专利名称：在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置与方法
技术领域：
本发明属于供热与节能技术领域，尤其涉及一种在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置与方法。
背景技术：
随着我国对建筑节能要求的不断提高和供热收费体制的不断完善，住房和城乡建设部在2009年颁布的《供热计量技术规程》(JCJ173-2009)中也明确了包括直接计量和间接计量各种热计量方法。最常规的热量表法有有机械式热量表、超声波式热量表等诸多类型。机械式热量表的初投资低，但流量测量精度不高，表阻力较大、容易阻塞，易损件较多，因此对水质有一定要求。超声波式热量表的流量测量精度高、压损小、不易堵塞，但初投资较高。主要是一个完整的节能与热计量系统都要包括热量表和散热器温控阀两部分来组合成，散热器温控阀高阻力的结构对于供热改造的系统来说几乎无法实现正常运行；对于热费结算而言，无论是采用户用热量表直接计量结算还是依据户用热表值二次分摊总热量的结算，由于每个用户的户表的投资很高，户表故障率也很高(水质处理不好易堵塞、仪表运动部件难以满足供热系统水温高、工作时间长的使用环境等)无法提供准确合理的收费依据；另一个角度而言，热量表计量准确和不准确的计量结果是一样的:因其对热力公司运营造成很大的冲击而都无法和收费直接挂钩。这也是近年来在工程实践中推行热计量的一个重要棘手问题。住建部《热计量技术规程》(JCJ173-2009)推荐了一种“通断时间面积法”的用户热量分摊计量方法。该方法是以采用通/断式供热控制模式(Q式系统)时的每个采暖用户累计通水时间为依据，结合供暖面积来分摊整栋建筑采暖耗热量，从而计算出每个热用户的采暖耗热量，并进行热计量收费。与此方法相配套的热计量(热分摊)装置仅需统计和记录各户通断控制阀的接通时间即可，与以前其他各类户用热量表相比，此装置无须再测量供热流体的流量和温度差异。目前已有一些基于“通断时间面积法”的热计量(分摊)装置，只能用在供热的双管系统上，而不能应用在垂直单管顺流式供暖系统。“通断时间面积法”的热计量(分摊)装置，还存在许多难以解决与克服的问题，未能真正普适性的用在各种采暖系统上，这些个问题包括:1、目前的垂直单管顺流式供暖系统没有很好的节能阀门技术能够适应，传统的散热器恒温阀容易出现流量小，易堵塞，而且投资规模巨大。2、目前的“通断时间面积法”的热计量(分摊)装置，只能用在供热的双管系统上，而不能应用在垂直单管顺流式供暖系统。3、目前户内系统仍采用的是连续供热工况条件下的设计结果，而在通断调节模式的供热工况下，必会出现系统水力失调的情况。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型的在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置和方法，解决上述问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，包括室温控制器、若干个通断控制阀、采集器、IC卡、通讯装置和远程控制中心，所述室温控制器包括IC卡读卡电路；所述室温控制器设置在热用户的所控制室温的室内典型地点，所述通断控制阀设置在所述热用户散热器前的供水管道上，所述室温控制器与所述通断控制阀通讯连接，所述室温控制器与所述采集器通讯连接或通过所述IC卡读卡电路与所述IC卡来交换数据，所述采集器通过所述通讯装置与所述远程控制中心通讯连接，简称之为“一拖多”。所述通断控制阀包括通断控制阀本体和控制所述通断控制阀本体通断的通断执行器，所述室温控制器与所述通断执行器通讯连接，所述室温控制器与所述采集器通讯连接或通过所述IC卡读卡电路与所述IC卡来交换数据；所述通断执行器包括防止用户恶意断电盗热的加密控制线。所述远程控制中心包括集中器和计算机，所述通讯装置与所述集中器通讯连接，所述集中器与所述计算机连接。所述计算机上安装有收费管理软件与专用修正计算程序。所述室温控制器还包括室温控制器本体、温室控制电路、时钟电路、通断控制阀电路和通讯模块电路，所述室温控制器本体、所述时钟电路、所述通断控制阀电路和所述通讯模块电路均连接到所述温室控制电路，所述通讯模块电路与所述采集器通讯连接，所述通断控制阀电路与所述电动三通阀通讯连接。还包括电源，所述电源与所述通讯模块电路连接。还包括楼栋热量表，所述楼栋热量表与所述通讯装置通讯连接。所述室温控制器为可编程电子式室温控制器，所述室温控制器能够按需要把一天24小时分为两个以上时间段，分别输入各时间段的设定温度。