一种空调水系统流量测量系统及方法及空调水系统与流程

本发明属于中央空调水系统监测技术领域，具体涉及一种空调水系统流量测量系统及方法及空调水系统。

背景技术：

中央空调系统已广泛应用于大型公共建筑中用以提供舒适的室内热湿环境，在人们日常生活中占据了重要的位置。水力失调是空调水系统运行过程中的常见问题，空调水系统水力失调不仅会影响到空调系统的运行效果进而影响室内环境，而且还会导致能源浪费现象的发生。因此空调水系统流量平衡非常重要。

空调水系统的水力失调可分为静态和动态两种工况。静态水力失调指的是在系统设计和工程施工方面、以及工程材料方面等多种因素制约的情况下，造成空调系统管道的阻力数值和系统设计时所规定的数值不相同。而动态水力失调是指空调水系统中每个用户的流量都受到其他用户在对阀门进行调整时的影响，而出现的实际流量与设计流量的不符合的现象。无论是静态还是动态水力失调，最终都会导致系统末端流量与设计流量不符。在工程实践中，一般只在系统总管设置流量传感器对系统总流量进行监测，而在与空调系统分集水器相连的各支路和空调器处并不设置流量传感器，因此无法及时获取水系统各支路的流量，也无法感知系统的流量不平衡状态。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中无法及时获取水系统各支路的流量进而无法感知系统的流量不平衡状态问题。

为此，本发明提供了一种空调水系统流量测量系统，包括流量计组、温度传感器组以及数据采集与计算模块；

所述流量计组用于实时采集供水总管的总流量m；

所述温度传感器组用于实时采集第j时刻的供水总管的总供水温度t0j以及回水总管的总回水温度ttj；

所述温度传感器组用于实时采集与供水支管组对应的回水支管组中的各回水支管的温度；

所述数据采集与计算模块用于根据下述能量平衡方程式得到各供水支管的流量mi：

其中，ti，j为第j时刻第i个回水支管的回水温度，n为大于1的自然数。

优选地，所述流量计为便携式超声波流量计，所述温度传感器为贴片式温度传感器，所述便携式超声波流量计安设与所述供水总管上，所述贴片式温度传感器贴附于所述回水支管的管壁上。

优选地，所述供水支管组包括从供水总管分离出的多个供水支管，所述回水支管组包括多个回水支管，各所述回水支管分别与各所述供水支管一一对应。

优选地，所述供水支管组包括第一供水支管、第二供水支管、第三供水支管及第四供水支管；

所述回水支管组包括分别与第一供水支管、第二供水支管、第三供水支管及第四供水支管一一对应的第一回水支管、第二回水支管、第三回水支管及第四回水支管；

能量平衡方程式转化为测量式(1)：

m(t5-t0)＝m1(t1-t0)+m2(t2-t0)+m3(t3-t0)+m4(t4-t0)(1)

其中，m1、m2、m3及m4分别为第一供水支管、第二供水支管、第三供水支管及第四供水支管的流量，t1、t2、t3及t4分别为第一回水支管、第二回水支管、第三回水支管及第四回水支管的温度。

优选地，所述总流量m为各时刻的流量平均值。

优选地，所述供水总管的末端设有分水器，所述分水器的出口连接有供水支管组，所述回水支管组的末端设有集水器。

优选地，所述数据采集与计算模块为单片机。

优选地，所述回水支管组为金属管，所述贴片式温度传感器贴附于所述金属管的外壁上。

本发明还提供了一种空调水系统流量测量方法，包括：

分别采集供水总管的总流量m、第j时刻的供水总管的总供水温度t0j以及回水总管的总回水温度ttj以及各回水支管的温度；

根据下述能量平衡方程式得到供水支管组流量m：

其中，ti，j为第j时刻第i个回水支管的回水温度，n为大于1的自然数。

本发明还提供了一种空调水系统，包括制冷机组及水泵，还包括如前任一项所述的空调水系统流量测量系统，所述制冷机组、水泵、供水总管、供水支管组、回水支管组依次首尾连接。

本发明的有益效果：本发明提供的这种空调水系统流量测量系统及方法及空调水系统，包括流量计组、温度传感器组以及数据采集与计算模块。分别采集供水总管的总流量m、第j时刻的供水总管的总供水温度t0j以及回水总管的总回水温度ttj以及各回水支管的温度。根据逐时空调水系统流量、能量守恒方程组计算得到与回水支管组对应的供水支管组流量，即下述公式计算得到与回水支管组对应的供水支管组流量m。该方案无需在分水器及集水器处额外加装流量传感器，只需测量供水总管的流量、温度和各回水支管的温度，即可获得各支路的水流量，监测空调水系统的运行状况，为空调水系统的水力平衡给出量化的参考。具有结构简单、造价低、便于实施的优点，可用于已实施项目的空调水系统中，具有安全性和经济性上的优势。在车站冷水机房项目中进行推广、借鉴和应用。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明空调水系统流量测量系统及方法及空调水系统的结构示意图。

附图标记说明：制冷机组1，水泵2，供水总管3，便携式超声波流量计4，分水器5，第一供水支管6(1)，第二供水支管6(2)，第三供水支管6(3)，第四供水支管6(4)，集水器7，第一回水支管8(1)，第二回水支管8(2)，第三回水支管8(3)，第四回水支管8(4)，贴片式温度传感器9，回水总管10，数据采集与计算模块11。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种空调水系统流量测量系统，如图1所示，包括流量计组、温度传感器组以及数据采集与计算模块；

