CN207555733U - 一种全新的供暖运行架构 - Google Patents

Abstract

一种全新的供暖运行架构，该架构包括热源、供热管道、回热管道、散热器、循环泵、温控电磁阀或温控电动阀、以及在管道中串接的截止阀；供热管道的两头分别与热源的供热接口和散热器的热媒进口相连接，回热管道的两头分别与热源的回热接口和散热器的热媒出口相连接，温控电磁阀或温控电动阀串接在散热器热媒出口附近，循环泵串接在供热管道中或直接串接在热源的供热接口附近。该架构采用一种全新的置换换热模式，能非常方便解决供暖系统中的水力和热力不平衡问题，同时把目前供暖体系中大流量小温差的运行模式，转变为小流量大温差的运行模式，使得每个用热点都能获得相同品质及所需数量的热媒。系统运行节能非常明显。

Description

一种全新的供暖运行架构

技术领域

本实用新型涉及一种全新的供暖运行架构，属于暖通领域。

背景技术

供暖在我国北方地区是每家每户的事情，近年来，随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，我国南方地区部分区域在冬季也开始供暖。我国冬季供暖区域大部分实行的是集中供暖，就是有供热公司，把热源制造出来的热媒，通过管道输送到小区，再有安装在区域内的循环泵，把热媒送到千家万户，热媒进入每家每户的散热器进行散热来使房间升温。由于每家每户处于不同高度的楼层，或处于不同水平位置，使得各家各户距离热媒循环泵的水平距离或垂直距离是不可能相等的，这样就造成热媒在每家每户的压力不等，造成水力的失调，水力失调又造成热力的失调。热力的不平衡就造成部分区域的用户家里热量太多房间温度过高而向外放热浪费能源，而部分区域的用户热量又不够房间温度又太低造成用户满意度下降引起的投诉。

为了解决水力失调，带来的热力不平衡。人们也想到多种办法，比如在楼前或单元立管安装自力式流量控制器、平衡阀的方法，部分解决水平方向的水力失调问题，但无法解决垂直方向的水力失调；人们又在每个散热器的入水口处安装一个自力式温控阀，尝试解决垂直方向的水力失调和散热器的散热温度控制，但由于管路的压力和流量始终处于一个变流变压过程，水力的失调无法根本性解决。为了弥补由于水力失调带来的近端用户过热、远端用户过冷的问题，目前普遍采用的是大流量小温差运行的供暖架构。但这种大流量小温差运行的供暖运行架构，带来的缺点也是非常明显的，不仅投资增大，就是热利用率大幅度降低，相应能源的浪费就始终存在。

有没有构思或构架一种全新的架构及其该架构下的一种新运行模式，采用新的架构来解决水力失调问题的，同时解决水力失调后又带来一种全新的运行模式，使得整个系统更加节约能源，减少投资。相比较目前的运行架构是一种更加环保、更加高效、更加节能的供暖模式。

发明内容

为了克服水力失调而无奈选择的大流量小温差的运行模式，带来的能源浪费。本实用新型提供一种全新的供暖运行架构，采用一种全新的置换换热模式，该架构能非常方便解决供暖系统中的水力和热力不平衡问题，而且非常方便就把大流量小温差的运行模式，转变为小流量大温差的运行模式。也彻底解决平衡分配热源的问题。使每个用热点都能获得相同品质及所需数量的热媒，当然系统运行节约能源的效果非常明显。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全新的供暖运行架构，该架构包括热源、供热管道、回热管道、散热器、循环泵、温控电磁阀或温控电动阀、以及在管道中串接的三通和阀门；供热管道的两头分别与热源的供热接口和散热器的热媒进口相连接，回热管道的两头分别与热源的回热接口和散热器的热媒出口相连接，温控电磁阀或温控电动阀串接在散热器热媒出口附近，循环泵串接在供热管道中或直接串接在热源的供热接口附近；温感器外置于阀体的温控电磁阀或温控电动阀，阀体既可串接在散热器的热媒进口，也可串接在散热器的热媒出口附近，但温感器一定放置于散热器热媒出口附近；该架构运行于一种全新的置换换热，置换换热的速度受控于温控电磁阀或温控电动阀。

