基于節(jié)點質(zhì)量和能量平衡理論的分戶熱計量方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及集中供熱計量收費領(lǐng)域，為針對分戶熱計量供暖系統(tǒng)的主要形式——按戶分環(huán)的室內(nèi)供暖系統(tǒng)，開發(fā)計量準確且成本較低的新型供熱計量方法和裝置，推動供熱計量技術(shù)在不同經(jīng)濟水平地區(qū)的發(fā)展。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于節(jié)點質(zhì)量和能量平衡理論的分戶熱計量方法和裝置，結(jié)構(gòu)為：檢測元件包括樓棟熱力入口回水總管安裝的熱計量表、每個用戶水平分環(huán)供回水干管的供水溫度和回水溫度傳感器、回水總立管各管段的溫度傳感器；樓棟數(shù)據(jù)處理器包括通信接口、輸入通道、輸出通道、中央處理器和存儲器；區(qū)域數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明主要應(yīng)用于集中供熱計量場合。
【專利說明】基于節(jié)點質(zhì)量和能量平衡理論的分戶熱計量方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及集中供熱計量收費領(lǐng)域，尤其涉及一種基于節(jié)點質(zhì)量和能量平衡理論 的分戶熱計量方法和裝置。 技術(shù)背景
[0002] 作為建筑節(jié)能的主要措施之一，近幾年供熱計量技術(shù)發(fā)展很快。按戶分環(huán)的室內(nèi) 供暖系統(tǒng)是分戶熱計量供暖系統(tǒng)的主要形式之一，《供熱計量技術(shù)規(guī)程JGJ173-2009》針對 該形式推薦了三種分戶計量方法：戶用熱量表法、流量溫度法和通斷時間面積法。戶用熱量 表法可以直接計量用戶熱量，比較直觀，便于理解；流量溫度法是利用分戶獨立系統(tǒng)與熱力 入口流量之比相對不變的原理，結(jié)合現(xiàn)場測試的流量比例和各分支三通前后溫差，分攤建 筑的總供熱量；通斷時間面積法是以每戶的供暖系統(tǒng)通水時間為依據(jù)，分攤建筑的總供熱 量。
[0003] 除了規(guī)程推薦的三種方法外，還有一些研究者提出了其他的熱計量分攤方法。針 對"通斷時間面積法"熱能分配方案的分配原則僅根據(jù)使用熱能時間和使用熱能面積來計 算，未考慮不同時間取暖，即使采暖時間相同但獲取熱能不一定相同的問題，有研究者提出 了一些改進方法。"一種熱能實時實效面積分配方法"能夠根據(jù)某一單位時間內(nèi)各個用戶在 用房間實效面積占全部用戶在用房間實效面積的比值，進行各個用戶熱能的實時分配，考 慮了用戶不同采暖時間對用戶用熱量的影響。"一種供熱計量熱量分攤方法及裝置"通過實 時測量用戶的供回水溫度和室外溫度計算出各戶的溫度修正系數(shù)，進而對通斷閥門在各個 分攤周期內(nèi)的開啟時間比進行實時修正。
[0004] 每種計量方法均有不同的特點和適用性，除了戶用熱量表法外，其他方法均屬于 間接計量的方法，雖然投資相對較低，但是不能適用于分室溫控的室內(nèi)系統(tǒng)，僅能夠?qū)崿F(xiàn)分 攤熱量，而且計量誤差相對較大。戶用熱量表法雖然計量直觀，但是該方法所需管井面積較 大，初投資和維護成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對分戶熱計量供暖系統(tǒng)的主要形式--按戶分環(huán)的 室內(nèi)供暖系統(tǒng)，開發(fā)計量準確且成本較低的新型供熱計量方法和裝置，推動供熱計量技術(shù) 在不同經(jīng)濟水平地區(qū)的發(fā)展。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于節(jié)點質(zhì)量和能量平衡 理論的分戶熱計量裝置，結(jié)構(gòu)為：檢測元件包括樓棟熱力入口回水總管安裝的熱計量表、每 個用戶水平分環(huán)供回水干管的供水溫度和回水溫度傳感器、回水總立管各管段的溫度傳感 器；樓棟數(shù)據(jù)處理器包括通信接口、輸入通道、輸出通道、中央處理器和存儲器，能夠采集、 轉(zhuǎn)換并存儲樓棟熱量表、溫度傳感器等檢測元件檢測的信號，利用中央處理器對數(shù)據(jù)進行 計算，得出各用戶的瞬時流量、瞬時熱量和累計熱量，并能夠向區(qū)域數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時傳輸 數(shù)據(jù)；區(qū)域數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于實時采集并存儲樓棟數(shù)據(jù)處理器上傳的各用戶及樓棟的累計 熱量、瞬時熱量、瞬時流量、瞬時供水溫度和回水溫度數(shù)據(jù)。
