基于水力平衡的供暖热计量管理系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于水力平衡的供暖热计量管理系统，主要包括：供热站、换热站和家庭用户。供热站通过一次网管路与多个换热站进行热交换，每个换热站通过二次网管路为终端的家庭用户供热。所述的换热站设有与供热站进行热交换的换热器。与供热站连通的主管路和多条经过所述供热终端用户并为每个家庭用户供热的并联支管路I在换热器完成热交换。所述主管路上设有自力式流量阀I、楼栋热计量表和主控阀门；相应的所述并联支管路I上设有自力式流量阀II，户用热计量表和分控阀门。由于在每户供热终端用户都设置了自力式流量阀，可以保证当处于并联管路中的一个用户关闭自身阀门时，其它用户的流量不会受到任何影响，有效的保证了分户供热计量的公平性和准确性。
【专利说明】基于水力平衡的供暖热计量管理系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水力平衡的供暖热计量管理系统及其控制方法。涉及专利分类号F24供热；炉灶；通风F24D住宅供热系统或区域供热系统，例如集中供热系统；住宅热水供应系统；其所用部件或构件。
【背景技术】
[0002]自力式流量控制阀主要有阀体、自动调节阀塞、感压膜片及手动设定流量的阀板及流量刻度盘构成。工作时，先将流量根据刻度指示设定为所需值，当阀前后压差Ap =pl-p3增大时，由于内部压力p2增大使膜片带动自动阀塞,将节流口减小,使出口处的压差p2-p3保持不变，原设定流量也恒定不变，当Ap减小时，原设定流量趋于减小，此时，由弹簧作用将自动阀芯节流口增大，使出口处压差仍保持不变，原设定流量恒定不变。
[0003]自力式流量控制阀虽然改善了供暖水力平衡问题，但仍不能使供暖行业实现“公平使用热量、合理计量收费”的目标。
[0004]长期以来，我国北方地区城镇居民采暖都按住宅面积而不是实际用热量计量收费，导致用户节能意识差，造成资源浪费，大气污染情况雪上加霜，户用热计量表作为众多计量方法中唯一完全使用计量器具的方法，其计量的合理性及准确性都得到认可。超声波热计量表的基本原理是通过测量超声波在流体中顺流和逆流方向传播速度不同来反映流体流速的。超声波在流动的流体中传播，顺流方向传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离便有不同的传播时间，利用其差与被测流体流速之间的关系便可求得流速，进而换算成流量。
[0005]单一的计量功能只能增强民众的节能减排意识，却达不到节能减排的目的。
[0006]室内温度控制系统已在供暖、空调等领域得到广泛的应用，其工作原理是通过室内温度控制面板控制电动阀门的开启时间，以达到改变流量大小而调节室内温度的效果。由于供暖是一个特殊的热水循环体系，单一的室温控制系统应用只会破坏现有的水力平衡状态，不但达不到理想的节能减排的效果，更会增加供暖水力平衡的负担。
[0007]目前供暖行业两大问题，第一，供暖水力失调，浪费能源；第二，按面积收费，用户室内温度差距大，供暖缴费问题始终是百姓的争议的焦点。
【发明内容】
[0008]本发明针对在小区居民楼内部由管路设置而引起的，当一个并联管路用户关闭阀门时，会导致处在其它并联管路中的用户流量增大，进而影响其它用户供暖量，严重影响分户计量的公平的问题而研制的一种基于水力平衡的供暖热计量管理系统，主要包括:
[0009]供热站、换热站和家庭用户。供热站通过一次网管路与多个换热站进行热交换，每个换热站通过二次网管路为终端的家庭用户供热。
[0010]所述的换热站设有与供热站进行热交换的换热器。与供热站连通的主管路和多条经过所述供热终端用户并为每个家庭用户供热的并联支管路I在换热器完成热交换。所述主管路上设有自力式流量阀1、楼栋热计量表和主控阀门；相应的所述并联支管路I上设有自力式流量阀II，户用热计量表和分控阀门。
[0011]由于在每户供热终端用户都设置了自力式流量阀，可以保证当处于并联管路中的一个用户关闭自身阀门时，其它用户的流量不会受到任何影响，有效的保证了分户供热计量的公平性和准确性。
[0012]作为一个较佳的实施方式，所述设置在供热终端用户的自力式流量阀II为电动自力式流量阀，同时为了方便分户供热用户对包括温度、供热时长等的供热条件进行设置，相应的所述电动自力式流量阀还连接有供热终端用户操控的温控面板，方便家庭终端用户随时对自家的供热量进行操作。