本架构的热源是一种泛指能够把低温热媒升温到合适温度热媒的装置，规模可大可小，热源的组成或连接结构是多样化的，把整个热源看成一个“黑盒”，则“黑盒”的外侧接口至少应包含供热接口和回热接口，即输出高温热媒的管道接口，和降温以后的热媒回流接口。根据不同的需求及不同的应用环境，热源的表现可以是锅炉、蒸汽发生器、换热站、热泵、空气能热水器、太阳能热水器、电热水器、燃气热水器；其它的接口还包括补水接口、燃料供应接口、排水口等，热源的功能就是把低温热媒升温到预置的温度，然后在循环泵的作用下从供热接口输送出去通过供热管道进入散热器，在散热器散热，然后通过散热器的热媒出口回流到热源的回热接口。

其中的散热器可以是一组或多组散热器的组合，一组散热器可以是一片散热片或多片散热片组；散热器可以是散热片、或地暖管、或风机盘管。比如在我国北方集中供暖系统中，一个热源可以提供上千户家庭的供暖，而每家的面积不一样，每家都至少需要一个以上的散热器，此时的散热器就是全部家庭用户散热器的总称。对于供热公司来说，每家就是一个独立的用热点。

其中温控电磁阀是一个两通两位阀，温度传感器和温控控制器可内嵌于阀体中，与阀体共同构成一体型的温控电磁阀；或独立于阀体外的一个模块，该模块至少有上联电磁阀电源的两根线、下联电磁阀的两根线、还有接温度传感的接口；温控电磁阀能自动检测与之相连接的管道中介质的温度，并根据温度的高低和温度比较模式自动开启或自动关闭电磁阀的阀门，使管道中的介质处于通或断的状态；温控电磁阀至少有两个参数即开阀温度和关阀温度，这两个参数可以固定内嵌与温控控制器中，也可以通过外置的调温器进行设置和修改。

其中的温控电动阀是一个两通多位阀，有两大部位，电机及其控制部位和阀体部位；温控控制器和温感器接口内置于电机的控制部位，温度显示和设置按键可嵌套在电机控制部位的外壳上，温感器接口通过线缆与温感传感器相连接，温度传感器可内嵌于温控电动阀的阀体部位或外置于阀体；温控电动阀有两种工作模式：一种是开关阀，此模式温控电动阀会设置两个温度参数，即开阀温度和关阀温度，温度传感器检测到管道内热媒的温度低于等于开阀温度时，电动阀开启，热媒从散热器中流出，当热媒的温度大于等于关阀温度时，温控电动阀关闭，散热器中的热媒不再流出；另一种是开关比例阀，此模式温控电动阀除了设置开阀温度和关阀温度两个参数以外，还需要设置一个比例阶梯温度，温感器检测到温度每下降一个比例阶梯温度，温控电动阀的阀门就开启相应比例的阀门，温度到达开阀温度则温控电动阀全部打开，温感器每检测到温度每提高一个比例阶梯温度，温控电动的阀门就关闭相应比例的阀门，温度到达关阀温度，则电动阀全部关闭。温控电动阀阀门的开合度完全依赖于温感器的温度数据。带显示面板的温控电动阀，可以通过按键设置温度的预设数据，比如电动阀初始温度数据，温度每升高几度，电动阀开启相应比列的开启度，直到某个预设定的温度全部打开；温度每降低几度，电动阀按相应比例的关闭度，直到到某个预设定的温度全部关闭。

本架构的各部分的功能是这样的：其中热源负责从供热接口输送出预定温度的热媒，循环泵负责把相应流量的热媒输送到散热器的热媒进口，散热器负责把高温的热媒快速散热，串接在每个散热器热媒出口附近的温控电磁阀或温控电动阀，依据自动检测到的散热器热媒出口处的温度，自动开启或关闭阀门，从而控制散热器的换热速度，换热速度快慢来间接控制散热器所处空间的温度的高低。

