CN204404420U - 一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及集中供热和集中供冷技术领域，旨在提供一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜，冷热水输配增压装置包括供水管、回水管、手动截止阀、温度传感器、压力传感器、增压水泵、平衡管、循环水泵、控制器，供水管和回水管分别连通热源侧和用户侧，且供水管和回水管分别在热源侧和用户侧的管口处设有手动截止阀；平衡管连通供水管和回水管，将供水管分为供水管一次侧和供水管二次侧，将回水管分为回水管一次侧和回水管二次侧。本实用新型结构紧凑，基于气候补偿，通过增压水泵和循环水泵同时作用，对供水温度和流量进行调节，确保终端用户的供水温度符合需求的同时，装置的运行能效处于最佳状态。

Description

一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜

技术领域

本实用新型是关于集中供热和集中供冷技术领域，特别涉及一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜。

背景技术

在集中供热系统或集中制冷系统中，由于各个区域的使用需求不同，所需的供水温度和供水流量就会有差别产生。例如在集中供热系统中，新建楼宇的供水温度可明显低于建成多年的楼宇，当供水温度出现差别时，为了确保各个楼宇都能达到要求，因而热源的供水温度会以建成多年的楼宇为标准进行供水；同时根据回水温度的高低在热源侧进行循环水泵的变频调节。由于新建楼宇的供水温度偏高，降低了采暖的舒适性，可能会产生开窗通风等不节能的现象。

其次，在集中供热系统或集中制冷系统中，当所有的调节手段均放在供水侧，造成的后果是供热温度偏高或供冷温度偏低，由于集中供热或集中制冷管线长，即使保温效果良好，也会有部分热量损失在管网中。

目前在供热供冷系统中，已经开始在终端用户侧设置用户混水泵，用于降低管网一次侧的资用压头，提供终端用户附加的资用压头。然而，在使用的过程中，由于各级水泵并未协同控制，造成最后的运行结果仍然通过热源侧阀门进行调节。

因而，在终端用户侧，根据用户需求结合室外温度的气候补偿，在水力平衡的基础上进行供水温度和流量的“质”、“量”双调，是该领域的研究重点，因为在使终端用户获得舒适的室内温度的同时，还能降低系统的能耗，意义重大。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种在确保终端用户获得合适的室内温度的同时，降低系统的能耗，且能对供水温度和流量进行双调的冷热水输配增压柜。为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜，包括冷热水输配增压装置，所述冷热水输配增压装置包括供水管、回水管、手动截止阀、温度传感器、压力传感器、增压水泵、平衡管、循环水泵、控制器；

所述供水管和回水管分别连通热源侧和用户侧，且供水管和回水管分别在热源侧和用户侧的管口处设有手动截止阀；平衡管连通供水管和回水管，将供水管分为供水管一次侧和供水管二次侧，将回水管分为回水管一次侧和回水管二次侧，即供水管从热源侧到平衡管的连接处为供水管一次侧，供水管从用户侧到平衡管的连接处为供水管二次侧，回水管从热源侧到平衡管的连接处为回水管一次侧，回水管从用户侧到平衡管的连接处为回水管二次侧；

所述供水管一次侧上安装有温度传感器A和压力传感器A，供水管二次侧上安装有增压水泵、温度传感器B和压力传感器B，平衡管上安装有循环水泵，回水管二次侧上安装有温度传感器C和压力传感器C；所述增压水泵连接有配套的变频器B，用于调节频率后实现冷热水的输配增压；所述温度传感器A、压力传感器A和温度传感器B、压力传感器B分别安装在增压水泵进口、出口位置，温度传感器A用于检测供水管一次侧的供水温度，压力传感器A用于检测平衡管上循环水泵的出口压力和增压水泵的进口压力，温度传感器B用于检测增压水泵的出口温度(即用户侧的供水温度)，压力传感器B用于检测增压水泵的出口压力；所述循环水泵连接有配套的变频器A，用于变频调节后实现用户侧供水温度的控制；所述温度传感器C和压力传感器C安装在循环水泵的进口位置，温度传感器C用于检测用户侧的回水温度，压力传感器C用于检测循环水泵的进口压力(即用户侧的回水压力)；