[0013]更进一步的，为了方便对分户计量的供热用户进行供热量进行统计，所述的户用热计量表连接有集抄器。作为一个较佳的实施方式，在供热系统所覆盖的居民区内每一个栋楼或一个单元设置一个集抄器，该集抄器与楼内的多个户用热计量表通信。
[0014]更近一步的，在大范围使用集抄器的基础上，所述的换热站内部还设有与所述楼栋热计量表和集抄器远程通讯的总集抄器和一集中器；由所述集抄器和总集抄器采集的供热数据，通过所述的集中器上传至设置在供热站I的远程控制系统，管理人员可以通过电脑上的专业管理软件进行数据解析，最终获得用户及换热站等等监控点的实际信息，包括热计量表抄表数据，用户取暖费结算，能源节约、损耗等项目，有效的降低了人工成本并提高了工作效率。
[0015]同样的，为了方便管理人员实时了解系统总体供热情况，所述的一次网管路上设有总热计量表。
[0016]在现有技术中，调节供暖系统的水力平衡，由于没有采用户用水力平衡阀，所以只能调节楼栋之间的水力平衡，通常的做法是:主动调整，先将一栋楼的供热阀门开启一个比较适合的角度，检验是否满足供热要求，若满足供热要求，则继续调节下一栋楼；若不满足，则需要逐步微调供热阀门的开启幅度，直到符合供热要求，整个过程极为漫长、繁琐，浪费了大量的人力和时间成本。即使调整完毕，形成了楼栋之间的水力平衡，由于没有分户安装的供热阀门，楼栋内的居民之间同样存在着极大的计量误差，而且，当系统内任意一个家庭用户，对自家的分户的供热阀门进行了调节，会打破整个系统的水力平衡，影响系统内每一个家庭用户供热计量的准确性和公平性。
[0017]一种如权利要求1所述供暖热计量管理系统的控制方法，具有如下步骤:
[0018]一将系统内全部的阀门开启幅度调到最大；一根据换热站的供热面积，计算换热站的供热参数，按该供热参数调节自力式流量阀，达到计算的供热参数；
[0019]一按供热面积设定该换热站所述全部供热终端用户的供热参数，调节每个户用自力式平衡阀，达到设定的供热参数；一重复上述步骤，直到将系统内全部换热站和换热站所属的户用自力式平衡阀调节至设定的供热参数状态。
[0020]由于采用了上述技术方案，本发明提供的基于水力平衡的供暖热计量管理系统及其控制方法，使整个水力平衡系统不受任何一个环节的变化所影响，真正使供暖公司达到了节能的效果，彻底解决了供暖公司因为百姓室内温度差距大而造成的缴费难等问题，同时采用了远程控制管理系统等先进技术，减少了人力物力，降低了企业运行的成本。【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本发明供热计量系统的模块图
[0023]图2为本发明实施例一涉及热计量系统的模块图
[0024]图3为本发明实施例一的例证图
【具体实施方式】
[0025]为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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的描述:
[0026]如图1所示:一种基于水力平衡的供暖热计量管理系统，包括:供热站1、通过一次网管路11与该供热站I进行热交换的多个换热站2和以每户家庭为单位的供热终端用户3。
[0027]所述的换热站设有与供热站I进行热交换的换热器24，由供热站引出的二次网管路包括主管路21和多条经过所述供热终端用户3并为每个用户供热的并联支管路123 ;所述主管路21上设有自力式流量阀1221、楼栋热计量表222和主控阀门223 ;所述并联支管路123上设有自力式流量阀11231，户用热计量表232和分控阀门233。
[0028]所述的自力式流量阀II231为电动自力式流量阀，该流量阀还连接有供热终端用户3操控的温控面板234。所述的户用热计量表232连接有集抄器31。所述的换热站2内部还设有与所述楼栋热计量表222通讯的总集抄器25和一集中器26 ；由所述集抄器31和总集抄器25采集的供热数据，通过所述的集中器26上传至设置在供热站I的远程控制系统4。
[0029]实施例1:为了更好的说明本发明的效果，在本实施例1中的系统中，对细节做了相应的修改，集成了现有技术中的管路和阀门的安装方式，通过对比突出本发明的效果。如图2所示:
