分户供暖温控计费装置及热费计算方法

专利名称：分户供暖温控计费装置及热费计算方法
技术领域：
本发明涉及一种供暖温控计费装置及热费计算方法，具体的说是适用于双管制的分户供暖温控计费装置及热费计算方法。
背景技术：
目前，欧美国家分户计量热量的方法基本有以下三种用热能表直接测定用户从供热系统中消耗的热量；通过测定用户散热设备的散热量来确定用户的耗热量；通过测定用户房间的热负荷(温度)来确定用户的耗热量。其中第一种方法能准确反映用户耗热的多少，但是计量精度容易受到水质的影响，稳定性不高，同时不能解决当一户停止用热时对周围邻居的吸热影响，也不能解决由于冷山、顶层等因素造成的相同舒适度热耗增加的问题。第二种方法实施成本较低，且对室内管道分布没有特殊要求，但是测量精度不高，且安装、维护、测试、管理过程比较复杂，难以避免使用过程中的人为损坏，存在用户对蒸发器作弊的可能性。第三种方法按照相同舒适度缴纳相同热费的原则把温度直接变为商品，是老百姓容易接受的方法，同时也限制了不采暖房间对邻居吸热所造成的‘有温度不缴费’的问题，但是无法限制开窗等浪费现象，不利于节能。这些方法存在的问题是分户计量推广工作在技术方面的主要障碍。

发明内容
本发明为解决现有技术中的不足，其目的在于提供一种能够实现公平计费的分户供暖温控计费装置及热费计算方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是本发明装置包括温度采集器及控制器，该温度采集器安装于室内，其输入端接有室内温度传感器；该控制器的输入端接有室外温度传感器、供水温度传感器及回水温度传感器，模拟输出端经驱动放大器与电动调节阀相连，控制器中的第2中央处理器中存有现场参数自动标定程序，温度采集器与控制器通过通讯接口进行通讯连接。
所述温度采集器具有第一中央处理器，其模拟量输入端与室内温度传感器相连；第一中央处理器的数字量输出端接有第一显示器；第一中央处理器的数字量输入端接有第一键盘；第一中央处理器通过第一通讯接口与控制器进行通讯连接；所述控制器具有第二中央处理器，其模拟量输入端与室外温度传感器、供水温度传感器、回水温度传感器及阀位反馈信号相连；第二中央处理器的数字量输出端接至第二显示器；第二中央处理器的数字量输入端接有地址开关；第二中央处理器的第二通讯接口还接有抄表；第二中央处理器的数字量输入管脚接有IC卡接口；第二中央处理器的数字输入端与相邻住户采暖开关信号相连；第二中央处理器的数字量输出端将本住户采暖开关信号接至相邻住户控制器采暖信号输入端；第二中央处理器的模拟量输出端经驱动放大器接有电动调节阀。
本发明方法具有以下步骤现场标定供暖参数；根据供暖参数计算加权值；计算热当量；计算住户需承担的热费。
所述现场标定供暖参数具体为在正式计费前启动现场参数自动标定程序进行自动标定，生成该住户的供暖参数表；按房间温度的标定范围温度每升高1℃，标定一次供暖参数，所述供暖参数包括供水温度、回水温度、室外温度、房间温度及供水阀门开度；所述计算加权值具体为在当前时刻测得房内平均温度为Tn(x·τ)，供水温度为Tg(x·τ)，回水温度为Th(x·τ)，室外温度为Tw(x·τ)，阀门实际开度为KDs(x·τ)，其中τ为采样周期，x＝1......M，M为采暖总时间除以采样周期τ得到的整数值；查该住户的供暖参数表，得到当房间温度为Tn(x·τ)时，供水温度为Tg，回水温度为Th，室外温度为Tw，阀门开度为KD，则当系统供水为定压力、阀门为线性调节阀时，得出如下表达式则KD(x·τ)=(Tg-Th)[Tn(x·τ)-Tw(x·τ)][Tg(x·τ)-Th(x·τ)](Tn(x·τ)-Tw)·KD----(1)]]>其中q、q(x·τ)分别为标定时及当前时刻住户采暖供水流量，KD(x·τ)为当前阀门理论开度，则该用户当前的加权值为K(x·τ)=KDs(x·τ)KD(x·τ)----(2)]]>所述计算热当量，具体为Q(i,j,k)=S(i,j,k)·τ·Σx=1MK(x)·[Tn(x·τ)-Tw(x·τ)]----(3)]]>当K(x·τ)＞1时，控制器查询相邻住户采暖开关信号如果为关信号，算式(3)中K(x·τ)＝1；否则K(x·τ)将按算式(2)的计算结果参与算式(3)的热当量的计算；所述采暖关信号产生条件是相邻住户关闭温控器及/或相邻住户将房间温度设为防冻温度；所述计算住户需承担的热费，具体为由楼热力入口总热能表读数计算出该楼的总热费Y，用下式计算楼内该住户应该分摊的热费Y(i,j,k)=YΣi=1n1Σj=1n2Σk=1n3Q(i,j,k)·Q(i,j,k).]]>
