按功率或时间分段计量的热量表的制作方法

专利名称：按功率或时间分段计量的热量表的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热量表，具体地说，是关于一种安装于水循环集中供热系统管网中的，按功率或时间分段计量用户实际用热量的热量表。
背景技术：
目前，国内外用于计量集中供热用户实际用热量的仪表，按测量方式不同分为两种类型，一种是通过测量流经用户供热管道热的水流量和温差，再经过计算和累计得到热量值；另一种是通过测量室内暖气片的散热量并计算得到热量分配值。应用比较多，使用管理比较方便的是前一种水流量式仪表(以下叙述的“热量表”是指这种类型)。热量表的技术已经很成熟，发达国家应用已经很普及，但目前已经公开的，和已经形成产品的各种热量表，面对我国的经济和社会环境，它的功能都有一个共同的局限，就是不能够对用户的用热方式(主要指瞬时用热量在时间上的不均匀性)做出相应记录，很难利用计量收费的手段去引导用户按照科学合理的方式用热，也很难满足用户的一些特殊需要，成为推行集中供热分户计量收费的障碍之一。
我国正在进行集中供热体制改革，目的是打破福利制，使供热商品化。在福利制下，用热一直按住宅面积收费，尽管这种方法有投资小管理简单的特点，但由于交费多少与用热需求无关，也与建筑的保温性能无关，因而无法用热费调节供需关系，也不利节约能源，成为改革的一个障碍。实行商品化，用热自然应该像用自来水一样用表计量收费，表走多少数，就按单价收多少费，多用多交费，少用少交费，节约了用热量自然就节约了费用。然而事实证明效果并非如此。供热与供水不同，热能生产出来很难储存，在管道内的热能不管你用不用都会不断的漏失，生产热能的设备在不同负荷下的热效率差别很大，尤其是大型燃煤锅炉和热水循环系统，在低负荷状态下运行会造成很大的能源浪费。如果用热像用自来水一样单纯按表计量收费，会导致用户回家时打开，外出时关闭，形成“开关”式的用热方式。尤其，我国大部分热用户的作息时间相似，居民的消费水平还不高，“节约”意识很强，都采用分户计量收费方式，会形成普遍的“开关”式用热。对于主要负荷是居民采暖的供热系统，“开关”式用热势必造成每日的热负荷变化巨大，高低峰负荷可能达到10倍以上，大型燃煤锅炉和热水循环系统根本没有如此之大的调节能力，低峰将无法高效运行，高峰又无法满足用户快速升温的要求，供热系统总的效率会因此而大大下降。这种状况，导致用户在家里节约的热量实际上并没有被完全节省下来，大部分以其他形式浪费了。这种浪费所造成的损失最终还得以提高热价的方式，转嫁到用户的头上，让用户感到省下的那点钱，与失去的采暖效果(与现有的面积收费相比)完全不成比例。所以采用现有热量表和计量收费方式，在现阶段很难平衡供需双方的利益，推行供热收费改革遇到了很大的阻力。

发明内容
本发明是对已有热量表的改进，采用分段计量的方法，克服了已有热量表只能计量总用热量的局限性，它包括已有热量表的供水温度传感器、回水温度传感器、热水流量传感器、数据处理器、固化于数据处理器中的程序、通讯接口、显示盘、按键、电源和外壳，采用的技术方案，一是改进固化于数据处理器中的程序，将用热功率的测量范围设置成若干个接续的功率段，将一天24小时工作周期设置成若干个接续的时间段，分别计量用热过程中在各功率段和时间段上的累计用热量，并计量功率段上的累计用热时间；二是改进热量表的显示盘，使其不仅显示累计用热量和用热功率，还显示用热功率或时间的分段设置、当前所处的用热功率或时间段、不同用热功率或时间分段上的累计用热量或功率段上的累计用热时间。图1是程序新增加的部分中，能够生成分段计量数据的一个流程图。图2是一个可以实现分段计量的使用LCD的显示盘设计方案，其中时间段采用一位数码0-9来显示，时间段内的进程情况，用一个8段小方框组成的条状指示器显示，指示器自左向右指示本时段内从开始到结束的时间进程；功率段用一位字符A-Z来显示，用热功率在功率段内的相对大小，采用一个16段小方框组成条状指示器显示，指示器自左向右显示用热功率由小到大；该显示方式既能显示当前所处的时间或功率段，又能够动态显示出当前所处段内的细节，便于用户在供热期间观察用热状况，并调节房间的用热量，实现需要的用热方式，直观简单。查阅功率和时间分段设置的详细情况和分段计量的各数据，则通过热量表的数据显示功能来实现，通过按键的配合，按顺序逐一浏览每一个段的设置数据和分段计量的结果，数据显示功能是已有热量表具备的，稍加修改增加显示回路和条目即可实现。