本实用新型的架构的工作过程及原理：架构初始态，热源还没有生产高温热媒，循环泵暂停运行，管路和散热器中的热媒的温度低于开阀温度，对应温控电磁阀或温控电动阀处于打开状态；热源生产出高温热媒后，循环泵启动，高温热媒把低温热媒从供热管道和散热器中全部置换进入回热管道中，新置换流入的热媒温度大于关阀温度，温控电磁阀或温控电动阀就自动关闭阀门，供热管道中的热媒就不会再持续流入到此散热器中；等到散热器内的高温热媒散热，散热器内部的热媒温度又开始低于开阀温度，温控电磁阀或温控电动阀又一次打开阀门，供热管道中的高温热媒才继续流入到此散热器中，把散热器中的低温的热媒全部置换出来进入回热管道中，高温热媒占满整个散热器时，热媒的温度大于关阀温度，温控电磁阀或温控电动阀又一次关闭阀门，停止置换；散热器又开始进入新一轮的散热过程中，直到散热器散热到预置温度，又开始新一轮的置换换热过程，如此循环往复。这种间歇式的换热方式，就是置换换热运行模式，换热速度完全决定于温控电磁阀或温控电动阀的开阀温度和关阀温度两个参数。

由于采用全新的置换换热方式，使得散热器的也改为一种全新的循环工作方式：进高温热媒、占满整个散热器、高温热媒的温度大于等于关阀温度、阀门自动关闭停止进高温热媒、放热、散热器内的热媒温度逐步降低、降低到小于等于开阀温度、阀门自动打开，又开始新的一轮循环置换换热、定温放热的工作过程。

从以上的描述可知，本架构与目前市场上集中供暖应用的架构以及运行模式都是完全不同的，关键之处是目前的集中供暖为了控制散热器的所在的房间温度，避免部分空间太热，部分空间又太低，采取的办法往往在所有散热器的热媒进口处串接一个温控阀，该温控阀有两种，即自力式温控阀和电力式温控阀，无论采用那种温控阀，它们的功能都是依据温控阀附近的空气中的温度，自动调节温控阀的阀门开合度，从而控制进入散热器的高温热媒流量，从而控制散热器的散热量，间接达到控制房间室内的温度。但这种模式，使管路中始终处于变流变压状态，为了防止出现冷热不均现象，基本上采用的是大流量小温差的模式。虽然此方法比没有加装温控阀的效果好，但热能和泵的电能浪费非常严重，此类架构以及基于此架构下的大流量小温差的运行模式是无法彻底解决。

而本架构的关键之处是在散热器的热媒出口附近串接一温控电磁阀或温控电动阀，与传统的温控阀安装的位置是不同的；其次，工作的原理不一样，温控阀是依赖温控阀头部空气温度的高低控制流入散热器的热媒的数量，来达到控制散热器的散热量，而温控电磁阀或温控电动阀，都是通过检测到散热器的热媒出口的回水管内的热媒温度，低于等于某个预设的温度时，温控电磁阀或温控电动阀才打开阀门把散热器中的低温热媒释放到回热管道中，同时与散热器热媒进口相连的高温热媒全流量流入到散热器中，但流入进散热器的高温热媒流到温控电磁阀或温控电动阀的温度传感器时，温控电磁阀或温控电动阀检测到热媒的温度大于等于预设的温度时，温控电磁阀或温控电动阀关闭阀门；由此可知温控电磁阀或温控电动阀是通过控制散热器的换热速度，来达到控制散热器的散热量；再次，热媒在散热器中的运动方式不同，采用老式温控阀的热媒在散热器中是始终流动中的，只是流动快慢，而且由于管路中的压力是一个变量，这个快慢是相对而言；而新架构，热媒在散热器是快速流动，暂停一段时间，再快速流动，如此循环往复，是间歇式的。

由于采用老式的温控阀的解决方案中我们可以确切了解，散热器中的热媒是基本上是始终不停地在流动，基本上我们可以说这种方式热媒在散热器中的流动是连续的，流量是变化的，管路中的热媒压力是不定的，也无法控制每个散热器的回水温度，由于无法做到管路中热媒压力的平衡，这样就带来循环泵始终是重负荷运行，始终运行在达流量小温差的运行模式。

