供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法

《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》是煙臺東方智慧型控制有限公司於2010年11月26日申請的發明專利，該專利申請號為2010105792530，公布號為CN102012065A，公布日為2011年4月13日，發明人是楊恆坤、孫愛國、李淑珍、李世乾、岳增輝。

《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》是一種供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法及其專用裝置，控制器根據熱網管路進出水溫度和流量計算換熱量，用於建築熱量計量，並作為建築物供熱收費的依據；通過控制器設定初始目標溫度值，並根據室外環境溫度、建築負荷特性、室內溫度以及節能控制策略對初始目標溫度值進行實時修正得到實時目標溫度值，並在二次熱網管路的供、回水管路上安裝至少一個二次熱網溫度感測器；將二次熱網溫度感測器採集到的溫度值與所述的實時目標溫度值進行比較、修正。進行熱量計量的同時，實現熱量的調節和控制，從而實現根據建築供熱負荷對供熱量的調節，降低供暖能耗和費用。

2017年12月，《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法
• 地址：山東省煙臺市高新區海興路28號
• 公布號：CN102012065A
• 公布日：2011年4月13日
• 申請號：2010105792530
• 申請日：2010年11月26日
• 申請人：煙臺東方智慧型控制有限公司
• 類別：發明專利
• Int. Cl.：F24D19/10（2006.01）I
• 發明人：楊恆坤、孫愛國、李淑珍、李世乾、岳增輝

專利背景

節約能源是國家和社會實現可持續性發展的必然要求。截至2010年11月，中國建築採暖能耗較高主要原因是缺少供熱分戶計量收費，供熱浪費嚴重。住房城鄉建設部、發展改革委、財政部和質檢總局出台《關於進一步推進供熱計量改革工作的意見》（建城[2010]14號），要求北方採暖地區新竣工建築及完成供熱計量改造的既有居住建築，取消以面積計價收費方式，實行按用熱量計價收費方式。用兩年時間，既有大型公共建築全部完成供熱計量改造並實行按用熱量計價收費。“十二五”期間北方採暖地區地級以上城市達到節能50％強制性標準的既有建築基本完成供熱計量改造，實現按用熱量計價收費。

按熱量計價收費是建築供熱節能的重要舉措。對於大部分商業建築和公共建築，由於整個建築為同一業主，只需要對整個大樓進行熱計量，此時熱量計費難度較小。但在既有建築熱計量改造和新建建築熱計量設計中，仍存在以下問題。

第一、一般採用熱量表進行熱計量，但2010年11月前已有的熱量表並不具備熱量的調節和控制功能，無法根據建築負荷需求對供熱溫度和供熱量的調節。同時，一級熱網系統設備如水泵、鍋爐設備的運行費用較高。

第二、專門的操作人員通過調節系統管路上閥門可對供熱量控制，但難以滿足建築每天逐時採暖負荷的變化需求，且系統運營和管路成本增加。

第三、換熱站系統每天供熱水溫相對恆定。為滿足供熱效果，每天都採用較高的供熱溫度，建築室內舒適度較差，導致供熱量的浪費，並增加了用戶的供暖費用。

第四、2010年11月之前的分戶計量改造中，若採用2010年11月之前的熱量計且實現供熱量控制，用戶需要增加專用的熱量質量控制系統，這導致用戶投資的大幅提高。

發明內容

專利目的

《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》提供一種供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法及其專用裝置，同時實現熱計量功能和熱量節能控制功能。

技術方案

2010年11月所述的供熱系統包括通過中間換熱器（6）互相連線的一次熱網管路和二次熱網管路，其特徵在於： 在一次熱網管路上分別安裝流量測量裝置（4）和控制閥（7），並在一次熱網管路的供、回水管路上分別安裝一次熱網供水溫度感測器（9）和一次熱網回水溫度感測器（3），控制器（1）根據一次熱網管路進出水溫度和流量計算換熱量，用於建築物熱量計量，並作為建築物供熱收費的依據；以及，並在二次熱網管路的供、回水管路上安裝至少一個二次熱網溫度感測器，通過控制器（1）設定初始目標溫度值，並根據室外環境溫度、建築物負荷特性、室內溫度以及節能控制策略對初始目標溫度值進行實時修正得到實時目標溫度值；將二次熱網溫度感測器採集到的溫度值與所述的實時目標溫度值進行比較，通過控制閥（7）調節一次熱網管路熱源流量，使一次熱網供水溫度感測器（9）和一次熱網回水溫度感測器（3）採集到的溫度值和實時目標溫度值之間的偏差在允許範圍內；

