變流量與分戶(hù)計(jì)量的集中供熱系統(tǒng)及水力平衡調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及供熱技術(shù)系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種變流量與分戶(hù)計(jì)量的集中供熱系統(tǒng)及 水力平衡調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水力失衡是集中供熱系統(tǒng)中最常見(jiàn)的現(xiàn)象，引起系統(tǒng)水力失衡的原因很多，設(shè)計(jì)、 施工、運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)都有可能導(dǎo)致水力失衡。設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到管內(nèi)水流速和管徑限制，管 網(wǎng)系統(tǒng)的沿程阻力損失可能無(wú)法在設(shè)計(jì)流量分配下達(dá)到平衡；施工過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)條件 的限制，往往不能完全按設(shè)計(jì)圖施工，結(jié)果必然導(dǎo)致與設(shè)計(jì)的偏差，產(chǎn)生水力失衡；另外，集 中供熱系統(tǒng)中，由于建筑末端用戶(hù)采用流量調(diào)節(jié)閥等裝置改變進(jìn)入用戶(hù)換熱器的流量，也 將產(chǎn)生節(jié)流損失，導(dǎo)致水力失衡。
[0003] 水力失衡將導(dǎo)致供熱系統(tǒng)管網(wǎng)、末端設(shè)備的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量不一致，使系統(tǒng) 各用戶(hù)的熱量不均衡。工程應(yīng)用中，為改善水力失衡問(wèn)題，往往簡(jiǎn)單地采用加大循環(huán)流量的 措施，不僅增加了輸送能耗，還有可能使原本正常的回路變差，導(dǎo)致水力失衡更嚴(yán)重。這種 現(xiàn)象既影響室內(nèi)熱舒適性，還直接導(dǎo)致系統(tǒng)能耗上升。
[0004] 在集中供熱系統(tǒng)中，水力失衡是一種無(wú)法完全避免的現(xiàn)象，盡管在集中供熱系統(tǒng) 設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，已經(jīng)將控制水力失衡作為重要任務(wù)，但即便設(shè)計(jì)、施工都達(dá)到預(yù)期，畢 竟還只是按靜態(tài)的負(fù)荷條件完成的，理想的情況也只能解決靜態(tài)水力失衡問(wèn)題，無(wú)法解決 動(dòng)態(tài)水力失衡問(wèn)題。
[0005] 隨著對(duì)節(jié)能工作的重視，為降低水力失衡導(dǎo)致的能源浪費(fèi)，近年來(lái)，在供熱管網(wǎng)干 管、支管設(shè)置水力平衡閥，已經(jīng)成為普遍措施，也有建議在用戶(hù)末端設(shè)置各種水力平衡閥的 方案；根據(jù)水力平衡閥的原理，靜態(tài)平衡閥的原理是通過(guò)調(diào)整閥門(mén)的流通能力來(lái)改變流經(jīng) 閥門(mén)的流動(dòng)阻力，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的，主要用于解決靜態(tài)水力失衡問(wèn)題；動(dòng)態(tài)流量平衡閥 一般是根據(jù)系統(tǒng)壓差變動(dòng)而自動(dòng)調(diào)整阻力系數(shù)，可在一定的壓差范圍內(nèi)，使通過(guò)閥門(mén)的流 量保持基本不變；從平衡閥基本原理和功能可以看到，使用平衡閥的目的是盡量保證管網(wǎng) 的流量不受管網(wǎng)壓力的變化，從而保證用戶(hù)的熱（水）量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。按此目標(biāo)分析，如 果集中供熱系統(tǒng)采用變質(zhì)調(diào)節(jié)策略，則使用平衡閥可以改善系統(tǒng)水力平衡，獲得較好的節(jié) 能效果；但如果集中供熱系統(tǒng)采用變量調(diào)節(jié)策略時(shí)，需要使系統(tǒng)流量隨負(fù)荷變化而改變，BP 需要主動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量，而流量變化將改變系統(tǒng)的水力工況，采用平衡閥將會(huì)出現(xiàn)流量分 配的混亂，即在變流量系統(tǒng)中采用平衡閥受到制約。