本实用新型的有益效果是，采用全新本架构改变传统的供暖运行模式，有效解决水力失调、热力不平衡的问题，使得在整个供暖系统中的每个散热器，无论是在不同楼层还是在不同水平距离，都可以分配到同样温度的相同数量的高温热媒，而且每个散热器的回水温度也相同，彻底实现供暖系统中热量的公平分配。更为有益的效果是，从传统的大流量小温差运行模式变成小流量大温差运行，综合节能30%以上。采用原先的管道和设施能增加30%以上的散热面积，如果新投资可节约投资达40%以上。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1 是本实用新型的连接示意图。

图2 是温控电磁阀的结构示意图。

图3 是本实用新型多个独立散热器的连接示意图。

图4 是本实用新型另一种连接的示意图。

图中101.热源，102.循环泵，103.温控电磁阀，104.散热器，105.供热管道，106.回热管道，107.供热接口，108.回热接口，109.热媒进口，110.热媒出口，111.温控电动阀，201.温度传感器，202.温度控制器，203.温控电磁阀电源线，204.阀体，205.电磁阀线圈。

具体实施方式

在图1中，热源（101）是泛指能产生热媒的设备总成，比如锅炉、热泵、太阳能热水器、空气能热水器、蒸汽发生器等，或有这些设备为主和换热设备共同组成能向外提供热媒的系统总成，对外侧至少具有供热接口（107）和回热接口（108），热源（101）的功能是提供合适温度和流量的热媒；散热器（104）是泛指通过在散热器（104）内部的热媒向外散热的装置，比如散热片、地暖管、风机盆管，可以是一个散热器、一组散热器或多组散热器的组合，对外侧至少具有热媒进口（109）和热媒出口（110）；热源（101）的供热接口（107）通过供热管道（105）与散热器（104）的热媒进口（109）连接在一起，热源（101）的回热接口（108）通过回热管道（106）与散热器（104）的热媒出口（110）连接在一起。

其中循环泵（102）可以作为热源（101）的一个配件，串接在热源（101）的供热接口（107）处，此时循环泵（102）的出口就成为热源（101）新的供热接口（107）；也可以作为整个架构的一个配件，串接在供热管道（105）中。如果热源（101）从供热接口（107）流出的热媒压力流量不能满足系统管路需求，则必须在供热管路中串接循环泵（102）。

其中温控电磁阀（103）串接在回热管道（106）中，位置为靠近散热器（104）的热媒出口（110）。温控电磁阀（103）的温度传感器（201）和温度控制器（202）可内嵌于电磁阀的阀体中或外置电磁阀，温度传感器（201）安置的位置为能方便检测到散热器（104）的热媒出口（110）处热媒的温度。温度控制器（202）的功能是能预先设置好至少两个温度数据电磁阀开阀温度和关阀温度，即温度控制器（202）检测到某个时刻温度传感器（201）的温度小于等于开电磁阀温度，则温度控制器（202）控制电磁阀打开，使散热器（104）中的热媒流动，但温度控制器（202）检测到某个时刻温度传感器（201）的温度大于等于关阀温度，则温控控制器（202）控制电磁阀关闭。使散热器（104）中的热媒停止流动。

整个架构连接以后的工作过程如下：整个架构初始态热源（101）正在产生合适温度和流量的热媒，串接在供热管道（105）中的循环泵（102）还没有开始工作，串接在回热管道（106）中的温控电磁阀（103）此时管道中的温度为低温状态下，温控电磁阀（103）的阀门打开允许管路内的热媒流动。如果此时热源（101）已经产生出合适温度的热媒，循环本（102）就开始启动，把合适的高温热媒通过供热管道（105）输送到散热器（104）的热媒进口（109）流入散热器（104）中，很快高温热媒就从散热器（104）的热媒出口（110）流出，流到温控电磁阀（103）的温度传感器（201）处，温控电磁阀（103）的温度控制器（202）接受到温度传感器（201）此时的温度数据大于等于温控电磁阀（103）的关阀温度，温控电磁阀（103）就关闭阀门，热媒停止流动，散热器（104）开始散热，散热器（104）内部的热媒温度逐渐下降，但温度传感器（201）处的温度下降到温控电磁阀（103）的开阀温度，温控电磁阀（103）打开阀门，使得新的高温热媒重新流入散热器（104）中，温控电磁阀（103）重新关闭，散热器（104）继续散热，如此循环往复。