所述的實時修正方法是：

Tw＝TwS+ΔTwT+ΔTwF式中，Tw-熱水控制目標，為供水溫度或者回水溫度；TwS-熱水控制目標初始設定值，系統調試過程中進行設定；

ΔTwT是根據室外環境溫度、室內溫度的修正量，該修正量隨室外環境溫度以及室內溫度實際值與室內溫度目標值之間的溫差，依據數學函式關係變化；所述的數學函式關係如下：

ΔTwT＝A×Ta+B×（TnA-TnS）+C修正量ΔTwT的數值依據環境溫度Ta，室內溫度實際值TnA和室內溫度目標值TnS確定；式中，A、B、C為修正函式係數，為某一常量，A的取值範圍為：-5～5，B的取值範圍為：-5～5，C的取值範圍為：-10～10℃；

ΔTwF為根據建築物負荷特性的修正量，該修正量隨建築物負荷特性變化；建築物某一時段對室內溫度需求低於常規值時，該修正量為負，高於常規值時，修正量為正；

ΔTwF根據不同建築物具體負荷特性，在不同的功能時段制定具體的修正值，該修正值為某一常量，範圍為：-80～20℃。

改善效果

《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》的積極效果在於：

1、既有建築進行熱計量改造時，採用該裝置和能夠進行熱量計量的同時，實現熱量的調節和控制，從而實現根據建築供熱負荷對供熱量的調節，降低供暖能耗和費用；同時可通過對一級熱網水泵、鍋爐設備的變頻控制，大幅低一級熱網運行費用。

2、用戶通過對供熱參數的設定，由控制器自動控制供熱量，使供熱量隨建築需求進行逐時調節。減少供暖系統對人的依賴，降低供暖系統操作難度，降低運營和管理費用。

3、實現供熱量隨建築需求進行逐時調節，提高建築室內舒適度。

4、分戶計量改造中，直接採用該裝置，同時實現供熱量計量和供熱量節能控制，能夠減少系統改造投資。

附圖說明

圖1為《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》原理圖，也是所述的熱量計量和控制裝置的結構示意圖。

權利要求

《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》所述的供熱系統包括通過中間換熱器（6）互相連線的一次熱網管路和二次熱網管路，其特徵在於：

在一次熱網管路上分別安裝流量測量裝置（4）和控制閥（7），並在一次熱網管路的供、回水管路上分別安裝一次熱網供水溫度感測器（9）和一次熱網回水溫度感測器（3），控制器（1）根據一次熱網管路進出水溫度和流量計算換熱量，用於建築物熱量計量，並作為建築物供熱收費的依據；以及，並在二次熱網管路的供、回水管路上安裝至少一個二次熱網溫度感測器，通過控制器（1）設定初始目標溫度值，並根據室外環境溫度、建築物負荷特性、室內溫度以及節能控制策略對初始目標溫度值進行實時修正得到實時目標溫度值；將二次熱網溫度感測器採集到的溫度值與所述的實時目標溫度值進行比較，通過控制閥（7）調節一次熱網管路熱源流量，使一次熱網供水溫度感測器（9）和一次熱網回水溫度感測器（3）採集到的溫度值和實時目標溫度值之間的偏差在允許範圍內；

所述的實時修正方法是：Tw＝TwS+ΔTwT+ΔTwF式中，Tw-熱水控制目標，為供水溫度或者回水溫度；TwS-熱水控制目標初始設定值，系統調試過程中進行設定；ΔTwT是根據室外環境溫度、室內溫度的修正量，該修正量隨室外環境溫度以及室內溫度實際值與室內溫度目標值之間的溫差，依據數學函式關係變化；

所述的數學函式關係如下：

ΔTwT＝A×Ta+B×（TnA-TnS）+C修正量ΔTwT的數值依據環境溫度Ta，室內溫度實際值TnA和室內溫度目標值TnS確定；式中，A、B、C為修正函式係數，為某一常量，A的取值範圍為：-5～5，B的取值範圍為：-5～5，C的取值範圍為：-10～10℃；

ΔTwF為根據建築物負荷特性的修正量，該修正量隨建築物負荷特性變化；建築物某一時段對室內溫度需求低於常規值時，該修正量為負，高於常規值時，修正量為正；ΔTwF根據不同建築物具體負荷特性，在不同的功能時段制定具體的修正值，該修正值為某一常量，範圍為：-80～20℃。

