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一种基于用户侧热负荷的供暖流量调控系统

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


一种基于用户侧热负荷的供暖流量调控系统

技术领域

本发明属于新能源及节能技术领域,具体涉及一种基于用户侧热负荷的供暖流量调控系统。

背景技术

随着城市能源供应的紧张,建筑节能问题成为技术发展的热点。在建筑集中供热系统中,不同用户的热负荷并不相同,如果采取统一的供热方式,则不能合理分配热量,不可避免地带来一定的能量浪费。同时,自热源至用户沿途所产生的热力损失不同,也导致了热力分配不均。因此,在多用户之间应做到合理的热量分配,是实现节能的一种重要方式。

由于不同用户所需热量的不同,不同用户的回水管介质温度也会不同,此回水管介质温度为供热量控制提供了依据,即可将回水管介质温度作为用户侧热负荷的衡量指标来调控用户侧的供暖流量。但是如何基于用户侧热负荷(即回水管介质温度)来对供热系统中的供暖流量进行满足用户实际需求的动态调控,目前还没有具体技术方案,仍然是本领域技术人员亟需研究的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于用户侧热负荷的供暖流量调控系统,用以解决现有供热系统还无法进行可满足用户实际需求的动态调控的问题。

为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

第一方面,提供了一种基于用户侧热负荷的供暖流量调控系统,包括有主控模块、回水温度传感器、近端流量控制阀、远端流量控制阀和水泵,其中,所述回水温度传感器用于布置在用户侧供暖负载的回水管路的管体介质中并测量所述管体介质的介质温度,所述近端流量控制阀、所述远端流量控制阀和所述水泵用于布置在所述用户侧供暖负载的供水管路中,所述近端流量控制阀位于所述远端流量控制阀的供水下游,所述远端流量控制阀位于所述水泵的供水下游;

所述主控模块分别通信连接所述回水温度传感器的输出端、所述近端流量控制阀的受控端、所述远端流量控制阀的受控端和所述水泵的受控端,用于将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,并在是时,依次调整所述近端流量控制阀的阀门开度、所述远端流量控制阀的阀门开度和所述水泵的转速,直到所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值小于等于预设温度阈值。

基于上述发明内容,提供了一种基于回水管介质温度对供热系统中的供暖流量进行满足用户实际需求的动态调控方案,即包括有主控模块、回水温度传感器、近端流量控制阀、远端流量控制阀和水泵,其中,所述主控模块用于将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,并在是时,依次调整所述近端流量控制阀的阀门开度、所述远端流量控制阀的阀门开度和所述水泵的转速,直到所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值小于等于预设温度阈值,如此可通过动态调控满足用户实际需求,达成节能目的,同时由于是基于回水管介质温度对阀门开度进行修正,兼顾了沿途热力损失的影响,可使热力分配更均匀,能精准匹配末端需求,便于实际应用和推广。

在一个可能的设计中,将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,并在是时调整所述近端流量控制阀的阀门开度,包括:

将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量;

若判定所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值大于预设温度阈值,则确定需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,然后判断所述近端流量控制阀的当前阀门开度是否等于零;

若判定所述当前阀门开度不等于零,则按照如下公式计算得到柔化系数α:

α=0.5+(1-|x-(t′

式中,x表示所述当前阀门开度,t

根据所述柔化系数α,按照如下公式计算得到所述近端流量控制阀的目标阀门开度x′=x-(x-(t′

生成并向所述近端流量控制阀的受控端发送用于将阀门开度调整至所述目标阀门开度的控制信号,以便调整所述近端流量控制阀的阀门开度。

在一个可能的设计中,若判定所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值小于等于所述预设温度阈值,则确定不需要调整所述用户侧供暖负载的供水流量,保持所述近端流量控制阀的开度不变。

在一个可能的设计中,若判定所述当前阀门开度等于零,则进一步判断所述介质温度是否大于等于所述目标温度,若是,则保持所述近端流量控制阀的阀门开度继续为零,否则将所述近端流量控制阀的目标阀门开度设置为50,然后生成并向所述近端流量控制阀的受控端发送用于将阀门开度调整至所述目标阀门开度的控制信号,以便调整所述近端流量控制阀的阀门开度。

在一个可能的设计中,在生成并向所述近端流量控制阀的受控端发送用于将阀门开度调整至所述目标阀门开度的控制信号之前,还包括:判断所述目标阀门开度x′是否属于区间[0,100],若所述目标阀门开度x′小于零或大于100,则将所述目标阀门开度x′更新为零或100,否则不更新所述目标阀门开度x′。

在一个可能的设计中,依次调整所述近端流量控制阀的阀门开度、所述远端流量控制阀的阀门开度和所述水泵的转速,包括:

