智能供热动态水力平衡控制方法

技术领域

本发明涉及供热管网平衡调节技术领域，具体的说是一种智能供热动态水力平衡控制方法。

背景技术

我国北方城市供暖大多数都采用集中供暖方式，随着经济水平的提高，供热管网分布面积越来越大，热用户数量也急剧增长，由于管网布局错综复杂和管网损耗，普遍存在管网中不同区域或楼层供热温度相差很大，近端用户室温高，远端用户室温低，即使供热泵超负荷运转还是无济于事，耗能高且运行费用高，同时降低供热系统的运行效率。

为解决上述问题，现有技术中出现了通过使用动态平衡阀进行流量调整来改善供热效果，经检索，CN2020211135982公开了一种供热物联网水力平衡阀二次网控制系统，包括无线远程温度采集器、服务器和安装在热用户单元立杠的回水管道上的平衡阀，各单元分别选取数个用户作为采温点，采温点将用户室内温度上传至服务器，服务器将计算出室温理论平均值，平衡阀安装在热用户单元立杠的回水管道上，将回水温度远程反馈至服务器，服务器根据每个单元的回水温度值以及单元用户的室温理论平均值计算出该单元阀门开度的变化量，服务器同时下发小区内所有单元的阀门开度变化量指令，平衡阀根据服务器下发的指令控制阀门的开度来实现二次网自动调节平衡。

此种结构及控制方法存在的不足之处为：一是需要在每个单元数个用户家中放置无线远程温度采集器，热用户数量多，使得供热成本大大增加；二是单元的回水温度值以及单元用户的室温值需要实时反馈到服务器，服务器通过运算后再下发阀门开度变化量指令给平衡阀的自动控制单元，平衡阀的自动控制单元再控制机械传动流量控制单元调整阀门的开度，在平衡阀调节开度的过程中，服务器始终要参与进来，供热管网分布面积大，服务器运算处理数据多，时间长，数据处理传输存在延时，服务器运算性能要求高，供热系统运行成本也高。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种供热节能效果好、解决供暖冷热不均现象、提高供热质量、节省运行成本的智能供热动态水力平衡控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种智能供热动态水力平衡控制方法，其特征在于，包括：

将热力站内循环泵设为定压差运行模式；

统计楼宇每个单元供暖用户数量，并计算出每个单元的实际总供暖面积；

选取设定单位面积的流量系数；

将单位面积的流量系数以及每个单元的实际总供暖面积输入到上位机，上位机计算每个单元所需的总流量；

智能供热动态水力平衡控制过程如下：

步骤S1：热力站内循环泵启动，上位机将计算的每个单元的总流量值转换为电信号下发到每个单元的智能动态平衡阀的控制器，智能动态平衡阀的控制器控制智能动态平衡阀上的机械传动流量控制单元执行动作来调节阀门开度，使每个单元的流量始终维持接近设定值；

步骤S2:在实际运行过程中，供热面积负荷变化或流量变化时，每个单元的智能动态平衡阀上的压力传感器检测压力变化并将压力值转换为电信号传送给控制器，智能动态平衡阀上或单元回水立管上的温度传感器检测温度变化并将温度值转换为电信号传送给控制器，控制器根据压力传感器和温度传感器反馈的信号控制智能动态平衡阀上的机械传动流量控制单元调节阀门开度，此时上位机下达的指令没有变化；

步骤S3：当实际供暖参数指标变化大时，需要在上位机修改原有的指令参数，并将修改后的指令下发至每个单元的智能动态平衡阀的控制器，智能动态平衡阀的控制器按照新指令控制机械传动流量控制单元执行动作调节阀门开度，以满足新指令的要求。

本发明所述热力站内循环泵定压差值的确定方法为，确定最不利环路，循环泵定压差值的确定需要保证最不利环路的压差值达到使最不利环路供热正常的要求，此种方式可以保证无论工况如何变化，最不利环路的供热正常，控制方式相对简单、系统的能耗低、可靠性强。

本发明所述每个单元的实际总供暖面积通过统计计算每个单元供暖交费用户数量与每个供暖交费用户供暖面积的乘积确定，根据供暖交费用户数量可以精确统计出实际总供暖面积，且统计方法简单、统计方便。