本发明具有以下优点及有益效果1.实现了在温度面前人人平等。由于本发明采用温度加权法计算热费，而加权值的标定充分考虑了相邻住户房间吸收热量的情况、房间所在不同位置的影响及自身开窗等浪费现象，因而能够合理地计算出相同舒适度下住户支出的费用；2.避免人为公摊费用。没人居住的空房由于吸收相邻住户的热量，也会有温度，用本发明方法计算会得出其需要缴纳的费用，避免了人为规定公摊费用的不合理现象；3.充分考虑了受相邻不采暖房间影响的住户。按本发明方法计算，如该住户房间温度降低，费用也会减少，如果由于阀门开度加大温度没有降低，费用也不会增加，因为按本发明的计算方法，该住户加权值为1，增加的热费由不采暖住户承担；4.有效控制浪费现象的发生。根据本发明计算方法，如果住户开窗散热，而室内温度保持不变，会造成加权值增加，支出的费用也要增加，以此限制浪费，鼓励节能；5.充分考虑了位于冷山、底层或顶层的住户。由于冷山、底层或顶层房间热负荷大，在标定时，作为加权计算基准的阀门开度比其它房间要大。在遇到热负荷扰动时，阀门的开度将在标定的基准值基础上增减，其加权值的计算结果与其他房间基本相同。因此在按舒适度及加权值进行收费的系统中，冷山、顶层、底层的住户，不会增加额外费用。


图1为本发明装置构成框图；图2为本发明电气原理图(一)；图3为本发明电气原理图(二)；图4为本发明实施例说明图。
具体实施例方式
本发明适用于每个单元管道井里安装供回水立管，且从供回水立管上引出每户的水平支管，水平支管与散热器采用双管并联或单管串联的分户供暖及通过积、分水器与地埋管相联的地热供暖系统的温控计费装置及热费计算方法。
如图1、图4所示，为双管制供暖系统，并由虚线划分出相邻的5个住户单元。在楼热力管道总入口处安装热量总表1，记录楼内所有住户消耗的热能总量，而每个住户设置一套温控计费装置，其功能是对每个房间的温度进行采集，对平均温度进行控制，并计算该用户消耗的热当量。本实施例以中间住户为例，该住户有楼上、楼下、左、右四家邻居，在该住户室内安装分户供暖温控计费装置，包括温度采集器3及控制器2，该温度采集器3安装于室内需要暖气或地热采暖的房间内，如图2所示，具有第一中央处理器U1，其输入端接有室内温度传感器T1，本实施例最多采用6路温度传感器，安装于不同的房间内，分别采集该住户各房间的温度；第一中央处理器U1的数字量输出端接有第一显示器U4，用于显示时间、温度及设置的参数；第一中央处理器U1的数字量输入端接有第一键盘U3，用以设置温度和时间；第一中央处理器U1通过第一通讯接口U2与控制器2进行通讯连接；如图3所示，该控制器2具有第二中央处理器U7，其模拟量输入端接有室外温度传感器T2、供水温度传感器T3、回水温度传感器T4及电动调节阀5的阀位反馈信号，模拟量输出端经驱动放大器U10接至电动调节阀5(本实施例采用三通阀)的执行器，第二中央处理器U7的数字输入端与相邻住户采暖开关信号S1相连，本实施例中该信号为四路，分别接自四户邻居的控制器，用于检测相邻住户采暖系统的开关情况；第二中央处理器U7的数字量输出端接有第二显示器U11，用于显示热当量或IC卡储存的热费余额；第二中央处理器U7的数字量输入端接有地址开关U9，用于进行地址编码；第二中央处理器U7通过第二通讯接口U6还可与抄表U13连接，其功能是在采暖季节开始时，对温度控制器3进行初始化操作，抄表U13的结构与功能与“风机盘管计量控制装置及热量计量方法”(专利号20051004681514)中所述抄表相同；第二中央处理器U7的数字量输入管脚与IC卡接口U8相连，在热费量化后可根据IC卡热费储值控制阀门开关；第二中央处理器U7的数字量输出端将本住户采暖开关信号S2接至相邻住户控制器采暖信号输入端；控制器2中的第二中央处理器U7中存有现场参数自动标定程序。