同步调整位于远端流量控制阀的供水下游的所有近端流量控制阀的阀门开度;

根据所述所有近端流量控制阀的阀门开度确定供水上游的供暖流量需求总值,并根据所述远端流量控制阀的当前阀门开度确定供水上游的供暖流量当前值;

根据所述供暖流量需求总值与所述供暖流量当前值的比较结果,若发现所述供暖流量需求总值大于或小于所述供暖流量当前值,则调大或调小所述远端流量控制阀的阀门开度,否则保持所述远端流量控制阀的阀门开度;

根据所述供暖流量需求总值与所述供暖流量当前值的比较结果,若发现所述供暖流量需求总值与所述供暖流量当前值的差值大于预设流量阈值或者所述供暖流量当前值与所述供暖流量需求总值的差值大于预设流量阈值,则调大或调小所述水泵的转速,否则保持所述水泵的转速。

在一个可能的设计中,还包括有通信连接所述主控模块的温度设定模块,其中,所述温度设定模块用于输入所述目标温度,并将所述目标温度传送至所述主控模块。

在一个可能的设计中,还包括有通信连接所述主控模块的供水温度传感器,其中,所述供水温度传感器用于布置在所述供水管路的且位于所述用户侧供暖负载与所述近端流量控制阀之间的管体介质中。

在一个可能的设计中,所述预设温度阈值的取值范围为[0.5,1]。

在一个可能的设计中,所述主控模块采用型号为STM32的单片机芯片及其外围电路。

上述方案的有益效果:

(1)本发明创造性提供了一种基于回水管介质温度对供热系统中的供暖流量进行满足用户实际需求的动态调控方案,即包括有主控模块、回水温度传感器、近端流量控制阀、远端流量控制阀和水泵,其中,所述主控模块用于将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,并在是时,依次调整所述近端流量控制阀的阀门开度、所述远端流量控制阀的阀门开度和所述水泵的转速,直到所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值小于等于预设温度阈值,如此可通过动态调控满足用户实际需求,达成节能目的,同时由于是基于回水管介质温度对阀门开度进行修正,兼顾了沿途热力损失的影响,可使热力分配更均匀,能精准匹配末端需求,便于实际应用和推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的基于用户侧热负荷的供暖流量调控系统的应用示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍,显而易见地,下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是,对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。

应当理解,尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象,但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象,同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解,对于本文中可能出现的术语“和/或”,其仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A、单独存在B或者同时存在A和B等三种情况;又例如,A、B和/或C,可以表示存在A、B和C中的任意一种或他们的任意组合;对于本文中可能出现的术语“/和”,其是描述另一种关联对象关系,表示可以存在两种关系,例如,A/和B,可以表示:单独存在A或者同时存在A和B等两种情况;另外,对于本文中可能出现的字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例:

如图1所示,本实施例第一方面提供的且基于用户侧热负荷的供暖流量调控系统,包括但不限于有主控模块、回水温度传感器、近端流量控制阀、远端流量控制阀和水泵,其中,所述回水温度传感器用于布置在用户侧供暖负载的回水管路的管体介质中并测量所述管体介质的介质温度,所述近端流量控制阀、所述远端流量控制阀和所述水泵用于布置在所述用户侧供暖负载的供水管路中,所述近端流量控制阀位于所述远端流量控制阀的供水下游,所述远端流量控制阀位于所述水泵的供水下游;所述主控模块分别通信连接所述回水温度传感器的输出端、所述近端流量控制阀的受控端、所述远端流量控制阀的受控端和所述水泵的受控端,用于将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,并在是时,依次调整所述近端流量控制阀的阀门开度、所述远端流量控制阀的阀门开度和所述水泵的转速,直到所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值小于等于预设温度阈值。

如图1所示,在所述供暖流量调控系统的具体结构中,所述主控模块为整个系统的核心,其硬件结构可以但不限于具体采用型号为STM32的单片机芯片及其外围电路来实现。所述回水温度传感器可具体采用插管式铂电阻温度计来实现。所述近端流量控制阀和所述远端流量控制阀可具体采用现有流量阀来实现,其中,所述近端流量控制阀用于代表某一用户处的阀门,可以有多个并与多个不同用户侧供暖负载一一对应,而所述远端流量控制阀用于代表某一管网处的阀门,也可以分有由近及远的多级并使低一级流量控制阀位于高一级流量控制阀的供水下游。所述水泵可具体采用现有泵体来实现。具体的,前述将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,并在是时调整所述近端流量控制阀的阀门开度,包括但不限于有如下步骤S1~S5。

S1.将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量。

在所述步骤S1中,具体比较方式可以但不限于为判断所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值是否大于预设温度阈值,若是,则判定需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,否则判定不需要,其中,所述预设温度阈值的取值范围为[0.5,1]。此外,所述目标温度需提前设定,例如在区间[16,21]摄氏度之间取值。