[0006] 基于節(jié)點質(zhì)量和能量平衡理論的分戶熱計量方法：利用節(jié)點質(zhì)量平衡和能量平衡 原理，采集總立管各管段回水溫度t m(i)、各用戶供水溫度tYe(i)、各用戶回水溫度tYH(i)以及 樓棟熱量表計量的瞬時流量G和熱量值Q，按照由底層到頂層的順序順次計算出各個用戶 的實時流量G Y(i)，進而根據(jù)實時監(jiān)測的用戶供回水溫度計算出用戶的實時熱量，實現(xiàn)分戶 熱計量。
[0007] 具體計算方法為：已知熱量表計量的瞬時流量G，第一層用戶瞬時回水溫度tYH(1)， 熱力入口至一層用戶之間回水立管瞬時溫度t mi)、一層用戶和二層用戶之間回水立管瞬時 溫度tM(2)，根據(jù)節(jié)點質(zhì)量和能量平衡原理，利用公式（1)和（2)聯(lián)立，計算出一層用戶的瞬 時流量G Y(1)、一層用戶和二層用戶之間回水立管瞬時流量GU2);同理，根據(jù)上述計算方法，利 用公式（3)和⑷聯(lián)立，計算出任意用戶瞬時流量G Y(i):
【權(quán)利要求】
1. 一種基于節(jié)點質(zhì)量和能量平衡理論的分戶熱計量裝置，其特征是，結(jié)構(gòu)為：檢測元 件包括樓棟熱力入口回水總管安裝的熱計量表、每個用戶水平分環(huán)供回水干管的供水溫度 和回水溫度傳感器、回水總立管各管段的溫度傳感器；樓棟數(shù)據(jù)處理器包括通信接口、輸入 通道、輸出通道、中央處理器和存儲器，能夠采集、轉(zhuǎn)換并存儲樓棟熱量表、溫度傳感器等檢 測元件檢測的信號，利用中央處理器對數(shù)據(jù)進行計算，得出各用戶的瞬時流量、瞬時熱量和 累計熱量，并能夠向區(qū)域數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時傳輸數(shù)據(jù)；區(qū)域數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于實時采集并 存儲樓棟數(shù)據(jù)處理器上傳的各用戶及樓棟的累計熱量、瞬時熱量、瞬時流量、瞬時供水溫度 和回水溫度數(shù)據(jù)。
2. -種基于節(jié)點質(zhì)量和能量平衡理論的分戶熱計量方法，其特征是，基于節(jié)點質(zhì)量和 能量平衡理論的分戶熱計量方法：利用節(jié)點質(zhì)量平衡和能量平衡原理，采集總立管各管段 回水溫度t m(i)、各用戶供水溫度tYe(i)、各用戶回水溫度tYH(i)以及樓棟熱量表計量的瞬時流 量G和熱量值Q，按照由底層到頂層的順序順次計算出各個用戶的實時流量G Y(i)，進而根據(jù) 實時監(jiān)測的用戶供回水溫度計算出用戶的實時熱量，實現(xiàn)分戶熱計量。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于節(jié)點質(zhì)量和能量平衡理論的分戶熱計量方法，其特征是， 具體計算方法為：已知熱量表計量的瞬時流量G，第一層用戶瞬時回水溫度t YH(1)，熱力入 口至一層用戶之間回水立管瞬時溫度tmi)、一層用戶和二層用戶之間回水立管瞬時溫度 tm(2)，根據(jù)節(jié)點質(zhì)量和能量平衡原理，利用公式（1)和（2)聯(lián)立，計算出一層用戶的瞬時流 量G Y(1)、一層用戶和二層用戶之間回水立管瞬時流量GU2);同理，根據(jù)上述計算方法，利 用公式（3)和⑷聯(lián)立，計算出任意用戶瞬時流量GY(i):
式中，c為水的質(zhì)量比熱；G為樓棟熱量表計量的瞬時流量；GY(1)為一層用戶瞬時流量； tm(1)為樓棟熱力入口至一層用戶之間回水立管瞬時溫度；GU2)為一層用戶和二層用戶之間 回水立管瞬時溫度；t YH(1)為一層用戶瞬時回水溫度；
式中，GUi)為第i-Ι層用戶和第i層用戶之間回水立管瞬時流量；GUi+1)為第i層用戶 和第i+Ι層用戶之間回水立管瞬時流量；GY(i)為第i層用戶瞬時流量；t_為第i-Ι層用 戶和第i層用戶之間回水立管溫度；t m(i+1)為第i層用戶和第i+Ι層用戶之間回水立管溫 度；?γ--ω為弟i層用戶回水溫度； 根據(jù)計算的第i層用戶瞬時流量GY(i)，以及監(jiān)測的各用戶供水溫度QY(i)和第i層用戶 回水溫度tYH(i)，利用公式（5)，可以計算出相應(yīng)用戶的瞬時熱量QY(i)，根據(jù)公式（6)，計算出 各用戶的累計熱量Q YUi):
式中，QY(i)為第i層用戶瞬時熱量；tYe(i)為第i層用戶瞬時供水溫度；
式中，Λ T為采樣周期；T為熱量累計時間。
【文檔編號】G01K17/06GK104142193SQ201410378793
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】凌繼紅, 邢金城 申請人:天津大學
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