所述控制器采用可编程逻辑控制器，控制器分别与温度传感器、压力传感器、变频器连接；控制器用于通过计算温度传感器、压力传感器测得的数据，进行能效分析，并控制增压水泵和循环水泵的频率，进而实现终端用户供水温度和供水流量的控制。

作为进一步的改进，所述回水管一次侧上还设有排污口，用于排出供水管、回水管中的水。

作为进一步的改进，所述供水管、平衡管和回水管的外部都包裹有隔热保温层，隔热保温层的隔热保温材料采用离心玻璃棉。

作为进一步的改进，所述基于能效优化控制的冷热水输配增压柜还包括柜体，柜体是矩形结构的柜体，柜体前面设有双开门，左侧门上安装有玻璃面板，柜体后面设置有散热孔结构，柜体两侧分别开有两个供水管连接口和回水管连接口；冷热水输配增压装置安装在柜体内，冷热水输配增压装置内的供水管、回水管分别通过柜体两侧的供水管连接口、回水管连接口，与外部的供水管、回水管实现连接，冷热水输配增压装置内的控制器与玻璃面板对应设置，能通过玻璃面板查看柜体内部控制器的屏幕显示。

作为进一步的改进，所述基于能效优化控制的冷热水输配增压柜还包括室外温度传感器，室外温度传感器设置在柜体外，控制器能利用室外温度传感器检测到的室外温度，实现气候补偿的优化控制。

作为进一步的改进，所述柜体的底部设有安装底座，安装底座上焊接有两条槽钢，槽钢能利用地脚螺栓实现柜体的固定。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型装置结构紧凑，基于气候补偿，通过增压水泵和循环水泵同时作用，对供水温度和流量进行调节，确保终端用户的供水温度符合需求的同时，装置的运行能效处于最佳状态。另外，由于装置的各个部件均可以在工厂完成组装，而且装置箱体的设计，除了可放置在室内运行外，还可放置在户外。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图。

图2为本实用新型中的柜体结构示意图。

图3为实例1中冷热水输配增压柜的主视图。

图4为实例2中冷热水输配增压柜的主视图。

图中的附图标记为：1 手动截止阀；2 温度传感器A；3 压力传感器A；4 增压水泵；5 平衡管；6 供水管；7 回水管；8 循环水泵；9 温度传感器B；10 柜体；11 控制器；12室外温度传感器；13 槽钢；14 地脚螺栓；15 压力传感器B；16 温度传感器C；17 压力传感器C；18 变频器A；19 变频器B。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜包括冷热水输配增压装置、柜体10和室外温度传感器12，冷热水输配增压装置安装在柜体10内，室外温度传感器12设置在柜体10外。

如图1所示，冷热水输配增压装置包括供水管6、回水管7、手动截止阀1、温度传感器、压力传感器、增压水泵4、平衡管5、循环水泵8、控制器11。供水管6和回水管7分别连通热源侧(即一次侧)和用户侧(即二次侧)，供水管6和回水管7分别在热源侧和用户侧的管口处设有手动截止阀1，且供水管6和回水管7外面包裹有材质为离心玻璃棉的隔热保温层。平衡管5连通供水管6和回水管7，将供水管6分为供水管一次侧和供水管二次侧，将回水管7分为回水管一次侧和回水管二次侧，即供水管6从热源侧到平衡管5的连接处为供水管一次侧，供水管6从用户侧到平衡管5的连接处为供水管二次侧，回水管7从热源侧到平衡管5的连接处为回水管一次侧，回水管7从用户侧到平衡管5的连接处为回水管二次侧。

供水管一次侧上安装有温度传感器A2和压力传感器A3，供水管二次侧上安装有增压水泵4、温度传感器B9和压力传感器B15。增压水泵4与配套的变频器A18相连接，用于调节频率后实现冷热水的输配增压。温度传感器A2、压力传感器A3和温度传感器B9、压力传感器B15分别安装在增压水泵4进口、出口位置；温度传感器A2用于检测供水管一次侧的供水温度，压力传感器A3用于检测平衡管5上循环水泵8的出口压力和增压水泵4的进口压力，温度传感器B9用于检测增压水泵4的出口温度，即用户侧的供水温度，压力传感器B15用于检测增压水泵4的出口压力。平衡管5上安装有循环水泵8，循环水泵8与配套的变频器B19相连接，用于变频调节后实现用户侧供水温度的控制。回水管二次侧上安装有温度传感器C16和压力传感器C17，温度传感器C16和压力传感器C17安装在循环水泵8的进口位置，温度传感器C16用于检测用户侧的回水温度，压力传感器C17用于检测循环水泵8的进口压力，即用户侧的回水压力。回水管一次侧上设有排污口，便于检修时，排出供水管6、回水管7中的水。