[0006] 從運(yùn)行節(jié)能的角度，供熱系統(tǒng)同時(shí)采用變質(zhì)調(diào)節(jié)和變量調(diào)節(jié)可以獲得更好的節(jié)能 效果，而且實(shí)際應(yīng)用中，采用變量調(diào)節(jié)的方式愈來(lái)愈多，將動(dòng)態(tài)平衡閥應(yīng)用于變量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 時(shí)，存在明顯的缺陷。
[0007] 另外，由于流量平衡閥本身不能提供額外的壓力，如果管網(wǎng)的壓差小于或大于平 衡閥的正常工作范圍時(shí)，平衡閥將失去調(diào)節(jié)能力，即平衡閥應(yīng)用仍然存在水力調(diào)節(jié)的死區(qū)。
[0008] 再者，考慮到推廣集中供熱系統(tǒng)熱量分戶(hù)計(jì)量是節(jié)能減排的重要舉措，目前實(shí)現(xiàn) 熱量分戶(hù)計(jì)量有不同的方法，但實(shí)現(xiàn)這些方法的裝置僅考慮計(jì)量的要求，并沒(méi)有解決水力 失衡的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明專(zhuān)利的目的是提供變流量與分戶(hù)計(jì)量的集中供熱系統(tǒng)及水 力平衡調(diào)節(jié)方法，采用這種系統(tǒng)，既可以滿(mǎn)足末端用戶(hù)根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)流量的要求， 又可以有效解決水力失衡問(wèn)題，同時(shí)還可以提供供熱系統(tǒng)熱量分戶(hù)計(jì)費(fèi)功能，即該方法將 流量調(diào)節(jié)與熱量分戶(hù)計(jì)費(fèi)功能集成為一體，有效降低系統(tǒng)成本與施工成本。
[0010] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0011] 變流量與分戶(hù)計(jì)量的集中供熱系統(tǒng)，包括換熱站板換、總循環(huán)泵和連接換熱站板 換與各用戶(hù)位置的管網(wǎng)系統(tǒng)，所述管網(wǎng)系統(tǒng)包括供水管道和回水管道，一個(gè)以上用戶(hù)位置 的進(jìn)水管并聯(lián)在所述供水管道，所述總循環(huán)泵將所述換熱站板換內(nèi)的熱水通過(guò)所述供水管 道壓入各用戶(hù)位置，換熱完成后的水再通過(guò)所述回水管道回到所述換熱站板換：
[0012] 還包括分戶(hù)計(jì)量模塊、供水測(cè)溫模塊、回水測(cè)溫模塊和熱網(wǎng)監(jiān)控管理平臺(tái)，所述分 戶(hù)計(jì)量模塊設(shè)于各用戶(hù)位置，熱網(wǎng)監(jiān)控管理平臺(tái)分別與所述分戶(hù)計(jì)量模塊和總循環(huán)泵通信 連接，并通過(guò)所述供水測(cè)溫模塊和所述回水測(cè)溫模塊分別收集管網(wǎng)系統(tǒng)中的供水溫度和回 水溫度，所述總循環(huán)泵采用變頻器調(diào)節(jié)控制；
[0013] 所述分戶(hù)計(jì)量模塊包括分戶(hù)供水泵、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和MCU控制器，所述MCU控制器內(nèi)設(shè) 有變頻器和用于測(cè)量用戶(hù)室內(nèi)溫度的室溫監(jiān)測(cè)模塊；各用戶(hù)位置的進(jìn)水管分別通過(guò)所述分 戶(hù)供水泵接入所述供水管道，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述分戶(hù)供水泵轉(zhuǎn)動(dòng)；所述MCU控制器通 過(guò)所述變頻器與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接。
[0014] 進(jìn)一步的，所述供水測(cè)溫模塊測(cè)量用戶(hù)位置的供水溫度，所述回水測(cè)溫模塊用于 測(cè)量用戶(hù)位置的回水溫度，所述供水測(cè)溫模塊和回水測(cè)溫模塊分別與所述MCU控制器電連 接。
[0015] 進(jìn)一步的，所述供水測(cè)溫模塊用于所述供水管道內(nèi)的供水溫度，所述回水測(cè)溫模 塊用于所述回水管道內(nèi)的回水溫度，所述供水測(cè)溫模塊和回水測(cè)溫模塊分別與熱網(wǎng)監(jiān)控管 理平臺(tái)電連接。