所述的通断控制阀是二通或三通的电动、热电控制阀。一种在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的方法，在每组散热器的入口供水管上安装具备流量分流功能和通断控制功能的电动三通阀，在热用户的所控制室温的室内典型地点设置室温控制器，用户通过在所述室温控制器上输入设定数据来控制若干电动三通阀同时开关；设置在远程控制中心的计算机采集所述室温控制器和所述电动三通阀传来的数据，进行记录并进行处理分析，并根据处理结果和设定数据的比较控制所述室温控制器和所述电动三通阀。本发明涉及一种集中供热系统中的垂直单管顺流式供暖系统上应用通断时间面积法进行节能与热分摊的方法及其装置，具体为一种解决单管顺流式供暖系统“通断时间面积法”热分摊系统节能效率的方法及其装置，属于暖通空调领域。所述方法应用在集中供热系统安装基于通/断式供热控制模式(Q式系统)的室温控制及热计量(分摊)的装置，按照“通断时间面积法”进行采暖热耗量分摊时，采用温控技术与阀门技术把供暖的单管系统改造成相当于水平双管系统(即双管制的分户独立供暖系统)的形式再来按照通断时间面积法进行分摊，以适应集中供热、分户热计量(分摊)收费的要求。本发明中的专用修正计算程序采用实际测量的末端散热设备的散热量与设计末端散热设备的散热量为依据计算修正参数。本发明的目的在于解决“通断时间面积法”热分摊系统现有技术中存在的问题，提供一种能使用在室内供暖系统上的“通断时间面积法”热分摊系统及其装置。通过采用在每组散热器前面安装低阻的三通阀门，把原先的垂直单管顺流式供暖系统改变成类似于双管系统的系统，用一个温控装置来同时带动多个散热器三通阀门，多个阀门可以同时开、同时关，以符合建筑采暖“通断时间面积法”方法分户热计量(分摊)、按采暖耗热量计量收费的实际要求，简称之为“一拖多”控制。本发明中的所述的电动三通阀是具备流量分流功能的三通电动或电磁控制阀，电动三通阀安装于供热用户散热器前；所述的具备热量修正功能的管理软件、专用修正计算程序是依据暖气片测试标准GB/T 13754-92 EN442 IBR通过实际测算的用户的供热用的散热器或地板采暖材料更换的材质和片组数的不同进而测算实际的传热系数K值、标准工况下的散热量对原来供热时间进行修正；所述的室温控制器需安装在室内，内部设置感温探头和通讯功能的通讯模块，以检测该点的温度和通过M-BUS、RS-485和无线传输或者用IC卡人工读数的形式把数据传输出去。所述的室温控制器为可编程电子式室温控制器。可编程电子式室温控制器可以按需要把一天24小时分为4 8个时间段，分别输入各时间段的设定温度。用户根据自己的需要选取各时间段的温度，也可以在舒适模式(18-25摄氏度)与节能温度(10-15摄氏度)之间一健切换。所述的室温控制器与计算机之间的(无线-去掉)连接包括红外线、M-bus或数传形式连接；或者通过IC卡传输数据。所述的电源可以是电池，也可以是外部交流电源，还可以是其它组合电源系统。所述的电动三通阀包括阀体部分和电动控制部分(通断执行器)，装于散热器前，电动三通阀本体的阀体部分具有分流装置并能分流供热主管通断时的流量。电动控制部分包含电机、减速机构等可根据室温控制器传来的控制指令开关阀门；或选用电热驱动的阀门。该电动控制部分与室温控制器的连接包括电源供给线和加密控制线，以防止用户恶意断电盗热。所述的专用修正计算程序根据现场实际测量的暖气片或地板采暖的参数输入到计算机与原来的参数相对必以修正供热时间参数的办法修正实际用热的时间，可根据供热实际运行工况参数确定恰当的修正公式并写入微处理控制器。可针对每个用户写入多种修正参数。本发明通过在每组散热器前面安装低阻的电动三通阀，把原先的垂直单管顺流式供暖系统改变成类似于双管系统的系统，用一个温控装置来同时带动多个散热器电动三通阀，多个阀门可以同时开、同时关，以符合建筑采暖“通断时间面积法”方法分户热计量(分摊)、按采暖耗热量计量收费的实际要求。电动三通阀上安装具有通断控制功能的电动控制部分，用于调节该户平衡阀门的开关值，并通过实际测算和软件管理等功能为该户开启时间修正的依据，同时结合能根据室温设定进行开关控制的室温控制器，对热用户的通断控制阀开启比(热量分摊比值)进行控制，从而提高热用户采暖的节能效率和热分摊的准确性和公平合理性并去除水力失调现象。本发明把原先的垂直单管顺流式供暖系统改变成类似于双管系统的系统，用一个温控装置来同时带动多个散热器电动三通阀，多个阀门可以同时开、同时关，以符合建筑采暖“通断时间面积法”方法分户热计量(分摊)、按采暖耗热量计量收费的实际要求。