在本发明的支持下，可以打破现有热量表简单的用热计量收费局限，灵活多样的设计出许多种分段计量收费方法，将不同的段采取不同的价格和收费方式，利用价格杠杆解决集中供热采用分户计量收费所遇到的用热不均衡的问题，引导用户合理用热，在保证供热系统效率的前提下，有效节约能源，让用户和供热商都从分户计量收费中得到实惠。


图1所示是本发明在固化在数据处理器中的程序中增加的，生成分段计量数据功能的一个流程。其中的ΔL是热量表一个测量周期中测量计算得到的用热量增量，它是由已有热量表的固化程序在本流程之前测量完成的，并储存于数据处理器的存储单元中；Δt是计时单位；其它各符号(也代表相应的存储单元)的定义如下S累计用热总量；SAA功率段累计用热量；SBB功率段累计用热量；SCC功率段累计用热量；St11时段累计用热量；St22时段累计用热量；St33时段累计用热量；TAA功率段的累计用热时间(有效天数)；TBB功率段的累计用热时间(小时)；TCC功率段的累计用热时间(小时)；SA1、SA2、SA3分别是A功率段分别在1、2、3时段上的累计用热量；SB1、SB2、SB3分别是B功率段分别在1、2、3时段上的累计用热量；SC1、SC2、SC3分别是C功率段分别在1、2、3时段上的累计用热量；TIME1、TIME2、TIME3分别是A、B、C功率段的辅助计时存储单元。
图2所示是本发明改进的一个使用LCD的，能够实现分段计量的，显示盘改进部分的技术方案。其中，上部分为数据及其名称或代码显示区，下部分为分段和其工作状况显示区，1显示数据名称或代码(汉字或字符)，2显示计量数据或浏览分段设置数据(数码)，3显示数据的计量单位(字符)，4显示当前所处的时间段代码(数码)，5显示时间段内的进程指示器，6显示所处的功率段代码(字符)，7显示用热功率在功率段内的功率指示器。
具体实施例方式
分段计量的目的，是通过分段定价和收费来引导用户改变用热方式，促进合理用热，下面通过一个分段收费方案的例子，说明本发明的具体实施方式
。
在目前集中供热体系下实施用热分户计量收费，相对合理的用热方式，可归纳为以下几种1、经济方式。用热功率(即瞬时用热量)处于中等水平，在此供热功率下，消费能力有困难的用户感到可以生活；保温良好的现代节能型住宅，可以达到大多数人基本舒适需要的下限；用户大部分时间处于这种方式，上班或短时外出，也不必关闭供热。这种方式的特点是均衡用热，室温通常在15-18℃。
2、防冻方式。用户长时间外出或者暂时不在房内居住。这种情况的合理用热方式也不是关闭，而是处于一个更低的用热功率下，维持室内温度在0℃以上，以防止房间内的设施被冻坏。
3、特需方式。用户需要更高的室温才能满足所需要的舒适程度，如要求室温在18℃以上；或住宅的保温较差，或遇到特别寒冷的天气，无法维持基本室温；这种情况需要功率比较高的用热方式，才能让室内达到用户所需要的温度。但这种用热方式往往不是长时间持续性的。
4、自分配方式。用户不需要所有的房间都达到很舒适的温度，通过调节各房间散热器的调节阀，维持总供热功率在中等水平，让个别房间的温度提高，其实这是经济方式的一种。
按以上几种情况和用热方式，设计一个三功率段计量收费方案如下按单位热耗将功率分为A、B、C三个段A段——单位热耗为10w/m2以下(含10w/m2)；按时间收费，收费价格为JT元/天。
B段——单位热耗为40w/m2以下(含40w/m2)；按面积收费，收费价格为JS元/平方米。
C段——单位热耗为40w/m2以上；超过40w/m2以上的部分按热量收费，收费价格为JQ元/千瓦时。
按大多数人的一般作息习惯，将一天24小时分为3个时间段，本实施例中只是考虑了记录用户的用热习惯，没有涉及分时段收费方案，所以在下面的分段说明中没有相应的收费说明，3个时段定义如下1时段7:00-16:00；2时段16:00-22:00；3时段22:00-7:00；分段计量所要生成的各个数据，如表1所示。
表1

