城市集中供热节能系统及其调节方法
【专利摘要】本发明涉及一种城市集中供热节能系统，包括热源、换热站和用户采暖装置，热源与换热站之间设置一次网管道，换热站与用户采暖装置之间设置二次网管道，换热站内设置水箱、水泵和采集调控装置，采集调控装置包括逻辑控制器、显示屏和通讯管理机，逻辑控制器包括两个通讯端口，分别连接显示屏和通讯管理机；通讯管理机连接热量计，热量计安装在一次网管道中；逻辑控制器还包括主控CPU和扩展模块，扩展模块连接温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器。本发明根据供热区域以及个体用户的实际情况进行分析计算，在供热过程中做到按需供热，最大程度达到节能减排的效果，同时增强用户的舒适度。
【专利说明】
城市集中供热节能系统及其调节方法
技术领域
[0001] 本发明涉及智能供热技术领域，尤其涉及一种城市集中供热节能系统及其调节方 法。
【背景技术】
[0002] 在我国，尤其是北方采暖地区，集中供热或集中热源结合区域换热站再至用户的 供热方式已成为最主要的供热方式。目前供热系统的基本思路主要仍是在热源部分(锅炉 房）实现自动控制，而绝大部分换热站只满足最基本的运行需求，仅限于操作人员手动操 作，根本没考虑自控和节能。随着国家政策的调整及环保节能的要求，换热站的高效管理及 节能运行己迫在眉睫。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种城市集中供热节能系统，。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
[0005] -种城市集中供热节能系统，包括热源、换热站和用户采暖装置，所述热源与换热 站之间设置一次网管道，所述换热站与用户采暖装置之间设置二次网管道，所述二次网管 道和所述用户采暖装置之间通过入户管道连接，所述换热站内设置水箱、水栗和采集调控 装置，所述采集调控装置包括逻辑控制器、显示屏和通讯管理机，所述逻辑控制器包括两个 通讯端口，分别连接显示屏和通讯管理机;所述通讯管理机连接热量计，所述热量计安装在 一次网管道中；所述逻辑控制器还包括主控CPU和扩展模块，所述扩展模块连接温度传感 器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器;所述变频器同时与逻辑控制器、通 讯管理机和水栗相连;所述温度传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上;所 述压力传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上;所述液位计设置在水箱内 部，所述电动调节阀包括若干个，分设所述一次网管道与入户管道上;所述阀位计包括若干 个，分别与各电动调节阀连接，所述阀位计用于测量所述电动调节阀的开度，所述通讯管理 机与调度中心进行无线通讯连接，所述调度中心对逻辑控制器、热量计、温度传感器、压力 传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器进行远程监控。
[0006] 优选的，所述显示屏为触摸显示屏。
[0007] 优选的，所述入户管道上设有用户热量表。
[0008] 优选的，所述用户热量表与所述调度中心进行无线通讯连接。
[0009] 优选的，所述阀位计的数量与所述电动调节阀相同。
[0010] -种城市集中供热节能调节方法，包括以下步骤：
[0011] (1)采集整个管网的分布情况，根据每个换热站的供热面积，进行负荷预测和分区 域供热的定量热量计算；
[0012] (2)通过调度中心对各区域换热站的现场控制器下发调控命令，通过调节一次网 管道上的电动调节阀进行流量调控，以达到定量目的；
[0013] (3)采集用户的基础数据，计算出每一个用户实际的需热量，再对入户管道上的电 动调节阀发送调控命令，定量调节热量；
[0014] (4)从用户采集室内温度数据，进行数据分析，对未达到舒适标准的用户进行一次 补偿调整，如此循环调节，直至达到舒适温度。
[0015] 优选的，所述步骤(3)中的用户的基础数据包括用户房屋面积、楼层高度以及户外 温度。
[0016] 本发明的有益效果为：
[0017] 本发明根据供热区域以及个体用户的实际情况，对环境因素、供热方式因素、供热 终端对象数据进行分析计算，在供热过程中做到按需供热，最大程度达到节能减排的效果， 同时增强用户的舒适度。不仅可以带来很大的经济效益，更能增加社会效益。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明城市集中供热节能系统的结构示意图；
[0019] 图2为本发明城市集中供热节能调节方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。