所述的通断控制阀是二通或三通电动、热电控制阀，安装于供热散热器前管道上。该装置通过室温控制器控制供热和热量计量，可实现户间流量调节、自动室温调节、收费管理，且具有成本低、施工方便、节能显著、热量分摊公平合理的功能，同时便于管理、更符合我国实际供热、用热工况，可广泛用于“通断时间面积法”进行分户节能与热计量的系统。通过本发明的装置和基于该装置的热分摊(计量)方法，可以有效解决目前“通断时间面积法”热计量方法中存在的问题:1、当热用户私自更换散热器时，如仅用该用户建筑面积和用热时间去分摊整栋楼总热量，则会出现该住户实际用热量大，而分摊热量少、缴费少的不公平现象。2、供热系统因增加计量与节能装置而把原有定流量系统改变成变流量系统而造成的管网失衡问题。3、因集中供热系统为“大温差、小流量”的滞后系统，一般设计流量时往往偏大而造成的室温难以控制而造成了对热分摊不准确的问题。4、因“通断时间面积法”特殊的无线通讯功能只能用在双管系统耳不能用在单管系统上，这样在实践应用上很受局限的问题。5、该装置通过了国家权威检测部门的10万次疲劳测试，达到世界领先水平。该装置操作方便可靠，安装简单，寿命长，成本低，可以大大提高系统节能效率和热量分摊的公平性，便于推广，适合中国的国情。6、传统散热器三通恒温阀阻力过大，易造成管路堵塞、室温降低等问题。7、该装置集平室温控制、热分摊于一体，系统组成简单，施工、维护方便，同时能针对双管系统、单管系统等各类暖通系统进行节能与热计量的改造，扩大了“通断时间面积法”的应用范围。本发明的有益效果可以总结如下:1、本发明通过室温控制器控制供热和热量计量，可实现户间流量调节、自动室温调节、收费管理，且具有成本低、施工方便、节能显著、热量分摊公平合理的功能，同时便于管理、更符合我国实际供热、用热工况，可广泛用于“通断时间面积法”进行分户节能与热计量的系统。2、本发明因为设计了设定分流的阀门部件，以及收费软件专用修正计算程序，因此本装置可以应用在双管系统、单管系统、地板采暖系统等各类采暖系统上进行改造，并针对热用户供水流量变化、热用户私自改装散热设备、热用户相同面积相同温度因不同位置而造成不同费用等实际可能出现的情况，起到更为科学合理的节能和分摊整栋楼总热量的功能。3、本发明对“通断时间面积法”这种新的二次热分摊方法在在直单管顺流式系统上的推广与落实提供技术上的有力保障。4、本发明提出能够克服现有技术中存在的问题，可实现热量分摊更公平合理、节能效率根高，可以有效解决目前“通断时间面积法”热计量方法中存在的问题:5、本发明通过预先设定热用户供热水流量的方法达到调节热用户之间的热平衡、提高节能效率；并按照专用的修正计算公式，对热用户的热量分摊时间进行修正，从而提高热用户热分摊的准确性和公平合理性达到相同面积相同温度因不同位置而相同费用的效果O
图1为本发明一种在直单管顺流式系统上应用通断时间面积法进行节能与热分摊的方法与装置的技术原理图；图2本发明一种在直单管顺流式系统上应用通断时间面积法进行节能与热分摊的方法及其装置的电路方框图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1至图2所示的一种在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，包括室温控制器7、若干个电动三通阀3、采集器4、IC卡、通讯装置I和远程控制中心，所述室温控制器7包括IC卡读卡电路；所述室温控制器7设置在热用户的所控制室温的室内典型地点，所述电动三通阀3设置在所述热用户散热器6前的供水管道上，所述室温控制器7与所述电动三通阀3通讯连接，所述室温控制器7与所述采集器4通讯连接或通过所述IC卡读卡电路与所述IC卡来交换数据，所述采集器4通过所述通讯装置I与所述远程控制中心通讯连接，简称之为“一拖多”；所述电动三通阀3包括通断控制阀本体和控制所述通断控制阀本体通断的通断执行器，所述室温控制器7与所述通断执行器通讯连接，所述室温控制器7与所述采集器4通讯连接或通过所述IC卡读卡电路与所述IC卡来交换数据；所述通断执行器包括防止用户恶意断电盗热的加密控制线；所述远程控制中心包括集中器和计算机8，所述通讯装置I与所述集中器通讯连接，所述集中器与所述计算机8连接，所述计算机8上安装有收费管理软件与专用修正计算程序；所述室温控制器7还包括室温控制器7本体、温室控制电路、时钟电路、通断控制阀电路和通讯模块电路，所述室温控制器7本体、所述时钟电路、所述通断控制阀电路和所述通讯模块电路均连接到所述温室控制电路，所述通讯模块电路与所述采集器4通讯连接，所述通断控制阀电路与所述电动三通阀通讯连接。