图1中，把温控电磁阀（103）换成温控电动阀（111），如果温控电动阀（111）处于开关阀模式，则工作过程完全等同于温控电磁阀（103）的工作原理；如果温控电动阀（111）处于开关比例阀模式，则工作过程有不同的地方，就是温控电动阀（111）的开阀或关阀都是根据温度传感器的温度数据，分步开启或分步关闭。比如某个时间点，温控电动阀（111）处于完全打开状态，此时如果检测到高温热媒，温控电动阀（111）按设计好的梯度比例关小阀门，根据设计好的时间段，如果检测到的热媒温度还是偏高，温控电动阀（111）继续按梯度比例关小阀门，只要按时间段检测到的热媒温度偏高，就继续按比例关小阀门，直到完全关闭阀门。相应温控电动阀（111）检测到热媒的温度降低，从阀门关闭到完全打开，也是一个按比例梯度逐步打开，直到完全打开。由此可以看到，温控电动阀（111）工作于开关比例阀模式，温控电动阀（111）开阀或关阀都是一个过程。

从以上的描述整个架构中通过温控电磁阀（103）或温控电动阀（111）控制散热器（104）的换热速度。如果整个架构中有N个温控电磁阀（103）和N个散热器（104），全部并接在供热管道（105）和回热管道（106）上，与目前常规的架构相比优点是非常明显的，第一，有效解决水力失调带来的热力不平衡问题，整个架构中任何一个散热器（104）都能得到相同品质的高温热媒；第二，任何一个散热器（104）流出的热媒都是相同温度的，即回水温度是明确的确定的，而不像目前的供暖体系回水温度是不明确无法确定的；第三，由于控制了进入回热管道（106）中的回水温度，避免高温热媒无效流入回热管道浪费热能；第四，此架构无需大流量的热媒，比如一个散热器（104）的容积是V，目前常规供暖体系需要N*V的流量，而我们目前的架构，一定不需要如此大的流量，某个时点也许只需要一个V的流量都可以，因此而可以从大流量小温差的运行模式，转为小流量大温差的运行方式，第五，从大流量小温差的运行模式转化为小流量大温差的运行模式，可以节约80%左右循环泵的功耗，节约电能；热力达到平衡分配避免热力换热浪费，节约热能；由于采用小流量，所有的管路都可以采用相应的小管径，节约投资；管路口径的缩小，节约土地的占用。

图3 是本实用新型的一种多个独立的散热器连接的示意图，在实际应用中，一个热源（101）都会连接到多个散热器（104）上，比如一幢楼内，热源（101）出来一组供热管道（105）和回热管道（106），每个楼层的每家每户的散热器（104），都会接入到此组管道上，每家每户出户口的散热器（104）的热媒出口附近串接一个温控电磁阀（103）或温控电动阀（111）。

图4 是本实用新型的另一种连接示意图，对于温度传感器（201）没有内嵌在阀体中的温控电磁阀（103）或温控电动阀（111），即温度传感器（201）通过线缆外接式的，则阀体可串接在散热器（104）的热媒进口（109）附近，但与阀体相连接的温度传感器（201）必须内嵌或串接在散热器（104）的热媒出口（110）附近。

综上所述，以上阐述了本实用新型的基本原理和主要特征，本实用新型不受实施条例的限制，在不脱离本实用新型的基本原理和主要特征的前提下所作出的改进和变化，都应落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种全新的供暖运行架构，其特征是：该架构包括热源、供热管道、回热管道、散热器、循环泵、温控电磁阀或温控电动阀、以及在管道中串接的三通和阀门；供热管道的两头分别与热源的供热接口和散热器的热媒进口相连接，回热管道的两头分别与热源的回热接口和散热器的热媒出口相连接，温控电磁阀或温控电动阀串接在散热器热媒出口附近，循环泵串接在供热管道中或直接串接在热源的供热接口附近；温感器外置于阀体的温控电磁阀或温控电动阀，阀体串接在散热器的热媒进口附近，或串接在散热器的热媒出口附近，但温感器一定放置于散热器热媒出口附近；该架构运行于一种全新的置换换热，置换换热的速度受控于温控电磁阀或温控电动阀。