所述流量计组用于实时采集供水总管的总流量m；

所述温度传感器组用于实时采集第j时刻的供水总管的总供水温度t0j以及回水总管的总回水温度ttj；

所述温度传感器组用于实时采集与供水支管组对应的回水支管组中的各回水支管的温度；

所述数据采集与计算模块用于根据下述能量平衡方程式得到各供水支管的流量mi：

其中，ti，j为第j时刻第i个回水支管的回水温度，n为大于1的自然数。由此可知，若有n个供水支管和n个回水支管，则需要测量n次水温，得到n各等式，然后便可联立求解得到各个供水支管的供水流量。

在一个具体的实施场景中，所述供水支管组包括第一供水支管6(1)、第二供水支管6(2)、第三供水支管6(3)及第四供水支管6(4)；

所述回水支管组包括分别与第一供水支管6(1)、第二供水支管6(2)、第三供水支管6(3)及第四供水支管6(4)一一对应的第一回水支管8(1)、第二回水支管8(2)、第三回水支管8(3)及第四回水支管8(4)；

能量平衡方程式转化为测量式(1)：

m(t5-t0)＝m1(t1-t0)+m2(t2-t0)+m3(t3-t0)+m4(t4-t0)(1)

其中，m1、m2、m3及m4分别为第一供水支管6(1)、第二供水支管6(2)、第三供水支管6(3)及第四供水支管6(4)的流量，t1、t2、t3及t4分别为第一回水支管8(1)、第二回水支管8(2)、第三回水支管8(3)及第四回水支管8(4)的温度。

具体地测量原理如下：

在空调水系统供回水总管和各回水支管上设置贴片式温度传感器9测量壁面温度并传输到采集与计算装置。在空调水系统供水总管上设置便携式超声波流量计4测量系统总的水流量。采用测量装置自动记录系统的测量值，即系统总的水流量，供回水总管壁面温度及各回水支管的壁面温度。提供了一种空调水系统的各供水支路水流量的计算方法，即利用测得的供回水总管壁面温度，各支路回水管壁面温度和系统总的水流量，即可计算得到各支路的水流量。该测量与计算方法基于闭式水系统的能量平衡。能量平衡方程如式(1)所示：

m(t5-t0)＝m1(t1-t0)+m2(t2-t0)+m3(t3-t0)+m4(t4-t0)(1)

对第n时刻的测量有式(2)。对于定流量空调水系统或末端不进行流量调节时，管网阻力特性不变，总流量及个大支路的流量也是不变的。虽然测量存在一定的波动性及误差，系统的总流量可取各时刻的流量平均值。

m(t5(n)-t0(n))＝m1(t1(n)-t0(n))+m2(t2(n)-t0(n))+m3(t3(n)-t0(n))+m4(t4(n)-t0(n))(2)

如果有n个时刻的测量，则式(2)可写成矩阵的形式(3)，各支路的流量计算如式(4)。

令

则有

本发明实现在无需额外加装流量传感器的基础上，得到空调水系统的各支路的水流量，可有效实时监测各支路的水流量，为空调水系统的水力平衡给出量化的参考。

该方案具有造价低、结构简单、便于实施的特点。采用贴片式温度传感器测量供回水总管和各支路回水管的壁面温度，采用便携式超声波流量计测量系统总的水流量，对系统的测量值进行实时记录。当水系统不进行流量调节时，阻力特性不变，根据流量与能量平衡的原理，通过数学方法即可获取各支路的流量。根据所测空调水系统支路流量，本发明可以及时发现系统水力失调程度并采用相应措施改善水力特性。

本发明还提供了一种空调水系统流量测量方法，包括：

分别采集供水总管的总流量m、第j时刻的供水总管的总供水温度t0j以及回水总管的总回水温度ttj以及各回水支管的温度；

根据下述能量平衡方程式得到供水支管组流量m：

其中，ti，j为第j时刻第i个回水支管的回水温度，n为大于1的自然数。

本发明还提供了一种空调水系统，空调水系统由制冷机组1，水泵2，供水总管3，分水器5，供水支管组包括第一供水支管6(1)、对应流量为m1；第二供水支管6(2)、对应流量为m2；第三供水支管6(3)、对应流量为m3；第四供水支管6(4)、对应流量为m4，集水器7，回水支管组包括设有第一回水支管8(1)、第二回水支管8(2)、第三回水支管8(3)及第四回水支管8(4)，回水总管10组成。测量系统主要包括便携式超声波流量计4(对应流量为m)、贴片式温度传感器9(测量点分别为供水温度t0、第一回水支管8(1)的温度t1、第二回水支管8(2)的温度t2、第三回水支管8(3)的温度t3、第四回水支管8(4)的温度t4、总回水温度t5)和数据采集与计算模块11。与传统的空调水系统相比，仅增加几组贴片式温度传感器、便携式超声波流量计及数据采集与计算模块11。

该方案提出的一种在定流量空调水系统或末端不进行流量调节时，空调水系统分集水器各支路流量测量方法与装置。该方法采用贴片式温度传感器测量供回水总管和各支路回水管的壁面温度，采用便携式超声波流量计测量系统总的水流量，并利用测量装置对系统的测量值进行实时记录。对于定流量空调水系统或末端，在不进行流量调节时，空调水系统的阻力特性不变，根据流量平衡与能量平衡的原理，通过数学方法即可获取各支路的流量。根据这一结果，本发明可以及时发现空调水系统的水力失调程度并采用相应措施改善水力特性。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。