[0030]所述主管路21上设有的主控阀门223被一主控球阀225代替，该主控球阀225与自力式流量阀1221通过管路连通，同时为了突出现有技术中管路和阀门设置的缺陷，主控球阀225、自力式流量阀1221和楼栋热计量表222设置在所述的主管路21上。在主控球阀225和自力式流量阀1221的两端设有一并联的主控蝶阀224。
[0031]同时，在所述的并联支管路123上的分控阀门224被一分控球阀235代替，同样的为了验证传统管路和阀门设置的缺陷和本发明的优点，分控球阀234、自力式流量阀II231和户用热计量表232通过管路直接连通，在自力式流量阀II231和分控球阀234的两端设有一并联的分控蝶阀236。
[0032]模拟现有的管路和阀门的设置方式:主控蝶阀224全部打开，分控蝶阀236全部打开，主控球阀225全部关闭，全部分控球阀235关闭。
[0033]在初始状态下，多个楼栋热计量表222的流量示数按与供热站的远近顺序，呈现由小到大示数，即距离供热站越远的楼栋热计量表222的示数越小，距离供热站越近的楼栋热计量表222的示数越大，说明不同换热站之间的流量分配不均匀，需要进行调节。
[0034]在调节的过程中，需要反复调节各换热站2的主控蝶阀224，使各楼栋热计量表222的示数一致。此时换热站系统达到水力平衡状态。
[0035]同样的通过反复调节各分控蝶阀236，使各户用热计量表232的示数达到一致，达到用户水力平衡状态。
[0036]在调节过程中，随着各个分控蝶阀236的调节，对应的（分控蝶阀236所在的单元中）楼栋热计量表222的示数也在发生变化，所以必须同时调节不同的分控蝶阀236和主控蝶阀224，才有可能使多个楼栋热计量表222和多个户用热计量表232同时达到平衡状态，这种现象也充分说明了现有供暖系统中任何一个环节的变化（尤其是在传统的供热系统中推广分户计量时，系统内任何一个用户操作自家的供热阀门，都会影响到整个系统的水力平衡，从而造成其它用户计量的失衡）都会影响整个系统的水力平衡。
[0037]比如：如图3所示：当“I号小区I号楼I单元I楼I号用户”，供热终端用户3al关闭其自己的分控蝶阀236al，则对应的户用热计量表232al流量示数降为O。
[0038]户用热计量表232a2……户用热计量表232aN流量示数变大，楼栋热计量表222a
表示数减小，楼栋热计量表222a......楼栋热计量表222x示数变大,总热计量表111示数不
变。经过反复调节的供暖系统水力平衡被供热终端用户3al关闭分控蝶阀236al的行为打破了，系统只有经过再次的反复调试才能达到平衡。
[0039]当换热站停用或出现故障，即主控蝶阀224a关闭，则相应的楼栋热计量表222a为0，户用热计量表232al……户用热计量表232aN示数为0，其它的楼栋热计量表222b……楼栋热计量表222x同时增大，对应的户用热计量表232b I……232bN，户用热计量表
232x1......232xN的示数变大,总热计量表111示数保持不变。供暖系统的平衡因为一个换
热站的故障关闭也失调了。
[0040]以上事实证明：现有供暖系统中水力平衡做的再好，只要一个环节发生变化，则整个供暖系统的水力平衡就会发生失调，需要大量的调试才能重新回到平衡状态。
[0041]在系统局部，按本发明的管路设置方式设置自力式阀门的情况：主控蝶阀224a……224x全部开启，分控蝶阀236al……236aN关闭，即一个换热站连接的终端用户的分控蝶阀全部关闭，分控球阀全部开启，按本实施例所述方式。
[0042]在其余换热站所连接的用户仍然开启相应的分控蝶阀，关闭并联的分控球阀。系统内的初始状态为：楼栋热计量表222a···. 222x的流量示数由小到大排列顺序为热计量表222a…….222x(示数由小到大的顺序，由楼栋热计量表与供热站的远近决定，距离供热站越远，示数越小；对于连接同一个换热站的多个楼栋热计量表也遵循这个规律，距离换热站越远，初始示数越小），户用热计量表的示数由大到小排列顺序为户用热计量表232al……232aN、户用热计量表232b1......232bN，户用热计量表232x1......232xN。
[0043]首先调节处于使用状态下的自力式流量阀II231al……231aN和其它换热站对应处于使用状态下的分控蝶阀，使系统内全部的户用热计量表的示数相同；再调节处于使用状态的主控蝶阀，使全部的楼栋热计量表的示数相同，系统达到平衡。
