供热系统热量计量和热量节能控制方法及其专用装置

摘要

本发明是一种供热系统热量计量和热量节能控制方法及其专用装置，控制器根据热网管路进出水温度和流量计算换热量，用于建筑热量计量，并作为建筑物供热收费的依据；通过控制器设定初始目标温度值，并根据室外环境温度、建筑负荷特性、室内温度以及节能控制策略对初始目标温度值进行实时修正得到实时目标温度值，并在二次热网管路的供、回水管路上安装至少一个二次热网温度传感器；将二次热网温度传感器采集到的温度值与所述的实时目标温度值进行比较、修正。进行热量计量的同时，实现热量的调节和控制，从而实现根据建筑供热负荷对供热量的调节，降低供暖能耗和费用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种供热系统的控制方法和专用装置。具体地说，涉及一种供热系统热量计量和热量节能控制方法及其专用装置。

背景技术

节约能源是国家和社会实现可持续性发展的必然要求。当前，我国建筑采暖能耗较高，主要原因是缺少供热分户计量收费，供热浪费严重。

住房城乡建设部、发展改革委、财政部和质检总局出台《关于进一步推进供热计量改革工作的意见》(建城[2010]14号)，要求北方采暖地区新竣工建筑及完成供热计量改造的既有居住建筑，取消以面积计价收费方式，实行按用热量计价收费方式。用两年时间，既有大型公共建筑全部完成供热计量改造并实行按用热量计价收费。“十二五”期间北方采暖地区地级以上城市达到节能50％强制性标准的既有建筑基本完成供热计量改造，实现按用热量计价收费。

按热量计价收费是建筑供热节能的重要举措。对于大部分商业建筑和公共建筑，由于整个建筑为同一业主，只需要对整个大楼进行热计量，此时热量计费难度较小。但在既有建筑热计量改造和新建建筑热计量设计中，仍存在以下问题。

第一、一般采用热量表进行热计量，但现有的热量表并不具备热量的调节和控制功能，无法根据建筑负荷需求对供热温度和供热量的调节。同时，一级热网系统设备如水泵、锅炉设备的运行费用较高。

第二、专门的操作人员通过调节系统管路上阀门可对供热量控制，但难以满足建筑每天逐时采暖负荷的变化需求，且系统运营和管路成本增加。

第三、换热站系统每天供热水温相对恒定。为满足供热效果，每天都采用较高的供热温度，建筑室内舒适度较差，导致供热量的浪费，并增加了用户的供暖费用。

第四、目前的分户计量改造中，若采用目前的热量计且实现供热量控制，用户需要增加专用的热量质量控制系统，这导致用户投资的大幅提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种供热系统热量计量和热量节能控制方法及其专用装置，同时实现热计量功能和热量节能控制功能。

本发明的技术方案如下：

一种供热系统热量计量和热量控制方法，所述的供热系统包括通过中间换热器互相连接的一次热网管路和二次热网管路，其特征在于：

在一次热网管路上分别安装流量测量装置和控制阀，并在一次热网管路的供回水管路上分别安装一次热网供水温度传感器和一次热网回水温度传感器，控制器根据热网管路进出水温度和流量计算换热量，用于建筑热量计量，并作为建筑物供热收费的依据；以及，

通过控制器设定初始目标温度值，并根据室外环境温度、建筑负荷特性、室内温度以及节能控制策略对初始目标温度值进行实时修正得到实时目标温度值，并在二次热网管路的供、回水管路上安装至少一个二次热网温度传感器；将二次热网温度传感器采集到的温度值与所述的实时目标温度值进行比较，通过控制阀调节一次热网管路热源流量，使一次热网温度传感器采集到的温度值和实时目标温度值之间的偏差在允许范围内；

所述的实时修正方法是：

Tw＝TwS+ΔTwT+ΔTwF

式中，

Tw-热水控制目标，可以为供水温度，也可以为回水温度；

TwS-热水控制目标初始设定值，系统调试过程中进行设定；

ΔTwT是根据室外环境温度、室内温度的修正量，该修正量随室外环境温度以及室内温度与室内温度目标值之间的温差，依据数学函数关系变化；所述的数学函数关系如下：

ΔTwT＝A×Ta+B×(TnA-TnS)+C

修正量ΔTwT的数值依据环境温度Ta，室内温度实际值TnA和室内温度目标值TnS确定；

式中，A，B，C为修正函数系数，为某一常量，A的取值范围为：-5～5，B的取值范围为：-5～5，C的取值范围为：-10～10℃；

ΔTwF为根据建筑负荷特性的修正量，该修正量随建筑物负荷特性变化；建筑某一时段对室内温度需求低于常规值时，该修正值为负，高于常规数值时，该数值为正；ΔTwF根据不同建筑具体负荷特性，在不同的功能时段制定具体的修正数值，该修正数值为某一常量，范围为：-80～20℃。

一种供热系统热量计量和控制装置，包括一次热网管路和二次热网管路，还包括控制器，其特征在于：在一次热网管路上串接有一次热网供水温度传感器、控制阀、中间换热器、流量测量装置和一次热网回水温度传感器；二次热网管路与所述的中间换热器连接；二次热网管路上设置有二次热网温度传感器；所述的一次热网供水温度传感器、控制阀、流量测量装置、一次热网回水温度传感器以及二次热网温度传感器分别与控制器连接；控制器还连接有环境温度传感器。