本发明所述单位面积的流量系数设定范围为1.5L/㎡~6L/㎡之间，流量系数设定在此范围内可以保证达到二次网的供热平衡，保证供热节能效果好。

本发明所述实际供暖参数指标变化大指室外温度变化大或供暖新开户及报停导致实际供暖面积变化大。

本发明的有益效果为：通过采集供暖面积数据确定供暖流量，数据统计精确，统计方法简单、统计方便；将供暖面积及设定流量系数发送给上位机，上位机下发一次指令到现场智能动态平衡阀后，智能动态平衡阀自己根据指令调节阀门开度，无需上位机的参与，只在实际供暖面积变化大或室外温度变化大时，需要修改上位机设定的参数，上位机无需一直参与进来，上位机系统运行性能要求低，供热运行成本低，大大节省了人员调试管网时间，又可使用户的室温基本达到一致；热力站内循环泵采用定压差模式，无论工况如何变化，此种方式都可以保证最不利环路的供热正常，控制方式相对简单、系统的能耗低、可靠性强；智能动态平衡阀的自动调节，实现了二级网的水力平衡，保证热用户的室内温度相对均衡，换热站的整体循环流量下降，循环泵在定压差模式下运行的频率降低，供热节能效果显著提高。

附图说明

图1是本发明单元供水立管和单元回水立管示意图。

图2是本发明供暖管网动态平衡示意图。

图3是未经过水力平衡调节系统的水压示意图。

图4是本发明经过水力平衡调节系统的水压示意图。

附图标记：热力站-1、循环泵-2、供水管-3、单元供水立管-4、回水管-5、单元回水立管-6、供水球阀-7、回水球阀-8、供水除污器-9、智能动态平衡阀-10、压力传感器-1001、最不利环路-11、单元供暖用户-12。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

如图1、图2所示，简易示出智能动态平衡阀在二次管网的安装位置，热水从热力站1内流出，通过供水管3进入单元供水立管4，经过单元供暖用户12后再经过单元回水立管6从回水管5流回热力站1；单元供水立管4上安装有供水球阀7和供水除污器9，单元回水立管6上安装有回水球阀8和智能动态平衡阀10，智能动态平衡阀10安装在两个回水球阀8之间，智能动态平衡阀10上安装有压力传感器1001和温度传感器，此实施例中单元供暖用户指的是楼宇一个单元中实际供暖用户。

智能动态平衡阀10包括控制器、阀体部分、压力传感器和温度传感器，阀体部分设有阀体和机械传动流量控制单元，通过控制器控制机械传动流量控制单元调节阀门的开度，压力传感器、温度传感器分别与控制器连接并向控制器反馈压力电信号和温度电信号，智能动态平衡阀结构为现有技术，在此不做详细赘述，智能动态平衡阀的控制器可采用PLC控制器。

一种智能供热动态水力平衡控制方法，包括：

将热力站1内循环泵2设为定压差运行模式；

统计楼宇每个单元供暖用户12数量，并计算出每个单元的实际总供暖面积；

选取设定单位面积的流量系数；

将单位面积的流量系数以及每个单元的实际总供暖面积输入到上位机，上位机计算每个单元所需的总流量；

智能供热动态水力平衡控制过程如下：

步骤S1：热力站1内循环泵2启动，上位机将计算的每个单元的总流量值转换为电信号下发到智能动态平衡阀10的控制器，控制器接收控制指令后，控制智能动态平衡阀上的机械传动流量控制单元调节阀门开度，使每个单元的流量始终维持接近设定值，控制器控制机械传动流量控制单元自动调节阀门开度且无需向上位机反馈；

步骤S2:在实际运行过程中，供热面积负荷变化或流量变化时，智能动态平衡阀10上的压力传感器1001检测压力变化并将压力值转换为电信号传送给控制器，智能动态平衡阀10上的温度传感器检测温度变化并将温度值转换为电信号传送给控制器，控制器根据压力传感器1001和温度传感器反馈的信号控制智能动态平衡阀上的机械传动流量控制单元调节阀门开度，此时上位机下达的指令没有变化；