本发明装置的工作过程如下通过设在各个独立生活空间的温度传感器T1采集各个房间的温度并计算其加权平均值，然后通过串口及通讯接口把设定温度和平均温度传输给设于管道井内的控制器2，控制器2自动调节电动调节阀5的开度，使房间的平均温度达到设定值。各个独立房间的温度，用户可根据需要通过手阀7自行调节，如图4所示，6为散热器，12为减压阀，其作用是维持采暖水系统压力稳定；控制器2根据标定的该住户供暖参数及接收各温度信号、相邻住户采暖开关信号S1，在运行中计算加权值和热当量；控制器2在热费量化后可根据IC卡热费储值控制阀门开关；控制器2还可通过抄表在采暖季节开始时，对控制器2进行初始化操作，在采暖结束时读取控制器2的热当量，并上传给计费计算机以进行热费计算。
本发明分户供暖热费计算方法包括现场标定供暖参数、根据供暖参数计算加权值、计算热当量及计算住户需承担的热费四个部分，具体为1)现场标定供暖参数启动现场参数自动标定程序(启动时间由抄表设置)，通过该程序自动标定房间温度在5～24℃之间、温度每升高1℃时对应的供水温度、回水温度、室外温度及调节阀的开度。设其中一组对应的参数分别为房间温度20℃；供水温度65℃；回水温度55℃；室外温度-18℃；阀门开度80％。
2)根据供暖参数计算加权值在运行中，某时刻房间温度为20℃；供水温度68℃；回水温度56℃；室外温度-20℃；阀门的实际开度85％；阀门的理论开度
/(20-(-18))×80％＝0.7则该用户当前的加权值为K(x·τ)=KDS(x·τ)KD(x·τ)=0.85/0.7=1.21]]>这个数字说明该用户可能自开窗或相邻用户关闭采暖系统，如为该用户自开窗，即控制器没有收到相邻住户的关采暖信号，则该加权值采用上述计算得出的数值1.21，如相邻用户关闭采暖系统，即控制器收到了相邻住户的关采暖信号，则该加权值为1。
3)计算热当量该住户的热当量用Q(i，j，k)表示，则Q(i,j,k)=S(i,j,k)·τ·Σx=1MK(x·τ)·[Tn(x·τ)-Tw(x·τ)]----(3)]]>其中i为单元号，j为楼层号，k为房号，S(i，j，k)为i单元、j层、k号房间的面积，τ为采样周期(本实施例为5分钟)，M为总采暖时间除以τ的整数值。
4)计算住户需承担的热费由楼热力入口总热能表读数计算出该楼的总热费Y，用下式计算楼内该住户应该分摊的热费Y(i,j,k)=YΣi=1n1Σj=1n2Σk=1n3Q(i,j,k)·Q(i,j,k),]]>其中n1为该栋楼的单元总数；n2为该栋楼的楼层总数；n3为该栋楼某单元、某楼层的住户总数。
该计算方法实现了分户供暖公平计费。
权利要求
1.一种分户供暖温控计费装置，其特征在于包括温度采集器(3)及控制器(2)，该温度采集器(3)安装于室内，其输入端接有室内温度传感器(T1)；该控制器(2)的输入端接有室外温度传感器、供水温度传感器及回水温度传感器(T2～T4)，模拟输出端经驱动放大器(U10)与电动调节阀(5)相连，控制器(2)中的第2中央处理器(U7)中存有现场参数自动标定程序，温度采集器(3)与控制器(2)通过通讯接口进行通讯连接。
2.按权利要求1所述分户供暖温控计费装置，其特征在于所述温度采集器(3)具有第一中央处理器(U1)，其模拟量输入端与室内温度传感器(T1)相连；第一中央处理器(U1)的数字量输出端接有第一显示器(U4)；第一中央处理器(U1)的数字量输入端接有第一键盘(U3)；第一中央处理器(U1)通过第一通讯接口(U2)与控制器(2)进行通讯连接；所述控制器(2)具有第二中央处理器(U7)，其模拟量输入端与室外温度传感器、供水温度传感器、回水温度传感器(T2～T4)及阀位反馈信号(S3)相连；第二中央处理器(U7)的数字量输出端接至第二显示器(U11)；第二中央处理器(U7)的数字量输入端接有地址开关(U9)；第二中央处理器(U7)的第二通讯接口(U6)还接有抄表(U13)；第二中央处理器(U7)的数字量输入管脚接有IC卡接口(U8)；第二中央处理器(U7)的数字输入端与相邻住户采暖开关信号(S1)相连；第二中央处理器(U7)的数字量输出端将本住户采暖开关信号(S2)接至相邻住户控制器采暖信号输入端；第二中央处理器(U7)的模拟量输出端经驱动放大器(U10)接有电动调节阀(5)。