压力传感器分别测量增压水泵4的扬程和循环水泵8的扬程，进而计算增压水泵4和循环水泵8的流量、内功率和效率，及用户侧的供水流量和平衡管5的流量。

根据温度传感器B9和温度传感器C16的温差，结合增压水泵4的流量能计算出用户侧的输出能量。根据温度传感器A2和温度传感器C16的温差，结合热源侧的流量能计算出热源侧的输入能量，其中热源侧的流量根据增压水泵4的流量减去循环水泵8的流量计算。

控制器11采用可编程逻辑控制器，控制器11分别与温度传感器、压力传感器、变频器连接，用于通过利用温度传感器、压力传感器测得的数据，根据热源侧的输入能量和用户侧的输出能量，通过逻辑程序进行能效分析，并控制增压水泵4和循环水泵8的频率，进而实现终端用户供水温度和供水流量的控制；且控制器11能利用室外温度传感器12检测到的室外温度，实现气候补偿的优化控制。

如图2所示，柜体10为矩形结构，柜体10前面设有双开门，左侧门上安装有玻璃面板，柜体10后面设置有散热孔结构，柜体10两侧分别开有两个供水管连接口和回水管连接口，柜体10的底部设有安装底座，安装底座上焊接有两条槽钢13，槽钢13能利用地脚螺栓14实现装置的固定。冷热水输配增压装置内的供水管6、回水管7分别通过柜体10两侧的供水管连接口、回水管连接口，与外部的供水管、回水管实现连接，冷热水输配增压装置内的控制器11与玻璃面板对应安置，能通过玻璃面板查看柜体10内部控制器11的屏幕显示，便于室外安装，避免因按钮的触碰而造成的隐患，同时可起到防雨、防尘的作用。

根据终端用户的需求情况，一般有三种运行方式。其中，温度传感器A2检测供水管一次侧的供水温度T₁₁，压力传感器A3用于检测平衡管5上循环水泵8的出口压力和增压水泵4的进口压力P₁₁，温度传感器B9和压力传感器B15用于检测增压水泵4的出口压力P₁₂和出口温度T₁₂，温度传感器C16用于检测二次侧的回水温度T₂，压力传感器C17用于检测二次侧的回水压力，即循环水泵8的进口压力P₂。

第一种方式：当供水管一次侧的供水温度符合终端用户的供水温度需求，即T₁₁＝T₁₂时，增压水泵4根据终端用户用水量需求进行变频运行，所有回水通过回水管7流回热源侧，其中平衡管5上的循环水泵8停止运行；此时供水管一次侧的供水流量W₁₁等于供水管二次侧的供水流量W₁₂，回水管二次侧的回水流量W₂₂等于回水管一次侧的回水流量W₂₁，平衡管5上的循环水泵8通过的流量W₃等于零。

第二种方式：当供水管一次侧的供水温度大于终端用户的供水温度需求，即T₁₁>T₁₂时，供水管一次侧的流量与平衡管5的回水流量进行混合后，通过增压水泵4提供给终端用户，此时增压水泵4的频率根据终端用户的需求水量而定，循环水泵8的频率根据需混合的水量而定；此时供水管二次侧的供水流量W₁₂等于供水管一次侧的供水流量W₁₁加上平衡管5上的循环水泵8通过的流量W₃。其中W₃根据方程(W₁₂T₁₂-W₁₁T₁₁)/T₂计算获得。

第三种方式是一种极限情况：当回水管7的回水温度仍大于终端用户的供水温度需求，即T₂>>T₁₂时，此时供水管一次侧的供水流量W₁₁近似为零，所有供入二次侧的供水流量W₁₂由平衡管5上的循环水泵8通过的流量W₃提供。