[0021] 参见图1，本发明涉及一种城市集中供热节能系统，包括热源、换热站和用户采暖 装置，热源与换热站之间设置一次网管道，换热站与用户采暖装置之间设置二次网管道，二 次网管道和用户采暖装置之间通过入户管道连接，换热站内设置水箱、水栗和采集调控装 置，采集调控装置包括逻辑控制器、显示屏和通讯管理机，逻辑控制器包括两个通讯端口， 分别连接显示屏和通讯管理机;通讯管理机连接热量计，热量计安装在一次网管道中；逻辑 控制器还包括主控CPU和扩展模块，扩展模块连接温度传感器、压力传感器、液位计、阀位 计、电动调节阀和变频器;扩展模块负责采集温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、变 频器的数据，以及调节变频器和电动调节阀开度;变频器同时与逻辑控制器、通讯管理机和 水栗相连;温度传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上;压力传感器包括若 干个，分设于一次网管道和二次网管道上；液位计设置在水箱内部，电动调节阀包括若干 个，分设于一次网管道与入户管道上；阀位计包括若干个，分别与各电动调节阀连接，阀位 计用于测量电动调节阀的开度，通讯管理机与调度中心进行无线通讯连接，调度中心对逻 辑控制器、热量计、温度传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器进行远 程监控。
[0022]本实施例中的显示屏为触摸显示屏，入户管道上设有用户热量表，每个用户热量 表设有一个与之配套的电动调节阀，用户热量表与调度中心进行无线通讯连接。
[0023]其中，温度传感器负责采集一次网管道和二次网管道的供回水温度，压力传感器 负责采集一次网管道和二次网管道的供回水压力，液位计采集补水箱水位。通讯管理机负 责与现场逻辑控制器、变频器、热量计等设备进行数据通讯，并上传至调度中心，并由调度 中心进行远程监控。通过定量供热算法计算出区域供热定量热量后，通过逻辑控制器对电 动调节阀进行开度调节，以达到定量目的，热量计用来计量瞬时热量和累计热量，数据用作 供热量考核。逻辑控制器对变频器进行变频调节，目的是使二次网供回水压差足以保证末 端用户的供热效果。
[0024] 阀位计的数量与电动调节阀相同，每一个电动调节阀均设有一个与之配套的阀位 计。
[0025] 参见图2,一种城市集中供热节能调节方法，包括以下步骤：
[0026] (1)采集整个管网的分布情况，根据每个换热站的供热面积，进行负荷预测和分区 域供热的定量热量计算；换热站的热量定量根据供热面积和管道损失来计算需要定多少 量，计算输出结果为电动调节阀开度要调多大；
[0027] (2)通过调度中心对各区域换热站的现场控制器下发调控命令，通过调节一次网 管道上的电动调节阀进行流量调控，以达到定量目的；
[0028] (3)采集用户的基础数据，包括用户房屋面积、楼层高度以及户外温度等，计算出 每一个用户实际的需热量，计算输出结果为用户热量表阀门开度大小，再对入户管道上的 电动调节阀发送调控命令，定量调节热量;通常情况下，每次调节需要2至4个小时的稳定时 间。
[0029] (4)从用户采集室内温度数据，进行数据分析，对未达到舒适标准的用户进行一次 补偿调整，如此循环调节，直至达到舒适温度。
[0030] 用户热量定量按照如下公式进行计算：
[0031] 围护结构的基本耗热公式
[0032] Qi = KwFw(tn-tw)
[0033] 式中：Q1:基本耗热量，W;
[0034] Kw:传热系数，W/(m2/C);
[0035] Fw:传热面积，m2;
[0036] tn:采暖室内计算温度，°C;
[0037] tw:采暖室外计算温度，。C;
[0038] 根据围护结构的基本耗热公式可计算出每一个用户实际的需热量。
[0039]散热器的散热量公式
[0040] Q2 = KsFs(tpj-tn)tpj = (tg+th)/2
[0041] 式中：Q2:散热器的散热量，W;
[0042] Ks:散热器的传热系数，W/(m2· °C);
[0043] Fs:散热器的散热面积，m2;
[0044] tw :散热器内热水平均温度，°C ;
[0045] 热水循环传热公式
[0046] Q3 = 4187G(tg-th)/3.6
[0047] 式中：Q3:热水传递的热量，W;
[0048] G:循环流量，m3/h;
[0049] ^:供水温度，°C;
[0050] th:回水温度，。C;
[0051] 用户房间的冷暖受室外温度、围护结构面积、围护结构保温能力、散热器面积、散 热器的散热能力、通过散热器的流量、供水温度、回水温度等八个参数的影响，要从这八个 方面去分析。
[0052] 以建筑面积15平米的房间为例，每平米热负荷为50W，则总负荷为750W(取暖器平 均温度不变50 °C)，根据Q3 = 4187G(tg-th) /3.6可以算出：
[0053]
[0054]房间的传热遵从Q1 = Q2 = Q3这个等式，也就是围护结构的基本耗热量、散热器的 散热量和热水循环传递热量是相等的。