所述在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置还包括电源、楼栋热量表2，所述电源与所述通讯模块电路连接，所述楼栋热量表2与上述通讯装置I通讯连接；所述室温控制器7为可编程电子式室温控制器，所述室温控制器7能够按需要把一天24小时分为两个以上时间段，分别输入各时间段的设定温度。—种在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的方法，在每组散热器6的入口供水管上安装具备流量分流功能和通断控制功能的电动三通阀3，在热用户的所控制室温的室内典型地点设置室温控制器7，用户通过在所述室温控制器7上输入设定数据来控制若干电动三通阀3同时开关；设置在远程控制中心的计算机8采集所述室温控制器7和所述电动三通阀3传来的数据，进行记录并进行处理分析，并根据处理结果和设定数据的比较控制所述室温控制器7和所述电动三通阀3 ;通过室温控制器7控制电动三通阀3开通或截断实现人为的行为节能。温度控制器7与电动三通阀3的控制部分即通断执行器进行无线、有线的数据传输线路5传递信号。室温控制器7和楼栋热量表2还可以通过自身的通讯模块把信号传输至管理部门的安装有收费管理软件8的计算机上进行热量分摊。如图2、所示，一种在直单管顺流式系统上应用通断时间面积法进行节能与热分摊的装置的结构及电路连接关系，室温控制器7采用可编程室温控制器，即按需要把一天24小时分为4 8个时间段，分别设定各时间段的温度，将各时间段和设定的温度编成程序存储在控制器的芯片中并自动上传或通过人工IC卡等数据载体传递数据至收费管理软件进行数据存储、分析。用户根据自己的需要选取时间段的温度。电动三通阀3采用电动、热电控制形式，阀门装于散热器前供水管上，并加装跨越管实现热水的分流。
其工作原理是:在一栋楼宇的热力入口处安装带有通讯功能的作为结算器具的楼栋热量表2来计量通讯的总热量。该建筑物每一个热用户的所控制室温的室内典型地点安装室温控制器7，带有通断执行器的电动三通阀3安装在住户的散热器前供水管道上。热用户可根据实际建筑物面积和实际热用量设定电动三通阀3的通或断以达到基本的供热需求，同时需要设定室温控制器7的温度，则电动三通阀3通过与室温控制器7连接的通断执行器开关阀门。例如当室温达到所需设定温度以上，室温控制器自动将其测得的室温值和设定值进行比较，如室温达到设定值，室温控制器7触点断开(或闭合)，通过室温控制电路向通断执行器发出信号，通断执行器将输出控制信号控制电动三通阀3使得供热管路关闭，停止供热，同时停止累计接通时间；如室温低于设定值，室温控制器7触点闭合(或断开)，则使得管路开启，开始供热，同时开始累计接通时间。同时可自行根据每一天用热的时间段不同分别设定节温度，可实现节省热能、节约热费。如用户需较高温度时，可把室温控制器7的设定温度调高，例如调至摄氏22度以上，室温控制器7将自动控制供热室温，满足供热需求。室温控制器7的设定温度可以随时按需要方便地调节，实现用户主动按需用热、节约能源、节省热费的要求。室温控制器7还可以按需要把一天分为4 8个时间段，分别设定各时间段的温度，室温控制器7将自动控制电动三通阀3的启闭，达到更大程度上的节约能源。
收费管理软件8可自动存储5个以上采暖季的供热数据。同时能计算和存储本采暖季内用户使用的接通时间和断开时间，并且根据用户设定温度进行通断控制，还可以为供热管理部门制定合适的节能的供热方案。
参照图1，在某楼宇的热力入口处安装楼栋热量表2作为结算用计量器具计量该楼宇的总消耗热量作为供暖收费二次热分摊的依据，同时把数据上传至收费管理软件8 ；同时在每一个热用户的每组散热器前供水管处安装电动三通阀3，在房间内安装室温控制器7。其控制策略是室 温控制器7根据实际热用量的情况把控制信号阐述给v3控制阀门的通断并计算、存储并上传阀门开启的时间；采暖结束后各用户依据此数据以及相应的供热面积信息，分摊楼栋热量表2的总热量，同时收费管理软件8计算出相应的热费。具体计算公式如下见公式(I) Ti * Hi _ Fi (I). __ _ /■)
iIi ~ ΛV2 二.Ti U-
某用户分摊的' =
(该用户计量数X该户用热时间X该户采暖面积)X楼宇总消耗热量 —01 I正系数X用户用热时间X用户采暖面积) J1-1
qj:分摊给i用户的热量(kw.h)
Qz:楼栋热量表计量的总热量(kw.h)
Ti:i用户的计量修正系数
H1:1用户累计用热的时间(h)
Fi: i用户的供热面积(m2)
