CN102878611B - 供热管网精细调节系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种供热管网精细调节系统及方法，包括一级管网、多个二级管网和多个三级住户管网以及监控服务器，所述一级管网和多个二级管网之间通过多个一级热交换器分别相互热交换连接，二级管网和多个三级住户管网之间通过多个二级热交换器分别相互热交换连接，监控服务器分别连接一级管网、多个二级管网和多个三级住户管网；与传统供热系统相对比，本发明解决了供热系统的热惰性、气温聚升或聚降对供热系统安全稳定运行的冲击和气候补偿实测温度传输的掉线问题；二级网系统与三级分户供热系统之间加装水-水换热器，避免了由于热用户供热设备的失水造成的事故，分户供热系统采用小型变频循环泵，热用户可以根据自己的用热需求自主调控，真正实现分户计量。
Description
技术领域
本发明属于城市供热管网领域，特别涉及一种供热管网精细调节系统及方法，该系统使二级网系统与热用户家中的供热系统相分离，解决了二级网系统严重的失水问题；该系统不但二级网系统流量稳定，有利于水力平衡的调节和换热站设备的安全运行，而且热用户可以根据自己的用热需求，自主调控，真正实现了分户计量。
背景技术
随着城市规模的不断发展，城市集中供热面积不断增大。“十二五”期间，东北、华北、西北地区大城市居民采暖除有条件采用可再生能源外基本实行集中供热，中小城市因地制宜发展背压式热电或集中供热改造，提高热电联产在集中供热中的比重。热网自动化监控是供暖行业发展的必然趋势，而对温度的正确预测是实现自动化控制的关键。当前，供暖系统采用气候补偿技术，数据源是气象站时实温度，该方式存在以下缺点：
1.集中供热的循环系统具有滞后性（热惰性），导致供热曲线滞后于建筑热量需求曲线，这样就降低了房屋环境的舒适性，同时浪费大量的热量；
2.天气瞬时温度聚降或者聚升会导致供热系统瘫痪，影响热网的稳定运行，存在安全隐患；
3.天气温度信号传输存在掉线现象，导致供暖曲线与实际建筑曲线不符，影响了居民的供暖舒适性，导致部分居民报修、上访。
“十二五”期间，北京市将推行5亿平米供暖面积的热计量改造。依据当前的集中供热系统，热计量安装使用后，因行为节能会造成二网流量的变化，进而导致二网系统水力失衡，这样会导致大量能量的浪费和热用户建筑环境舒适度的降低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种供热管网精细调节系统及方法的技术方案，该方案使二级网系统与热用户家中的供热系统相分离，解决了二级网系统严重的失水问题；该系统不但二级网系统流量稳定，有利于水力平衡的调节和换热站设备的安全运行，而且热用户可以根据自己的用热需求，自主调控，真正实现了分户计量。
本发明的技术方案是：
一种供热管网精细调节系统，包括一级管网、多个二级管网和多个三级住户管网以及监控服务器，所述一级管网和多个二级管网之间通过多个一级水-水热交换器分别相互热交换连接，二级管网和多个三级住户管网之间通过多个二级水-水热交换器分别相互热交换连接，监控服务器分别连接一级管网、多个二级管网和多个三级住户管网；其中，
所述一级管网包括锅炉、一级循环泵、一级补水泵、一级补水箱、多个加压泵；所述一级循环泵和并联的所述多个一级水-水换热器的一次管串接在锅炉循环水管路中，其中，一级循环泵的出水口连接锅炉循环水管进水管，一级循环泵的进水口连接一级水-水换热器一次管的出水口，多个加压泵分别串接在锅炉出水管到多个一级水-水换热器一次管的进水口之间，所述一级补水箱通过一级补水泵连接在一级循环泵的进水口，所述一级循环泵进水口与锅炉出水口之间跨接一条平衡管；
所述多个二级管网分别包括二级循环泵、二级补水泵和二级补水箱；所述二级循环泵和一级水-水换热器二次管串接在二级管网的循环水管路中，二级补水箱通过二级补水泵与二级循环泵的进水口连接，二级补水泵的出水口连接至一级水-水换热器二次管的进水口，多个二级水-水热交换器的一次管相互并联串接在二级管网的循环水管路中，其中，二级水-水热交换器一次管的进水口连接一级水-水换热器二次管的出水口，二级水-水热交换器一次管的出水口连接二级循环泵的进水口；
所述多个三级住户管网分别包括住户换热器和三级循环泵，所述住户换热器和三级循环泵相互串接通过管路与二级水-水热交换器的二次管路连接，在所述一级水-水换热器一次管的进水口和一级水-水换热器二次管的出水口分别设置有温度传感器，温度传感器信号传递至监控服务器。