无论运行在任一方式，都可计算一次侧的输入能量Q₁：

集中供热工况：Q₁＝W₁₁×C_P1×(T₁₁-T₂)＝W₂₁×C_P1×(T₁₁-T₂)；

集中供冷工况：Q₁＝W₁₁×C_P2×(T₂-T₁₁)＝W₂₁×C_P2×(T₂-T₁₁)。

式中：Q₁为热源侧输入能量，单位是kW；W₁₁是供水管一次侧的供水流量，W₂₁是回水管一次侧的回水流量，单位是m³/h；T₁₁是供水管一次侧的供水温度，T₂是回水管7的回水温度，单位是K；C_P1是水在供热状况下的定压比热，按4.179kJ/kg·K；C_P2是水在供冷状况下的定压比热，按4.2015kJ/kg·K。

二次侧的输出能量Q₂：

集中供热工况：Q₂＝W₁₂×C_P1×(T₁₂-T₂)＝W₂₂×C_P1×(T₁₂-T₂)；

集中供冷工况：Q₂＝W₁₂×C_P2×(T₂-T₁₂)＝W₂₂×C_P2×(T₂-T₁₂)。

式中：Q₂为二次侧输出能量，单位是kW；W₁₂是供水管二次侧的供水流量，W₂₂是回水管二次侧的回水流量，单位是m³/h；T₁₂是供水管二次侧的供水温度，T₂是回水管7的回水温度，单位是K；C_P1是水在供热状况下的定压比热，按4.179kJ/kg·K；C_P2是水在供冷状况下的定压比热，按4.2015kJ/kg·K。

增压水泵4的扬程H₄根据出口压力P₁₂减去进口压力P₁₁获得。结合实时的流量W₁₂，根据增压水泵4的特性曲线图，计算当前扬程、流量下的消耗功率N₄、内效率η₄。

循环水泵8的扬程H₈根据出口压力P₁₁减去进口压力P₂获得。结合实时的流量W₃，根据循环水泵8的特性曲线图，计算当前扬程、流量下的消耗功率N₈、内效率η₈。

则实时消耗的能量为增压水泵4的功率N₄和循环水泵8的功率N₈。

对装置的实时运行能效进行分析，实时能效η计算如下：η＝Q₂/(N₄+N₈)；

式中：η是实时能效；Q₂为二次侧输出能量，单位是kW；N₄是增压水泵4的功率，单位是kW；N₈是循环水泵8的功率，单位是kW。

同时对装置的运行性能进行分析，性能系数ε计算如下：ε＝Q₂/Q₁；

式中：ε是性能系数，Q₂为二次侧输出能量，单位是kW；Q₁为一次侧输入能量，单位是kW。

下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。

如图3所示，本实用新型的实例1包括：供水管6，安装在供水管一次侧的温度传感器A2、压力传感器A3，安装在供水管二次侧的温度传感器B9、压力传感器B15，回水管7，安装在回水管7上的温度传感器C16、压力传感器C17，增压水泵4、平衡管5，安装在平衡管5上的循环水泵8，与循环水泵8配套的变频器A18，与增压水泵4配套的变频器B19，箱体10，控制器11，室外温度传感器12。

实例1适用负荷相对较小的场合，在箱体的下侧，安装有回水管7、平衡管5、供水管6的中心线在同一竖平面内，管外包裹隔热保温层；供水管6和回水管7通过支架支撑；并在供水管6和回水管7的进、出口安装有手动截止阀1。平衡管5与回水管7和供水管6连接，由上至下，分别由1个三通、1根立管、1个弯头、1根水平管、循环水泵8、1根水平管、1个弯头、1根立管和1个三通组成。

在箱体10右上侧安装有增压水泵4的变频器B19和循环水泵8的变频器A18。在箱体10左上侧安装有控制器11，控制器11根据检测到管网水温和水压、实时的室外温度，结合当前的运行工况，计算出增压水泵4和循环水泵8的实时频率，通过调节增压水泵4的变频器B19和循环水泵8的变频器A18，确保当前的运行状态符合控制要求，同时计算出实时的实时能效和，使终端用户获得适合的水温和水量。