[0044] 当供热终端用户3al关闭，即分控球阀235al关闭，则对应的户用热计量表232al示数为0，对应换热站2a下其它的户用热计量表示数不变，对应换热站2a的楼栋热计量表222a示数减小,系统其余换热站的楼栋热计量表222b......222x的示数变大,所述这些换热站2a……2x (对应的用户没有采用球阀的）的户用热计量表232bI……232Bn，热计量表232x1……232xN的示数变大，一次管网总热计量111表示数不变。
[0045]当换热站2b停用或出现故障，即蝶阀224b关闭，楼栋热计量表222b示数为
O,楼栋热计量表222a示数不变，其它的楼栋热计量表示数变大；户用热计量表232al、232a2……232aN的示数均不变，户用热计量表232bl、232b2……232bN的示数均为0，系统内剩余其它的户用热计量表232x1……232xN的示数变大，总热计量表111的示数不变。
[0046]总结：关闭“I号小区I号楼I单元I楼I号用户”即供热终端用户3al的蝶阀236al，对“I号小区I号楼I单元2楼I号用户 ”3a2……“I号小区I号楼I单元N楼I号用户”3aN无影响，但对换热站2a、2b……2x的影响较大，同时对没有使用自力式流量控制阀的小区的影响也较大；
[0047]当换热站2b关闭，对换热站2a及其它换热站影响较大，对已安装自力式流量控制阀的其他小区及其供暖区域无影响，。事实证明：使用自力式流量控制阀的三次管网，当其中环节发生变化时，对同一管网系统的水力平衡无影响，但对换热站二次管网的水力平衡造成了影响；而当换热站二次管网发生变化时，对已经使用自力式流量控制阀的区域无影响，但对其他换热站二次管网的影响较大。
[0048]当主控蝶阀224(224a、224b……224x)全部关闭，分控蝶阀236全部开启，主控球阀221a开启，系统内分控球阀全部关闭；初始状态为：楼栋热计量表的流量示数由小到大
排列顺序为楼栋热计量表222a......单元热计量222N。分户计量表的流量示数由大到小排
列顺序为热计量表 235al......235aN、235bl......235bN、......235x1......235xN。
[0049]首先调节自力式流量阀1225a···· . 225x，使全部楼栋热计量表的示数相同，再调节系统内全部的分控蝶阀，使系统内每个户用热计量表的示数相同，此刻系统达到平衡状态。
[0050]当“I号小区I号楼I单元I楼I号用户”，终端供热用户3al关闭，即分控蝶阀236al关闭，则户用热计量表232al示数为0，户用热计量表232a2……232aN示数变大，楼
栋热计量表222a......222x示数不变，户用热计量表232b1......232bN、232xl......232xN的
示数不发生变化，一次管网总热计量111表示数不变。
[0051]当换热站2b关闭，即单元球阀225b关闭，则楼栋热计量表222b示数为O,楼栋热计量表222a的示数不变,其它的楼栋热计量表示数不变,总热计量表111的示数减小，户用热计量表232al... · 232aN的示数不变，户用热计量表232bI……· 232bN的示数为O。系统内楼栋热计量表的示数变大。
[0052]总结：“1号小区I号楼I单元I楼I号用户”（供热终端用户3al)分控蝶阀236al的关闭使“I号小区I号楼I单元2楼I号用户”……“I号小区I号楼I单元N楼I号用户”的流量增大，但不影响系统各换热站之间的水力平衡；当换热站2关闭即主控球阀225b关闭，对整个二次网和三次网的水力平衡没有影响，且供热站的热水输出量减小。事实证明：各换热站使用自力式流量控制阀后，可达到节能的效果，但仍不能保证用户达到“公平使用热量、合理计量收费”的目的。
[0053]完全采用本发明所示方式：系统内的全部球阀均关闭，系统内全部球阀开启；则
初始状态为：楼栋热计量表的流量示数由小到大排列顺序为222a......222x,分户计量表的
流量示数由大到小排列顺序为热计量表235al……235aN、……235bI……235bN……。
[0054]首先调节系统内自力式流量阀1221a……221x，使楼栋热计量表示数相同，再调节自力式流量阀 II231al......231aN、231bl...· · 231bN、......231x1......231xN，使各户用热计