2.根据权利要求1所述的一种全新的供暖运行架构，其特征是：本架构的热源是一种泛指能够把低温热媒升温到合适温度热媒的装置，热源的组成或连接结构是多样化的，把整个热源看成一个“黑盒”，则“黑盒”的外侧接口至少应包含供热接口和回热接口，即输出高温热媒的管道接口，和降温以后的热媒回流接口。

3.根据权利要求1所述的一种全新的供暖运行架构，其特征是：其中的散热器是一组或多组散热器的组合，一组散热器是一片散热片或多片散热片组；散热器是散热片、或地暖管、或风机盘管。

4.根据权利要求1所述的一种全新的供暖运行架构，其特征是：其中温控电磁阀是一个两通两位阀，温度传感器和温控控制器内嵌于阀体中，与阀体共同构成一体型的温控电磁阀；或独立于阀体外的一个模块，该模块至少有上联电磁阀电源的两根线、下联电磁阀的两根线、还有接温度传感的接口；温控电磁阀能自动检测与之相连接的管道中介质的温度，并根据温度的高低和温度比较模式自动开启或自动关闭电磁阀的阀门，使管道中的介质处于通或断的状态；温控电磁阀至少有两个参数即开阀温度和关阀温度，这两个参数固定内嵌于温控控制器中，或通过外置的调温器进行设置和修改。

5.根据权利要求1所述的一种全新的供暖运行架构，其特征是：其中的温控电动阀是一个两通多位阀，有两大部位，电机及其控制部位和阀体部位；温控控制器和温感器接口内置于电机的控制部位，温度显示和设置按键嵌套在电机控制部位的外壳上，温感器接口通过线缆与温感传感器相连接，温度传感器内嵌于温控电动阀的阀体部位，或外置于阀体；有两种工作模式：一种是开关阀，此模式温控电动阀会设置两个温度参数，即开阀温度和关阀温度，温度传感器检测到管道内热媒的温度低于等于开阀温度时，电动阀开启，热媒从散热器中流出，当热媒的温度大于等于关阀温度时，温控电动阀关闭，散热器中的热媒不再流出；另一种是开关比例阀，此模式温控电动阀除了设置开阀温度和关阀温度两个参数以外，还需要设置一个比例阶梯温度，温感器检测到温度每下降一个比例阶梯温度，温控电动阀的阀门就开启相应比例的阀门，温度到达开阀温度则温控电动阀全部打开，温感器每检测到温度每提高一个比例阶梯温度，温控电动的阀门就关闭相应比例的阀门，温度到达关阀温度，则电动阀全部关闭；温控电动阀阀门的开合度完全依赖于温感器的温度数据。

6.根据权利要求1所述的一种全新的供暖运行架构，其特征是：其中的置换换热就是：架构初始态，热源还没有生产高温热媒，循环泵暂停运行，管路和散热器中的热媒的温度低于开阀温度，对应温控电磁阀或温控电动阀处于打开状态；热源生产出高温热媒后，循环泵启动，高温热媒把低温热媒从供热管道和散热器中全部置换进入回热管道中，新置换流入的热媒温度大于关阀温度，温控电磁阀或温控电动阀就自动关闭阀门，供热管道中的热媒就不会再持续流入到此散热器中；等到散热器内的高温热媒散热，散热器内部的热媒温度又开始低于开阀温度，温控电磁阀或温控电动阀又一次打开阀门，供热管道中的高温热媒才继续流入到此散热器中，把散热器中的低温的热媒全部置换出来进入回热管道中，高温热媒占满整个散热器时，热媒的温度大于关阀温度，温控电磁阀或温控电动阀又一次关闭阀门，停止置换；散热器又开始进入新一轮的散热过程中，直到散热器散热到预置温度，又开始新一轮的置换换热过程，如此循环往复。