步骤S3：当实际供暖参数指标变化大时，需要在上位机修改原有的指令参数，并将修改后的指令下发至每个单元的智能动态平衡阀10的控制器，智能动态平衡阀10的控制器按照新指令控制机械传动流量控制单元执行动作调节阀门开度，以满足新指令的要求。

所述热力站1内循环泵2定压差值的确定方法为，确定最不利环路，循环泵定压差值的确定需要保证最不利环路的压差值达到使最不利环路供热正常的要求，此种方式可以保证无论工况如何变化，最不利环路的供热正常，控制方式相对简单、系统的能耗低、可靠性强。最不利环路供热正常的要求需要保证最不利环路的室内平均温度可达到18℃以上。原则上将管线长度最长的单元确定为最不利环路，管线长度最长的单元无法确定时，将二次管网最末端的单元选定为最不利环路。

所述每个单元的实际总供暖面积通过统计计算每个单元供暖交费用户数量与每个供暖交费用户供暖面积的乘积确定，根据供暖交费用户数量可以精确统计出实际总供暖面积，且统计方法简单、统计方便。

所述单位面积的流量系数根据小区建筑类型、所在地区的供暖特性和历年运行经验选定，流量系数的确定方法统计方便，系数确定相对精准，减少供热运行能耗损失。

所述单位面积的流量系数设定范围为1.5L/㎡~6L/㎡之间，流量系数设定在此范围内可以保证达到二次网的供热平衡，保证供热节能效果好。

所述实际供暖参数指标变化大指室外温度变化大或实际供暖面积发生变化大（用户报停或新开户等）。

此实施例中供热热力站供热范围为9栋居民楼，共27个单元，每栋居民楼单元的回水立管上均安装智能动态平衡阀，保证供热正常的单元室内平均温度达到18℃以上，此热力站供热范围内小区属于新建小区，楼房保温效果好，将单位面积的流量系数设定为2.8L/㎡，此实施例中最不利环路的供暖面积按照管线最长的单元来计算，最不利环路的总供暖面积为740㎡，计算得出最不利环路需要的总流量为2.1m³/h，最不利环路的压差值维持在0.03MPa才能保证最不利环路供热正常，此实施例中循环泵定压差值设定为0.2MPa。

如图3所示，图3为未经过水力平衡调节系统的水压示意图，图3中粗实线代表供水压力值，细实线代表回水压力值，细虚线代表提高热力站水泵功率，从图中可看出，未采取水力平衡调节措施，管网末端用户入口供回水压差几乎为零，流量小，末端用户室内温度过冷不达标，前端用户压差值大，流量大，前端用户过热，通过提高热力站水泵功率，末端用户供回水压差提高不明显，水力失调问题不但没有解决，系统的耗能反而进一步增加。

如图4所示，图4为采取水力平衡调节措施的水压示意图，图4中粗实线代表供水压力值，细实线代表回水压力值，A、B、C三点为采取水力平衡调节后的回水压力值。从图中可看出，采取水力平衡调节措施后，管网末端用户供回水压差有了明显的提高，A、B、C各点用户均得到了足够的资用压头，在未提高换热站循环泵功率的情况下，大大改善了末端的供热效果，达到了水力平衡的目的，供暖效果得到了明显提升，供热节热、节电效果明显。

本发明的有益效果为：通过采集供暖面积数据确定供暖流量，数据统计精确，统计方法简单、统计方便；将供暖面积及设定流量系数发送给上位机，上位机下发一次指令到现场智能动态平衡阀后，智能动态平衡阀自己根据指令调节阀门开度，无需上位机的参与，只在实际供暖面积变化较大或室外温度变化较大时，需要修改上位机设定的参数，上位机无需一直参与进来，上位机系统运行性能要求低，供热运行成本低，大大节省了人员调试管网时间，又可使用户的室温基本达到一致；热力站内循环泵采用定压差模式，无论工况如何变化，此种方式都可以保证最不利环路的供热正常，控制方式相对简单、系统的能耗低、可靠性强；智能动态平衡阀的自动调节，实现了二级网的水力平衡，保证热用户的室内温度相对均衡，换热站的整体循环流量下降，循环泵在定压差模式下运行的频率降低，供热节能效果显著提高。