用户的住宅面积确定以后，就可以计算出分段的功率值，假如用户房间面积为100m2，则功率的分段为A段0～1000w，B段1000～4000w，C段4000w～最大用热功率。表1表示出了分段计量的各个流量累计值和时间累计值。其中，SA1...SA3，SB1...SB3，SC1...SC3，SA，SB，SC，St1...St3，S，TA，TB，TC表示分段计量的各个数值和其在数据处理器中对应的存储单元。表1中各个累计值之间的关系如下SA＝SA1+SA2+SA3 SB＝SB1+SB2+SB3 SC＝SC1+SC2+SC3St1＝SA1+SB1+SC1 St2＝SA2+SB2+SC2St3＝SA3+SB3+SC3S＝St1+St2+St3 或S＝SA+SB+SC按照前面对各段的定义，A段为防冻方式，计量的是在本段上的有效累计用热天数，按照本段用热天数收费；B段为经济方式，按房屋用热面积定价收费，C段是特需用热方式，完全按照用热量收费，且用热单价要明显高于B段。图1是实现这种计量方式，数据处理器生成各个分段累计值的一段流程。其中，ΔL是一个测量计算周期得到的流量增量，Δt是计时单位，TIME1、TIME2、TIME3是辅助计时单元。
以上三段计量收费的定价原则假设是这样，按单位热量计算，C段价格最高，A段其次，B段最低；但按单位时间计算，A段价格最低(应为B短的一半以下)，B段其次，C段最高；A段必须连续一天(24小时)以上才会累计天数，不足一天的计时会被记录在B段，相当于仍在B段，这样的目的是不鼓励用户在A、B段之间频繁的转换，减少负荷的大幅度波动。
按以上原则，B段的热费按面积计算，并在供热期开始前预收；供热期结束后，再按热量表的分段计量数据进行热费结算，A段有计数可按记录的天数退还差价，C段有计数则补交特需用热费，而其他各段的累计数可用于分析用户用热的规律，作为管理的重要参考，用于合理调整收费方式和价格。
在这种计量收费方式的驱使下，用户就没必要“开关”式用热了，一般情况下在B段用热，即使上班也没必要关闭，因为即使关闭也并不省钱；特别需要时才进入C段用热，只有在这种情况下才真正按热流量计量收费，另外增加费用；如果用户暂时不住或长时间外出(一天以上才算)，为防止冻坏室内设施，同时也为节省费用，可调到A段用热，热费结算时退还节省的费用。
显然运用本发明，通过收费的手段，能够促使用户平时注意节约能源，减少不必要的能源浪费，而需要时又能满足特殊需要，尤其是能够促使用户关心住宅的保温节能状况，在选择住宅或改造房屋时注意节能措施。更重要的是，能够使得供热总负荷的变化不致太大，保证供热系统总的效率不致明显降低，真正节约能源，同时也兼顾了供热商的利益，促使供需双方都愿意使用计量方式进行热费结算。
以上是一个在本发明支持下设计出来的一个应用例子，当然通过不同的分段设置，还可以设计出许多种热量表的产品规格和计量收费方法，以适应不同群体，不同地区集中供热的计量收费需要。甚至供热商可以提供多种计量收费的方式供用户选择。
实施本发明的技术要点如下1、分段计量的方法。功率段的表达采用上限法，即一个段只用其上限的数值来表示，例如上面例子中的A段用1000w表示，B段用4000w表示，C段用最大用热量表示(假如6000w)；时间段采用开始时间表示法，并用24小时制，即每个时间段都用其开始时间来表示，例如上面的例子中的1时段用7:00表示，2时段用16:00表示，3时段用22:00表示。这些数据存放于数据处理器的EEPROM中，写入这些数据要利用已有热量表的数据写入功能，如用电脑或编程器通过通讯接口写入，也可以在热量表出厂前写入，一般不给热量的使用者提供改写的手段。图1提供了一段分段累计用热量和累计个功率段用热时间的流程，将这段流程嵌入到已有热量表数据处理器的程序中，每个测量周期执行一次。该程序的功能是，将每一个测量周期中已有热量表的测量程序所测得的热量增量累加到相应的分段数据存储单元中。过程是这样实现的，进入该程序后，首先判断当前所处的功率段，对于上面的例子，先判断当前功率是否小于1000w，是为A段，再判断是否小于4000w，是为B段，否则为C段；判断完成后，分别进入A，B，C的处理流程；在各功率段的处理流程内，首先判断当前所处的时间段，与已有热量表时钟单元的当前时间比较，大于等于7:00小于16:00为1时段，大于等于16:00小于22:00为2时段，大于22:00或小于7:00为3时段，由此进入各功率段内的各时间段处理流程。各段的处理流程中，完成分段流量的累计和时间的累计，过程是相似的，将流量增量和时间增量累加到相应的存储单元，只有A段的用热时间处理不同，按照前面的规则，必须处在A段每满24小时才算一个有效天数，如果不满24小时就离开A段，则将处在A段已记录的用热时间计入到B段中。