[0016] 進(jìn)一步的，還包括用于統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)為用戶(hù)供水時(shí)間的計(jì)時(shí)模塊，所述計(jì)時(shí)模塊與所 述MCU控制器電連接。
[0017] 進(jìn)一步的，所述MCU控制器內(nèi)設(shè)有人機(jī)通信模塊，用戶(hù)根據(jù)自身所需的室內(nèi)溫度 通過(guò)所述人機(jī)通信模塊給MCU控制器中發(fā)出溫度設(shè)定信號(hào)，MCU控制器根據(jù)所設(shè)溫度通過(guò) 變頻器調(diào)節(jié)所述分戶(hù)供水泵的轉(zhuǎn)速。
[0018] 進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁直流無(wú)刷直流電機(jī)。
[0019] 變流量與分戶(hù)計(jì)量的集中供熱系統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)方法，其步驟如下：
[0020] A:在各用戶(hù)位置通過(guò)MCU控制器中的供水測(cè)溫模塊和回水測(cè)溫模塊檢測(cè)每個(gè)用 戶(hù)管網(wǎng)的供水溫度Tgi和回水溫度Thi，并按照下列公式計(jì)算各用戶(hù)消耗的熱量Hi:
[0022] 其中鞏為用戶(hù)消耗熱負(fù)荷，W
[0023] cp為流體介質(zhì)的定壓比熱容，kj/(kg?°C)
[0024] P為流體介質(zhì)密度，kg/m3
[0025]、為對(duì)應(yīng)于水泵額定轉(zhuǎn)速時(shí)的流體體積流量，m3/h;
[0026] ThiTgi分別為用戶(hù)換熱器回水溫度和供水溫度，°C，由實(shí)際測(cè)量得到
[0027] 叫％分別為水泵實(shí)際轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速，rpm，n冰控制器MCU計(jì)算得到；
[0028] MCU控制器算出用戶(hù)位置所消耗的熱量后，按照下列公式計(jì)算各用戶(hù)所需的流量 Qi：
[0030] 其中：末端用戶(hù)體積流量，m3/h;
[0031] P為流體介質(zhì)密度，kg/m3
[0032] 叫％分別為水泵實(shí)際轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速，rpm，ni由控制器MCU計(jì)算得到。
[0033] B、各用戶(hù)位置的MCU控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將所需的流量％發(fā)送給熱網(wǎng)監(jiān)控管理平臺(tái)， 熱網(wǎng)監(jiān)控管理平臺(tái)將所接收到用戶(hù)的流量％按照下列公式計(jì)算得出整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的用戶(hù) 所需的流量：
[0034] Q=Kq 2：Qi
[0035] 其中：Q為換熱站板所需提供的總流量；
[0036] Kq為一個(gè)大于1的參數(shù)，為滿(mǎn)足總循環(huán)泵提供的流量應(yīng)略大于末端用戶(hù)流量而設(shè) 置的參數(shù)，可在管理與控制平臺(tái)統(tǒng)一設(shè)定和修改。
[0037] A步驟中MCU控制器計(jì)算得出各用戶(hù)消耗的熱量氏通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給熱網(wǎng)監(jiān)控管理 平臺(tái)，在管理與控制平臺(tái)設(shè)置熱量計(jì)算周期T和計(jì)費(fèi)費(fèi)率Kf，則在當(dāng)前計(jì)算周期T內(nèi)用戶(hù)消 耗的熱量可按下述公式計(jì)算：
[0038] ffTi =kfTTHi
[0039] 其中：kfT，計(jì)算周期T內(nèi)考慮管網(wǎng)損耗等因素的校正系數(shù)，
，11由換熱站 的熱計(jì)量裝置得出，為所有末端用戶(hù)計(jì)算熱量之和。
[0040] 將計(jì)算周期用戶(hù)消耗的熱量累計(jì)即可得到每個(gè)用戶(hù)消耗的熱量，再乘與計(jì)費(fèi)費(fèi)率 即可實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)分戶(hù)計(jì)費(fèi)，即：
[0041] Fi=Kf2ffTi
[0042] 其中：Kf為計(jì)費(fèi)費(fèi)率，F(xiàn)i為分戶(hù)供熱計(jì)費(fèi)值
[0043] 本