控制阀带有用于控制开度的电动执行器。

还包括通过信号与控制器连接的室内温度传感器。

本发明的积极效果在于：

1)、既有建筑进行热计量改造时，采用该装置和能够进行热量计量的同时，实现热量的调节和控制，从而实现根据建筑供热负荷对供热量的调节，降低供暖能耗和费用；同时可通过对一级热网水泵、锅炉设备的变频控制，大幅降低一级热网运行费用。

2)、用户通过对供热参数的设定，由控制器自动控制供热量，使供热量随建筑需求进行逐时调节。减少供暖系统对人的依赖，降低供暖系统操作难度，降低运营和管理费用。

3)、实现供热量随建筑需求进行逐时调节，提高建筑室内舒适度。

4)、分户计量改造中，直接采用该装置，同时实现供热量计量和供热量节能控制，能够减少系统改造投资。

附图说明

图1为本发明方法的原理图，也是所述的热量计量和控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明：

如图1所示，所述的热量计量和控制装置包括一次热网管路和二次热网管路，还包括控制器1。在一次热网管路上串接有一次热网供水温度传感器9、控制阀7、中间换热器6、流量测量装置4和一次热网回水温度传感器3。二次热网管路与所述的中间换热器6连接。二次热网管路上设置有二次热网温度传感器，所述的二次热网温度传感器可以为二次热网供水温度传感器5和二次热网回水温度传感器8两个传感器，也可以只设置其中之一。

所述的一次热网供水温度传感器9、控制阀7、流量测量装置4、一次热网回水温度传感器3以及二次热网温度传感器分别与控制器1连接。控制器1还连接有环境温度传感器2。还包括通过有线或无线信号与控制器1连接的室内温度传感器10。

一种供热系统热量计量和热量控制方法，所述的供热系统包括通过中间换热器6互相连接的一次热网管路和二次热网管路，在一次热网管路上分别安装流量测量装置4和控制阀7，并在一次热网管路的供回水管路上分别安装一次热网供水温度传感器9和一次热网回水温度传感器3，控制器1根据热网管路进出水温度和流量计算换热量，用于建筑热量计量，并作为建筑物供热收费的依据。

通过控制器1设定初始目标温度值，并根据室外环境温度、建筑负荷特性、室内温度以及节能控制策略对初始目标温度值进行实时修正得到实时目标温度值，并在二次热网管路的供、回水管路上安装至少一个二次热网温度传感器；将二次热网温度传感器采集到的温度值与所述的实时目标温度值进行比较，通过控制阀7调节一次热网管路热源流量，使一次热网温度传感器采集到的温度值和实时目标温度值之间的偏差在允许范围内；

所述的实时修正方法是：

Tw＝TwS+ΔTwT+ΔTwF

式中，

Tw-热水控制目标，可以为供水温度，也可以为回水温度；

TwS-热水控制目标初始设定值，系统调试过程中进行设定；

ΔTwT是根据室外环境温度、室内温度的修正量，该修正量随室外环境温度以及室内温度与室内温度目标值之间的温差，依据数学函数关系变化；所述的数学函数关系如下：

ΔTwT＝A×Ta+B×(TnA-TnS)+C

修正量ΔTwT的数值依据环境温度Ta，室内温度实际值TnA和室内温度目标值TnS确定；

式中，A，B，C为修正函数系数，为某一常量，A的取值范围为：-5～5，B的取值范围为：-5～5，C的取值范围为：-10～10℃；

ΔTwF为根据建筑负荷特性的修正量，该修正量随建筑物负荷特性变化；建筑某一时段对室内温度需求低于常规值时，该修正值为负，高于常规数值时，该数值为正；ΔTwF根据不同建筑具体负荷特性，在不同的功能时段制定具体的修正数值，该修正数值为某一常量，范围为：-80～20℃。

例如：

以某政府办公大楼为例，选择二次热网的供水温度作为热水控制目标Tw，其初始设定值TwS＝50℃；室内温度设定值为18℃，修正量ΔTwT的函数系数，取A＝1，B＝-1，C＝0；

根据建筑负荷特性，非休息时段ΔTwF＝0℃；中午12点～14点为中午休息时段，设定ΔTwF＝-10℃。

则，该建筑正常运行状况下，随环境温度和室内温度的变化热水控制目标Tw数值如下：

非休息时段：环境温度Ta＝0℃，室内温度TnA＝20℃时，Tw＝48℃。

非休息时段：环境温度Ta＝5℃，室内温度TnA＝20℃时，Tw＝43℃。

非休息时段：环境温度Ta＝5℃，室内温度TnA＝16℃时，Tw＝47℃。

中午休息时段：环境温度Ta＝0℃，室内温度TnA＝20℃时，Tw＝38℃。

中午休息时段：环境温度Ta＝5℃，室内温度TnA＝20℃时，Tw＝33℃。

中午休息时段：环境温度Ta＝5℃，室内温度TnA＝16℃时，Tw＝37℃。

可见，采用以上控制策略后，由于热水控制目标温度Tw的大幅降低，供热量将有明显降低，从而可有效节约采暖费用，实现节能之目的。