S2.若判定所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值大于预设温度阈值,则确定需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,然后判断所述近端流量控制阀的当前阀门开度是否等于零。

在所述步骤S2中,若判定所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值小于等于所述预设温度阈值,则确定不需要调整所述用户侧供暖负载的供水流量,保持所述近端流量控制阀的开度不变。

S3.若判定所述当前阀门开度不等于零,则按照如下公式计算得到柔化系数α:

α=0.5+(1-|x-(t′

式中,x表示所述当前阀门开度,t′

在所述步骤S3中,若判定所述当前阀门开度不等于零,则表明对应用户已启动供热,需要后续对阀门开度进行更新,否则表明对应用户未启动供热,需要进一步分析:若判定所述当前阀门开度等于零,则进一步判断所述介质温度是否大于等于所述目标温度,若是,则保持所述近端流量控制阀的阀门开度继续为零,否则将所述近端流量控制阀的目标阀门开度设置为50,然后生成并向所述近端流量控制阀的受控端发送用于将阀门开度调整至所述目标阀门开度的控制信号,以便调整所述近端流量控制阀的阀门开度。

S4.根据所述柔化系数α,按照如下公式计算得到所述近端流量控制阀的目标阀门开度x′=x-(x-(t′

S5.生成并向所述近端流量控制阀的受控端发送用于将阀门开度调整至所述目标阀门开度的控制信号,以便调整所述近端流量控制阀的阀门开度。

在所述步骤S5之前,由于阀门开度的取值范围是[0,100](其中,0表示阀门全闭的开度临界值,100表阀门全开的开度临界值),为了确保所述目标阀门开度的合理性,在生成并向所述近端流量控制阀的受控端发送用于将阀门开度调整至所述目标阀门开度的控制信号之前,还包括:判断所述目标阀门开度x′是否属于区间[0,100],若所述目标阀门开度x′小于零或大于100,则将所述目标阀门开度x′更新为零或100,否则不更新所述目标阀门开度x′。

上述步骤S1~S5是针对单一用户在每得到一次对应的介质温度后需要执行的流程,同时也是针对同一管网下的所有用户需要同步执行的流程,以便通过动态调整,逐步使所述所有用户的实际需求都得到满足。

考虑供水下游的供暖流量总和需要与供水上游的供暖流量总和保持平衡,因此为了使供热上下游达到平衡,需要依次调整所述近端流量控制阀的阀门开度、所述远端流量控制阀的阀门开度和所述水泵的转速,并具体包括但不限于有如下步骤S10~S40。

S10.同步调整位于远端流量控制阀的供水下游的所有近端流量控制阀的阀门开度。

在所述步骤S10中,具体是针对所述所有近端流量控制阀中的各个近端流量控制阀,基于上述步骤S1~S5同步调整对应的阀门开度,于此不再赘述。

S20.根据所述所有近端流量控制阀的阀门开度确定供水上游的供暖流量需求总值,并根据所述远端流量控制阀的当前阀门开度确定供水上游的供暖流量当前值。

S30.根据所述供暖流量需求总值与所述供暖流量当前值的比较结果,若发现所述供暖流量需求总值大于或小于所述供暖流量当前值,则调大或调小所述远端流量控制阀的阀门开度,否则保持所述远端流量控制阀的阀门开度。

S40.根据所述供暖流量需求总值与所述供暖流量当前值的比较结果,若发现所述供暖流量需求总值与所述供暖流量当前值的差值大于预设流量阈值或者所述供暖流量当前值与所述供暖流量需求总值的差值大于预设流量阈值,则调大或调小所述水泵的转速,否则保持所述水泵的转速。

通过上述步骤S10~S40,可在有新用户启动供热或有用户停止供热时,按照增加或减少的热负荷,调整该管网下各近端流量控制阀的开度,并在增加的热负荷或减少的热负荷达到一定比例时,调节水泵转动频率,加大或减小总的供暖流量,使供热上下游达到平衡。

由此基于前述的供暖流量调控系统,提供了一种基于回水管介质温度对供热系统中的供暖流量进行满足用户实际需求的动态调控方案,即包括有主控模块、回水温度传感器、近端流量控制阀、远端流量控制阀和水泵,其中,所述主控模块用于将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,并在是时,依次调整所述近端流量控制阀的阀门开度、所述远端流量控制阀的阀门开度和所述水泵的转速,直到所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值小于等于预设温度阈值,如此可通过动态调控满足用户实际需求,达成节能目的,同时由于是基于回水管介质温度对阀门开度进行修正,兼顾了沿途热力损失的影响,可使热力分配更均匀,能精准匹配末端需求,便于实际应用和推广。

