差，单位是℃；(t_h-t_g)_z是系统的总供、回水温差，单位℃；

角标“i”为用户数，“z”为总冷量表的测量数据、“k”为采样时段。

用于测量总供冷量的总冷量表设在冷源处的总供水干管、总回水干管上、支路的供水管上或回水管上。

总冷量表为能够计量总供冷量的仪表或者是能够计量电量的电量表。

各部件之间采用有线或无线的方式进行通信。

单点闸阀11-1、支路闸阀11-2和总闸阀11-3均采用蝶阀、球阀或其他具有关闭功能的阀门实现。

平衡阀和闸阀设置在在供水管或回水管上。只要各个设备在管路上的位置设置位置一致即可。

本实用新型的原理：

风机盘管系统冷源出口或总分支干管的冷量为：

$Q_z=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{zk}}\·c\·{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_k---\left(3\right)$

各个末端的风机盘管冷量：

$Q_i=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{ik}}\·c\·{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_k---\left(4\right)$

由式（3）及式（4）可以得到：

$\frac{Q_i}{Q_z}=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{ik}}\·c\·{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_k}{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{zk}}\·c\·{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\τ}}_k}$

$=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{G_{\mathrm{ik}}}{G_{\mathrm{zk}}}\·\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}$

$=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ik}}\·\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}---\left(5\right)$

根据流体的输配原理可知，阀门开度不变的情况下有：

α_i1＝α_i2＝…＝α_ik＝…=α_n＝C    （6）

于是式（5）可以得到：

$\frac{Q_i}{Q_z}={\mathrm{\α}}_i\·\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}---\left(7\right)$

$Q_i=Q_z\·{\mathrm{\α}}_i\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{ik}}}{{(t_h-t_g)}_{\mathrm{zk}}}---\left(8\right)$

式中：Q_z——风机盘管系统冷源出口或总分支干管的冷量，KJ；

Q_i——风机盘管的冷量，KJ；

t_gt_h——冷冻水进、出水温度,，℃；

G_z、G_i——分别为冷源出口或总分支干管的水流量及通过风机盘管的水流量，kg/h；

α_i——流过第i个风机盘管的流量与总流量的比值，简称为流量比；

Δτ——时间，h；

c——水的比热,KJ/(kg.℃)。

角标“k”表示第k个采样间隔。

式（7）表明，当系统中流过任一风机盘管的流量与总流量的比值一定时，只需要测量系统的总冷量、总流量、总供/回水温差及每个风机盘管的供/回水温差，即可以得到每个风机盘管分配的冷量。式中参数为流量比和温差比，因此可将依据式（8）进行冷量分配的方法称为流量温差比例分配法。

由本实用新型的原理可知，本实用新型的实现，需要下述三个条件：

（1）知道每个风机盘管的流量分配系数；

（2）在整个分配的过程需要保持系统水侧阻力特性不变，用户的冷量调节通过改变风机转速实现；

（3）要计量整个系统的总冷量、供回水温差及各个末端的供回、水温差。

Claims (4)

1.流量温差比例冷量分配系统，其特征是：它包括无线信号发射设备（1）、总冷量表（2）、A个数据采集显示器（3）、计算机（8）、无线信号接收设备（9）、第三通讯线（14）、N组风机盘管（4）、N个供水温度传感器（6）、N个回水温度传感器（7）、N个单点平衡阀（10-1）、N个单点闸阀（11-1）、M个支路平衡阀（10-2）、M个支路闸阀（11-2）、Z组总平衡阀（10-3）和Z个总闸阀（11-3）；所述N组风机盘管（4）分成A组，A、N、M和Z均为正整数；

每组风机盘管（4）的供水管通过一个单点闸阀（11-1）与一个供水支路连通，所述每个供水支路通过一个支路平衡阀（10-2）与一个供水总路连通；每个供水总路上均通过一个总平衡阀（10-3）与供水干路连通；

每个风机盘管（4）的供水管上均设置有一个供水温度传感器（6），该供水温度传感器（6）用于测量该风机盘管（4）的供水温度；

每组风机盘管（4）的回水管通过一个单点平衡阀（10-1）与一个回水支路连通，所述每个回水支路通过一个回路闸阀（11-2）与一个回水总路连通；每个回水总路上均通过一个总闸阀（11-3）与回水干路连通；

每个风机盘管（4）的回水管上均设置有一个回水温度传感器（7），该回水温度传感器（7）用于测量该风机盘管（4）的回水温度；

总冷量表（2）设置在供水干路或回水干路上，用于检测系统总冷量；

A个数据采集器（3）与A组风机盘管（4）相对应，每个数据采集显示器（3）采集一组风机盘管（4）中每个风机盘管（4）的供水温度和回水温度；

A个数据采集器（3）之间通过第三通讯线（14）进行数据交互；

无线信号发射设备（1）用于将A个数据采集器（3）的数据发射至无线信道，还用于将总冷量表（2）的数据发射至无线信道；

无线信号接收设备（9）用于接收无线信号发射电路（1）发射的无线信号；

所述无线信号接收设备（9）的无线信号输出端与计算机（8）的无线信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的流量温差比例冷量分配系统，其特征在于它还包括第五通讯线（16），所述总冷量表（2）的冷量信号输出端通过第五通讯线（16）与无线信号发射电路（1）的冷量信号输入端连接。

3.根据权利要求1所述的流量温差比例冷量分配系统，其特征在于它还包括A个第二通讯线（13），N/A个供水温度传感器（6）的供水温度信号输出端接入一个第二通讯线（13）；N/A个回水温度传感器（7）的回水温度信号输出端也接入该一个第二通讯线（13）；A个数据采集器（3）分别接入A个第二通讯线（13）。

4.根据权利要求1所述的流量温差比例冷量分配系统，其特征在于它还包括第四通讯线（15），A个数据采集器（3）通过第四通讯线（15）与无线信号发射电路（1）进行通讯。

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