3.一种分户供暖热费计算方法，其特征在于具有以下步骤现场标定供暖参数；根据供暖参数计算加权值；计算热当量；计算住户需承担的热费。
4.按权利要求3所述的分户供暖热费计算方法，其特征在于所述现场标定供暖参数具体为在正式计费前启动现场参数自动标定程序进行自动标定，生成该住户的供暖参数表；按房间温度的标定范围温度每升高1℃，标定一次供暖参数，所述供暖参数包括供水温度、回水温度、室外温度、房间温度及供水阀门开度。
5.按权利要求3所述的分户供暖热费计算方法，其特征在于所述计算加权值具体为在当前时刻测得房内平均温度为Tn(x·τ)，供水温度为Tg(x·τ)，回水温度为Th(x·τ)，室外温度为Tw(x·τ)，阀门实际开度为KDs(x·τ)，其中τ为采样周期，x＝1......M，M为采暖总时间除以采样周期τ得到的整数值；查该住户的供暖参数表，得到当房间温度为Tn(x·τ)时，供水温度为Tg，回水温度为Th，室外温度为Tw，阀门开度为KD，则当系统供水为定压力、阀门为线性调节阀时，得出如下表达式qq(x·τ)=KDKD(x·τ)=tg(x·τ)-Th(x·τ)Tg-Th·Tn(x·τ)-TwTn(x·τ)-Tw(x·τ),]]>则KD(x·τ)=(Tg-Th)[Tn(x·τ)-Tw(x·τ)][Tg(x·τ)-Th(x·τ)](Tn(x·τ)-Tw)·KD---(1),]]>其中q、q(x·τ)分别为标定时及当前时刻住户采暖供水流量，KD(x·τ)为当前阀门理论开度，则该用户当前的加权值为K(x·τ)=KDs(x·τ)KD(x·τ)---(2).]]>
6.按权利要求3所述的分户供暖热费计算方法，其特征在于所述计算热当量，具体为Q(i,j,k)=S(i,j,k)·τ·Σx=1MK(x·τ)·[Tn(x·τ)-Tw(x·τ)]---(3).]]>
7.按权利要求5或6所述的分户供暖热费计算方法，其特征在于当K(x·τ)＞1时，控制器查询相邻住户采暖开关信号(S1)如果为关信号，算式(3)中K(x·τ)＝1；否则K(x·τ)将按算式(2)的计算结果参与算式(3)的热当量的计算。
8.按权利要求7所述的分户供暖热费计算方法，其特征在于所述采暖关信号产生条件是相邻住户关闭温控器及/或相邻住户将房间温度设为防冻温度。
9.按权利要求3所述的分户供暖热费计算方法，其特征在于计算住户需承担的热费，具体为由楼热力入口总热能表读数计算出该楼的总热费Y，用下式计算楼内该住户应该分摊的热费Y(i,j,k)=YΣi=1n1Σj=1n2Σk=1n3Q(i,j,k)·Q(i,j,k);]]>其中n1为该栋楼的单元总数；n2为该栋楼的楼层总数；n3为该栋楼某单元、某楼层的住户总数。
全文摘要
本发明公开一种分户供暖温控计费装置及热费计算方法，该装置包括温度采集器及控制器，该温度采集器安装于室内，其输入端接有室内温度传感器；该控制器的输入端接有室外温度传感器、供水温度传感器及回水温度传感器，模拟输出端经驱动放大器与电动调节阀相连，控制器中的第2中央处理器中存有现场参数自动标定程序，温度采集器与控制器通过通讯接口进行通讯连接；本发明方法包括以下步骤现场标定供暖参数；根据供暖参数计算加权值；计算热当量；计算住户需承担的热费。本发明实现了在温度面前人人平等的目标，避免人为公摊费用，并充分考虑了受相邻不采暖房间影响的住户，能够有效控制浪费现象的发生。
文档编号G01K17/06GK1865862SQ20061004701
公开日2006年11月22日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者张帆, 张诚实, 周丽杰, 徐广艳 申请人:张诚实