如图4所示，本实用新型的实例2适用于负荷相对较大的场合。供水管6和回水管7的管径比较大，增压水泵4和循环水泵8是立式水泵，回水管7和平衡管5的中心线在同一竖平面内，平衡管5和供水管6的中心线在同一水平面内。平衡管5与回水管7和供水管6连接，由上至下，分别由1个三通、1根立管、1个弯头、1根水平管、循环水泵8、1根水平管、1个弯头、1根水平管和1个三通组成。与实例2相比，平衡管5上水平管的安装位置比较低，便于循环水泵8安装在合适的位置。实例2中其他的与实例1相同的部分这里不再赘述。

本实用新型结构简单紧凑，可有效根据室外温度和终端用户的用热用冷需求，结合能效分析数据，通过2台水泵的协同变频控制，提供适宜的供水温度和供水流量，确保装置运行在一个最优的工况。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜，包括冷热水输配增压装置，其特征在于，所述冷热水输配增压装置包括供水管、回水管、手动截止阀、温度传感器、压力传感器、增压水泵、平衡管、循环水泵、控制器；

所述供水管和回水管分别连通热源侧和用户侧，且供水管和回水管分别在热源侧和用户侧的管口处设有手动截止阀；平衡管连通供水管和回水管，将供水管分为供水管一次侧和供水管二次侧，将回水管分为回水管一次侧和回水管二次侧，即供水管从热源侧到平衡管的连接处为供水管一次侧，供水管从用户侧到平衡管的连接处为供水管二次侧，回水管从热源侧到平衡管的连接处为回水管一次侧，回水管从用户侧到平衡管的连接处为回水管二次侧；

所述供水管一次侧上安装有温度传感器A和压力传感器A，供水管二次侧上安装有增压水泵、温度传感器B和压力传感器B，平衡管上安装有循环水泵，回水管二次侧上安装有温度传感器C和压力传感器C；所述增压水泵连接有配套的变频器B，用于调节频率后实现冷热水的输配增压；所述温度传感器A、压力传感器A和温度传感器B、压力传感器B分别安装在增压水泵进口、出口位置，温度传感器A用于检测供水管一次侧的供水温度，压力传感器A用于检测平衡管上循环水泵的出口压力和增压水泵的进口压力，温度传感器B用于检测增压水泵的出口温度，压力传感器B用于检测增压水泵的出口压力；所述循环水泵连接有配套的变频器A，用于变频调节后实现用户侧供水温度的控制；所述温度传感器C和压力传感器C安装在循环水泵的进口位置，温度传感器C用于检测用户侧的回水温度，压力传感器C用于检测循环水泵的进口压力；

所述控制器采用可编程逻辑控制器，控制器分别与温度传感器、压力传感器、变频器连接；控制器用于通过计算温度传感器、压力传感器测得的数据，进行能效分析，并控制增压水泵和循环水泵的频率，进而实现终端用户供水温度和供水流量的控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜，其特征在于，所述回水管一次侧上还设有排污口，用于排出供水管、回水管中的水。

3.根据权利要求1所述的一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜，其特征在于，所述供水管、平衡管和回水管的外部都包裹有隔热保温层，隔热保温层的隔热保温材料采用离心玻璃棉。

4.根据权利要求1所述的一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜，其特征在于，所述基于能效优化控制的冷热水输配增压柜还包括柜体，柜体是矩形结构的柜体，柜体前面设有双开门，左侧门上安装有玻璃面板，柜体后面设置有散热孔结构，柜体两侧分别开有两个供水管连接口和回水管连接口；冷热水输配增压装置安装在柜体内，冷热水输配增压装置内的供水管、回水管分别通过柜体两侧的供水管连接口、回水管连接口，与外部的供水管、回水管实现连接，冷热水输配增压装置内的控制器与玻璃面板对应设置，能通过玻璃面板查看柜体内部控制器的屏幕显示。

5.根据权利要求4所述的一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜，其特征在于，所述基于能效优化控制的冷热水输配增压柜还包括室外温度传感器，室外温度传感器设置在柜体外，控制器能利用室外温度传感器检测到的室外温度，实现气候补偿的优化控制。

6.根据权利要求4所述的一种基于能效优化控制的冷热水输配增压柜，其特征在于，所述柜体的底部设有安装底座，安装底座上焊接有两条槽钢，槽钢能利用地脚螺栓实现柜体的固定。