實施方式

下面結合附圖和實施例對《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》的技術方案進行進一步說明：

如圖1所示，所述的熱量計量和控制裝置包括一次熱網管路和二次熱網管路，還包括控制器1。在一次熱網管路上串接有一次熱網供水溫度感測器9、控制閥7、中間換熱器6、流量測量裝置4和一次熱網回水溫度感測器3。二次熱網管路與所述的中間換熱器6連線。二次熱網管路上設定有二次熱網溫度感測器，所述的二次熱網溫度感測器可以為二次熱網供水溫度感測器5和二次熱網回水溫度感測器8兩個感測器，也可以只設定其中之一。

所述的一次熱網供水溫度感測器9、控制閥7、流量測量裝置4、一次熱網回水溫度感測器3以及二次熱網溫度感測器分別與控制器1連線。控制器1還連線有環境溫度感測器2。還包括通過有線或無線信號與控制器1連線的室內溫度感測器10。

所述的供熱系統包括通過中間換熱器6互相連線的一次熱網管路和二次熱網管路，在一次熱網管路上分別安裝流量測量裝置4和控制閥7，並在一次熱網管路的供回水管路上分別安裝一次熱網供水溫度感測器9和一次熱網回水溫度感測器3，控制器1根據熱網管路進出水溫度和流量計算換熱量，用於建築熱量計量，並作為建築物供熱收費的依據。通過控制器1設定初始目標溫度值，並根據室外環境溫度、建築負荷特性、室內溫度以及節能控制策略對初始目標溫度值進行實時修正得到實時目標溫度值，並在二次熱網管路的供、回水管路上安裝至少一個二次熱網溫度感測器；將二次熱網溫度感測器採集到的溫度值與所述的實時目標溫度值進行比較，通過控制閥7調節一次熱網管路熱源流量，使一次熱網溫度感測器採集到的溫度值和實時目標溫度值之間的偏差在允許範圍內；

所述的實時修正方法是：Tw＝TwS+ΔTwT+ΔTwF式中，Tw-熱水控制目標，可以為供水溫度，也可以為回水溫度；TwS-熱水控制目標初始設定值，系統調試過程中進行設定；ΔTwT是根據室外環境溫度、室內溫度的修正量，該修正量隨室外環境溫度以及室內溫度與室內溫度目標值之間的溫差，依據數學函式關係變化；所述的數學函式關係如下：

ΔTwT＝A×Ta+B×（TnA-TnS）+C修正量ΔTwT的數值依據環境溫度Ta，室內溫度實際值TnA和室內溫度目標值TnS確定；式中，A，B，C為修正函式係數，為某一常量，A的取值範圍為：-5～5，B的取值範圍為：-5～5，C的取值範圍為：-10～10℃；

ΔTwF為根據建築負荷特性的修正量，該修正量隨建築物負荷特性變化；建築某一時段對室內溫度需求低於常規值時，該修正值為負，高於常規數值時，該數值為正；ΔTwF根據不同建築具體負荷特性，在不同的功能時段制定具體的修正數值，該修正數值為某一常量，範圍為：-80～20℃。

例如：以某政府辦公大樓為例，選擇二次熱網的供水溫度作為熱水控制目標Tw，其初始設定值TwS＝50℃；室內溫度設定值為18℃，修正量ΔTwT的函式係數，取A＝1，B＝-1，C＝0；根據建築負荷特性，非休息時段ΔTwF＝0℃；中午12點～14點為中午休息時段，設定ΔTwF＝-10℃。則，該建築正常運行狀況下，隨環境溫度和室內溫度的變化熱水控制目標Tw數值如下：

非休息時段：環境溫度Ta＝0℃，室內溫度TnA＝20℃時，Tw＝48℃。

非休息時段：環境溫度Ta＝5℃，室內溫度TnA＝20℃時，Tw＝43℃。

非休息時段：環境溫度Ta＝5℃，室內溫度TnA＝16℃時，Tw＝47℃。

中午休息時段：環境溫度Ta＝0℃，室內溫度TnA＝20℃時，Tw＝38℃。

中午休息時段：環境溫度Ta＝5℃，室內溫度TnA＝20℃時，Tw＝33℃。

中午休息時段：環境溫度Ta＝5℃，室內溫度TnA＝16℃時，Tw＝37℃。

可見，採用以上控制策略後，由於熱水控制目標溫度Tw的大幅降低，供熱量將有明顯降低，從而可有效節約採暖費用，實現節能之目的。

榮譽表彰

2017年12月，《供熱系統熱量計量和熱量節能控制方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。