优选的,所述回水温度传感器包括但不限于有插管式铂电阻温度计和贴片式温度计,其中,所述插管式铂电阻温度计用于安装在所述回水管路的管道介质中并测量得到所述管道介质的介质温度,所述贴片式温度计用于安装在所述回水管路的管道壁面上并测量得到所述管道壁面的壁面温度,所述管道壁面与所述管道介质属于所述回水管路中的同一段管道;所述主控模块还用于在同步获取到所述介质温度和所述壁面温度后,按照如下方式(A)或(B)得到所述用户侧热负荷衡量指标。

(A)先在所述同一段管道处于非供热期时,根据同步获取到的所述介质温度和所述壁面温度,确定管道介质温度校正参数,然后在所述同一段管道处于供热期时,使用所述管道介质温度校正参数对实时获取到的所述介质温度进行自动校正,得到实时的且用于作为所述用户侧热负荷衡量指标的介质温度校正值。如此考虑常用于采集供热管道中水温的温度计——插管式铂电阻温度计在长时间使用后会出现测量偏差,进而会对供热系统的控制带来不利影响,为了消除测量偏差,可通过前述技术手段来对插管式铂电阻温度计进行周期性的校正,确保回水温度监测准确性。同时还考虑在非供热期间,管道壁面温度与管道质温度基本相等,因此可以根据在非供热期得到的所述介质温度和所述壁面温度来得到可用于在供热期间对所述介质温度进行实时校正用的校正参数,详细的,根据同步获取到的所述介质温度和所述壁面温度,确定管道介质温度校正参数,包括但不限于有按照如下公式计算得到管道介质温度校正参数η:

式中,T

T

式中,T

(B)先根据所述壁面温度和从所述管道壁面至所述管道内介质的已知传热模型推导得到所述管道介质的介质温度推算值,以及使用管道介质温度修正参数的当前值,对所述介质温度进行自动修正,得到实时的且用于作为所述用户侧热负荷衡量指标的介质温度修正值,然后根据所述介质温度修正值与所述介质温度推算值的比较结果,采用PID算法调节所述管道介质温度修正参数,得到所述管道介质温度修正参数的更新值。如此也可以通过前述技术手段来对插管式铂电阻温度计进行实时校正,确保回水温度监测准确性。所述已知传热模型可以具体基于所述插管式铂电阻温度计和所述贴片式温度计的安装位置、所述同一段管道的材质和由内至外的传热方向等信息,通过现有的热工学提前常规地确定。所述PID(即比例Proportional、积分Integral和微分Differential的缩写)算法是一种结合比例、积分和微分三种环节于一体的现有控制算法,它是连续系统中技术最为成熟、应用最为广泛的一种控制算法,该控制算法出现于20世纪30至40年代,适用于对被控对象模型了解不清楚的场合,因此可以根据所述介质温度修正值与所述介质温度推算值的比较结果,采用PID算法调节所述管道介质温度修正参数,得到所述管道介质温度修正参数的更新值。

优选的,还包括有通信连接所述主控模块的温度设定模块,其中,所述温度设定模块用于输入所述目标温度,并将所述目标温度传送至所述主控模块。所述温度设定模块可以但不限于具体采用触控屏或输入键盘来实现。

优选的,还包括有通信连接所述主控模块的供水温度传感器,其中,所述供水温度传感器用于布置在所述供水管路的且位于所述用户侧供暖负载与所述近端流量控制阀之间的管体介质中。所述供水温度传感器用于测量供水管路介质温度,并将所述供水管路介质温度实时传送至所述主控模块,以便进行实时的供水温度监测。为了确保供水温度监测准确性,所述供水温度传感器也可参照所述回水温度传感器进行具体设计,于此不再赘述。

综上,采用本实施例所提供的且基于用户侧热负荷的供暖流量调控系统,具有如下技术效果:

(1)本实施例提供了一种基于回水管介质温度对供热系统中的供暖流量进行满足用户实际需求的动态调控方案,即包括有主控模块、回水温度传感器、近端流量控制阀、远端流量控制阀和水泵,其中,所述主控模块用于将由所述回水温度传感器测得的介质温度作为用户侧热负荷衡量指标并与目标温度进行比较,然后根据比较结果确定是否需要调整所述用户侧供暖负载的供暖流量,并在是时,依次调整所述近端流量控制阀的阀门开度、所述远端流量控制阀的阀门开度和所述水泵的转速,直到所述介质温度与所述目标温度的相差绝对值小于等于预设温度阈值,如此可通过动态调控满足用户实际需求,达成节能目的,同时由于是基于回水管介质温度对阀门开度进行修正,兼顾了沿途热力损失的影响,可使热力分配更均匀,能精准匹配末端需求,便于实际应用和推广。

最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

技术分类

06120115636872