[0055] 流量输配时受沿程阻力和局部阻力的影响，很难达到管网平衡，因此，只能尽量通 过设备控制来实现平衡。
[0056] 为了知道各个结点换热站的水压情况，以保证末端用户供热效果，需要计算管网 的水力压力损失。
[0057]计算各管段流量模数
[0058]
[0059]式中:K为流量模数，m3/s;
[0060] d为管道内直径，mm;
[0061] η为管道糙率(跟材质有关系，可查表）；
[0062]计算管段流量，
[0063] Q = Q^
[0064] 或Q = Q〇i+Q〇j+. · ·
[0065] 式中：Q为一次网总管段流量，m3/s;
[0066] 0?换热站一次网流量，m3/s;
[0067] QiQoj为各个换热站流量，m3/s;
[0068] 计算管段沿程水头损耗、比摩阻
[0069]
[0070]其中，修正系数：
[0071]
[0072] 式中：hi为水头损耗，m;
[0073] k为修正系数 [0074] K为流量模数，m3/s;
[0075] 1为管道长度，m;
[0076] v是管道水流速，m/s;
[0077] 沿程阻力系数：
[0078]
[0079] 式中：λ为沿程阻力系数；
[0080] d为管道内直径，mm;
[0081] η为管道糙率(跟材质有关系，可查表）
[0082] 比摩阻：
[0083]
[0084] 式中:Rm为比摩阻，Pa/m;
[0085] p为管道流质密度(一般用的水的密度），kg/m3;
[0086] λ为沿程阻力系数；
[0087] d为管道内直径，mm;
[0088] 以上是本发明的较佳实施方式，但本发明的保护范围不限于此。任何熟悉本领域 的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，未经创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖 在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以权利要求所限定的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种城市集中供热节能系统，包括热源、换热站和用户采暖装置，所述热源与换热站 之间设置一次网管道，所述换热站与用户采暖装置之间设置二次网管道，所述二次网管道 和所述用户采暖装置之间通过入户管道连接，其特征在于:所述换热站内设置水箱、水栗和 采集调控装置，所述采集调控装置包括逻辑控制器、显示屏和通讯管理机，所述逻辑控制器 包括两个通讯端口，分别连接显示屏和通讯管理机;所述通讯管理机连接热量计，所述热量 计安装在一次网管道中；所述逻辑控制器包括主控CHJ和扩展模块，所述扩展模块连接温度 传感器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器;所述变频器同时与逻辑控制 器、通讯管理机和水栗相连;所述温度传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道 上;所述压力传感器包括若干个，分设于一次网管道和二次网管道上;所述液位计设置在水 箱内部，所述电动调节阀包括若干个，分设于所述一次网管道与入户管道上;所述阀位计包 括若干个，分别与各电动调节阀连接，所述阀位计用于测量所述电动调节阀的开度，所述通 讯管理机与调度中心进行无线通讯连接，所述调度中心对逻辑控制器、热量计、温度传感 器、压力传感器、液位计、阀位计、电动调节阀和变频器进行远程监控。2. 如权利要求1所述的城市集中供热节能系统，其特征在于：所述显示屏为触摸显示 屏。3. 如权利要求1或2所述的城市集中供热节能系统，其特征在于:所述入户管道上设有 用户热量表。4. 如权利要求3所述的城市集中供热节能系统，其特征在于:所述用户热量表与所述调 度中心进行无线通讯连接。5. 如权利要求1所述的城市集中供热节能系统，其特征在于:所述阀位计的数量与所述 电动调节阀相同。6. -种城市集中供热节能调节方法，其特征在于:包括以下步骤： (1) 采集整个管网的分布情况，根据每个换热站的供热面积，进行负荷预测和分区域供 热的定量热量计算； (2) 通过调度中心对各区域换热站的现场控制器下发调控命令，通过调节一次网管道 上的电动调节阀进行流量调控，以达到定量目的； (3) 采集终端用户的基础数据，计算出每一个用户实际的需热量，再对入户管道上的电 动调节阀发送调控命令，定量调节热量； (4) 从终端用户采集室内温度数据，进行数据分析，对未达到舒适标准的用户进行一次 补偿调整，如此循环调节，直至达到舒适温度。7. 如权利要求6所述的城市集中供热节能调节方法，其特征在于:所述步骤(3)中的终 端用户的基础数据包括用户房屋面积、楼层高度以及户外温度。
【文档编号】F24D3/10GK105953301SQ201610318859
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】戴明, 张超
【申请人】南京恒星自动化设备有限公司