量表的示数相同，此刻供暖水力系统达到平衡状态。
[0055]当“I号小区I号楼I单元I楼I号用户”关闭即分控球阀235al关闭，则户用热计量表232al的示数为0，换热站内其它户用热计量表232a2···. . 232aN的示数不变，换热站的楼栋热计量表222a的示数减小,其它换热站的楼栋热计量表示数不变,其它换热站的户用热计量表也不发生任何变化，总热计量表111的示数减小。
[0056]如果换热站关闭即分控球阀225a关闭，则楼栋热计量表222a示数为0，系统内其它热计量表示数不变，换热站对应的户用热计量表236al……236aN示数为0，系统内其它户用热计量表的示数不变，总热计量表111的示数减小。
[0057]总结，当“I号小区I号楼I单元I楼I号用户”关闭即主控球阀235al关闭时，对三次管网系统无影响，对二次管网系统也无影响，且可以减少换热站2a的流量输出，从而减少供热站的流量输出，达到节能的效果；当换热站关闭即主控球阀225a关闭时，对系统内其它的换热站和对应的终端用户均无影响，且可以减少供热站的流量输出，达到节能的效果。事实证明：整个系统使用“供暖水力平衡应用下的热计量管理系统及其控制方法”后可达到节能的效果，而且可以保证用户达到“公平使用热量、合理计量收费”的目的。（备注：本演示系统采用一条管路，只为演示方便，而目前换热站均采用水温交换、变频输送方式，但节能效果是一样明显的。）
[0058]从以上实施例也可看出，现有的供热系统的水力平衡十分脆弱，只要一个用户对自家的供热阀门进行了关闭就会打破整个系统的水力平衡，进而影响整个系统热计量的准确性和公平性。
[0059]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于水力平衡的供暖热计量管理系统，其特征在于包括:供热站(I)、通过一次网管路(11)与该供热站(I)进行热交换的多个换热站(2)和以每户家庭为单位的供热终端用户⑶； 所述的换热站设有与供热站(I)进行热交换的换热器(24)，由换热器引出的二次网管路包括与供热站I连通的主管路(21)和多条经过所述供热终端用户(3)并为每个用户供热的并联支管路I (23)； 所述主管路(21)上设有自力式流量阀1(221)、楼栋热计量表(222)和主控阀门(223)； 所述并联支管路I (23)上设有自力式流量阀II (231)，户用热计量表(232)和分控阀门(233)。
2.根据权利要求1所述的基于水力平衡的供暖热计量管理系统，其特征还在于:所述的自力式流量阀11(231)为电动自力式流量阀，该流量阀还连接有供热终端用户(3)操控的温控面板(234)，该流量阀与户用热计量表(232)连接。
3.根据权利要求1所述的基于水力平衡的供暖热计量管理系统，其特征还在于:所述的自力式流量阀11(231)为手动自力式流量阀，该流量阀与户用热计量表(232)连接。
4.根据权利要求1所述的基于水力平衡的供暖热计量管理系统，其特征还在于:所述的户用热计量表(232)连接有集抄器(31)。
5.根据权利要求4所述的基于水力平衡的供暖热计量管理系统，其特征还在于:所述的换热站(2)内部还设有与所述楼栋热计量表(222)通讯的总集抄器(25)和一集中器(26);由所述集抄器(31)和总集抄器(25)采集的供热数据，通过所述的集中器(26)上传至设置在供热站I的远程控制系统(4)。
6.根据权利要求5所述的基于水力平衡的供暖热计量管理系统，其特征还在于:所述的一次网管路(11)上设有总热计量表(111)。
7.—种如权利要求1所述供暖热计量管理系统的控制方法，具有如下步骤: 一将系统内全部的阀门开启幅度调到最大； 一根据换热站的供热面积，计算换热站的供热参数，按该供热参数调节自力式流量阀，达到计算的供热参数； 一按供热面积设定该换热站所述全部供热终端用户的供热参数，调节每个户用自力式平衡阀，达到设定的供热参数； 一重复上述步骤，直到将系统内全部换热站和换热站所属的户用自力式平衡阀调节至设定的供热参数，此时整个供暖系统处于水利平衡状态。
【文档编号】F24D3/00GK104033954SQ201410214757
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】刘明, 倪世永 申请人:刘明