2、分段数据的显示方法。如图2所示，显示盘上设置能够显示十进位数码、英文字母或汉字以及特定符号标志的显示原件，该显示原件上有两部分显示区，一部分为数据显示区，通过按键选择，可以每次显示一组数据，每组数据包括一个符合量程和精度要求的数码(如瞬时用热量)、该数据的名称(英文或汉字)或代码以及该数据的计量单位；另一部分为状态和标志显示区，显示当前所处的功率段和时间段的编号、当前所处的显示状态、和当前所处的功能状态。只要本发明进入正常计量工作状态，当前所处的功率段和时间段就会显示，时间段用一位数码显示，功率段则用一个字符显示，并且都配以条状指示器，辅助显示段内的工作进程。这种现实方式既能观察当前所处的段，又便于观察当前所处段中的相对大小，让用户观察和调整用热量在对自己最有利的状态。
条状指示器由若干个小方形显示框排成一个显示条构成，每个小显示框有两种显示状态，白色和黑色；时间段指示器，自左向右的小方框逐个由白变黑，表示本时段的开始到结束，每个时段都均分为8小段，分别对应到8个小显示框上，变黑的小方框个数按比例显示本时段已经过去的时间；对功率指示器，自左向右的小方框逐个由白变黑，则显示用热功率在本段内由小到大，每个功率段都均分为16小段，分别对应到16个小显示框上，变黑的小方框个数按比例显示当前用热功率在本段中的相对大小。
3、图1所示，该流程利用已有热量表的测量周期Δt作为计时单位，如果已有热量表的测量周期是变动的，则可以利用处理器的已有的或新增的计时单元作为计时单位。
4、分段数据的编程方法有两种，一种是固定编程分段，即分几个功率段和时间段，在使用中不能改变，而各个段的范围是可以通过编程设置来改变的；另一种是可编程分段，即分几个段和各个段的范围都是可以通过编程设置来改变的。数据处理器的内装程序的一些需要编程设置的数据，可用数据处理器的EEPROM存储。例如，需要设置几个分段，每个分段的范围，都是由外部的计算机或编程器写入EEPROM，热量表本身不能更改。
5、所说的通讯接口是双向的，属已有热量表的成熟技术，既能将初始化数据输入到数据处理器，又能将数据处理器内的设置参数和计量结果输出到外部的计算机或抄表装置。通讯接口可以使有线的也可以是无线的。
权利要求
1.一种按功率或时间分段计量的热量表，它包括已有热量表的供水温度传感器、回水温度传感器、热水流量传感器、数据处理器、固化于数据处理器中的程序、通讯接口、显示盘、按键、电源、关联电路和外壳，其中数据处理器、通讯接口、显示盘、按键和电源装在外壳中，热水流量传感器安装于供热管道的供水或回水管道中，供水温度传感器和回水温度传感器分别安装于供热管道入户处的供水和回水管道上，通过关联电路相联接，用于测量和显示用户的累计用热量和用热功率，其特征是，所说热量表的用热功率测量范围被设置成若干个接续的功率段，一天24小时工作周期被设置成若干个接续的时间段，可分别计量用热过程中在各所说功率段或时间段上的累计用热量。
2.根据权利要求1所说的按功率或时间分段计量的热量表，其特征是，所说功率段至少设置为2段，所说时间段至少设置为2段。
3.根据权利要求2所说的按功率或时间分段计量的热量表，其特征是，可以只有所说功率段，也可以只有所说时间段，也可以两者都有。
4.根据权利要求2所说的按功率或时间分段计量的热量表，其特征是，能够累计功率段上的用热时间。
5.根据权利要求3所说的按功率或时间分段计量的热量表，其特征是，所说显示盘能够显示功率段或时间段设置数值、当前所处的功率段或时间段、各个功率段或时间段上的累计用热量，或功率段上的累计用热时间。
6.根据权利要求1所说的按功率或时间分段计量的热量表，其特征是，所说数据处理器，是指单片计算机，或单片计算机与扩展的接口电路、RAM、ROM、PROM、EEPROM和其它外围功能芯片的组合。
全文摘要
一种用于集中供热的热量表，包括水温和水流量传感器、数据处理器、通讯接口、显示盘、按键、电源、外壳。其特点是它将用热功率和一天24小时时间，由低到高设置为多个接续的段，分别计量供暖期中用户在各个段上的累计用热量和功率段上的累计用热时间。利用本发明，可针对不同段上的用热采取不同的价格和不同的收费方式，用价格杠杆引导用户合理用热，以兼顾供热系统的效率和用户节约能源，为集中供热分户计量收费，提供了全新的解决方法。
文档编号G01D4/00GK1598511SQ200410073668
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月31日 优先权日2004年8月31日
发明者王春生 申请人:王舒娴