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，其特征在于:包括室温控制器、若干个通断控制阀、采集器、IC卡、通讯装置和远程控制中心，所述室温控制器包括IC卡读卡电路；所述室温控制器设置在热用户的所控制室温的室内典型地点，所述通断控制阀设置在所述热用户散热器前的供水管道上，所述室温控制器与所述通断控制阀通讯连接，所述室温控制器与所述采集器通讯连接或通过所述IC卡读卡电路与所述IC卡来交换数据，所述采集器通过所述通讯装置与所述远程控制中心通讯连接。
2.根据权利要求1所述的在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，其特征在于:所述通断控制阀包括通断控制阀本体和控制所述通断控制阀本体通断的通断执行器，所述室温控制器与所述通断执行器通讯连接，所述室温控制器与所述采集器通讯连接或通过所述IC卡读卡电路与所述IC卡来交换数据；所述通断执行器包括防止用户恶意断电盗热的加密控制线。
3.根据权利要求2所述的在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，其特征在于:所述远程控制中心包括集中器和计算机，所述通讯装置与所述集中器通讯连接，所述集中器与所述计算机连接。
4.根据权利要求3所述的在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，其特征在于:所述计算机上安装有收费管理软件与专用修正计算程序。
5.根据权利要求1所述的在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，其特征在于:所述室温控制器还包括室温控制器本体、温室控制电路、时钟电路、通断控制阀电路和通讯模块电路，所述室温控制器本体、所述时钟电路、所述通断控制阀电路和所述通讯模块电路均连接到所述温室控制电路，所述通讯模块电路与所述采集器通讯连接，所述通断控制阀电路与所述电动三通阀通讯连接。
6.根据权利要求5所述的在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，其特征在于:还包括电源，所述电源与所述通讯模块电路连接。
7.根据权利要求1所述的在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，其特征在于:还包括楼栋热量表，所述楼栋热量表与所述通讯装置通讯连接。
8.根据权利要求1所述的在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，其特征在于:所述室温控制器为可编程电子式室温控制器，所述室温控制器能够按需要把一天24小时分为两个以上时间段，分别输入各时间段的设定温度。
9.根据权利要求1所述的在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，其特征在于:所述的通断控制阀是二通或三通的电动、热电控制阀。
10.一种在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的方法，其特征在于:在每组散热器的入口供水管上安装具备流量分流功能和通断控制功能的电动三通阀，在热用户的所控制室温的室内典型地点设置室温控制器，用户通过在所述室温控制器上输入设定数据来控制若干电动三通阀同时开关；设置在远程控制中心的计算机采集所述室温控制器和所述电动三通阀传来的数据，进行记录并进行处理分析，并根据处理结果和设定数据的比较控制所述室温控制器和所述电动三通阀。
全文摘要
一种在垂直单管顺流式系统上进行节能与热分摊的装置，包括室温控制器、若干个通断控制阀、采集器、IC卡、通讯装置和远程控制中心，室温控制器包括IC卡读卡电路；室温控制器设置在热用户的所控制室温的室内典型地点，通断控制阀设置在热用户散热器前的供水管道上，室温控制器与通断控制阀通讯连接，室温控制器与采集器通讯连接或通过IC卡读卡电路与IC卡来交换数据，采集器通过通讯装置与远程控制中心通讯连接，简称之为“一拖多”。本发明成本低、施工方便、节能显著、热量分摊公平合理的功能，同时便于管理、更符合我国实际供热、用热工况，可广泛用于“通断时间面积法”进行分户节能与热计量的系统。
文档编号F24D19/10GK103185371SQ201110459839
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者杨进 申请人:北京乐福能节能技术有限公司