方案进一步是，所述的一级循环泵、三级循环泵分别是调频控制循环泵，所述二级循环泵是工频循环泵，所述二级管网的入户端设置有热计量装置，热计量装置中设置有无线接收器，所述三级住户管网设置有温度控制器，温度控制器中设置有无线发射器，温度控制器的调频信号与三级调频控制循环泵连接，调频信号通过无线发射器与热计量装置连接，热计量装置将数据信号通过网络传递至监控服务器。
方案进一步是，所述平衡管上设置有阀门。
一种供热管网精细调节方法：所述方法是基于上述的一种供热管网精细调节系统实现的调节方法，包括建立一个预测的气温变化趋势模型步骤和根据气温变化趋势模型控制一级管网运行稳定的步骤；
所述建立一个预测的气温变化趋势模型步骤是：获取下一天的天气数据，根据公式 模拟一天的温度变化趋势，其中，Ts是不同时间点的瞬时温度，Tg是一天中最高温度，Td是一天中最低温度，α是不同天气、不同时间点的系数；
所述根据气温变化趋势模型控制一级管网运行稳定的步骤是：依据预测的气温变化趋势模型设置不同时间点的一级水-水换热器的一次管的进口温度，根据进口温度稳定锅炉运行。
方案进一步是，所述不同天气是指阴天、晴天和下雪天，所述不同时间点是指0至23点整点。
方案进一步是，所述α的范围值是0至0.5。
本发明的有益效果是，与传统供热系统相对比，本发明一级网系统根据气温模型预测的温度变化趋势，通过循环热水的量调节和质调节，实现供热曲线和建筑热量需求曲线的一致性，解决了供热系统的热惰性问题、气温聚升或聚降对供热系统安全稳定运行的冲击和气候补偿实测温度传输的掉线问题；二级网系统与三级分户供热系统之间加装水-水换热器，并且采用定流量、质调节，优点是二次网系统运行稳定避免了由于热用户供热设备的失水造成的事故，高层建筑可以不再分区供热，同时，加装热计量导致二次网流量变化的问题得到了解决；分户供热系统采用小型变频循环泵，热用户可以根据自己的用热需求自主调控，真正实现分户计量。
下面结合附图和实施例对发明作一详细描述。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明某一天的天气变化曲线示意图。
具体实施方式
实施例1；
一种供热管网精细调节系统实施例，参见图1，所述系统包括一级管网1、多个二级管网2和多个三级住户管网3以及监控服务器（图中未示出），所述一级管网和多个二级管网之间通过多个一级水-水热交换器4分别相互热交换连接，二级管网和多个三级住户管网之间通过多个二级水-水热交换器5分别相互热交换连接，监控服务器分别连接一级管网、多个二级管网和多个三级住户管网；其中，
所述一级管网包括锅炉1-1、一级循环泵1-2、一级补水泵1-3、一级补水箱1-4、多个加压泵1-5；所述一级循环泵和并联的所述多个一级水-水换热器的一次管4-1串接在锅炉循环水管路中，其中，一级循环泵的出水口连接锅炉循环水管进水管，一级循环泵的进水口连接一级水-水换热器一次管的出水口，多个加压泵分别串接在锅炉出水管到多个一级水-水换热器一次管的进水口之间，所述一级补水箱通过一级补水泵连接在一级循环泵的进水口，所述一级循环泵进水口与锅炉出水口之间跨接一条稳定锅炉热水流量的平衡管1-6；
所述多个二级管网分别包括二级循环泵2-1、二级补水泵2-2和二级补水箱2-3；所述二级循环泵和一级水-水换热器二次管4-2串接在二级管网的循环水管路中，二级补水箱通过二级补水泵与二级循环泵的进水口连接，二级补水泵的出水口连接至一级水-水换热器二次管的进水口，多个二级水-水热交换器的一次管5-1相互并联串接在二级管网的循环水管路中，其中，二级水-水热交换器一次管的进水口连接一级水-水换热器二次管的出水口，二级水-水热交换器一次管的出水口连接二级循环泵的进水口；
所述多个三级住户管网分别包括住户换热器3-1和三级循环泵3-2，所述住户换热器和三级循环泵相互串接通过管路与二级水-水热交换器的二次管路5-2连接，在所述一级水-水换热器一次管的进水口和一级水-水换热器二次管的出水口分别设置有温度传感器1-7和2-4，温度传感器信号传递至监控服务器。
上述实施例中，一级管网设置在锅炉房中，其水循环系统通过一级水-水热交换器与二级管网分格开，避免了由于二次管网水路出现问题对一级管网造成的影响，保证了锅炉运行的稳定性。
实施例中，二级管网不是传统意义上直接进户的循环系统，而是划分为若干供热区块的其中一个供热区，该二级管网的水循环系统也是一个独立的系统，而三级住户管网是通过多个二级水-水热交换器连接在二级管网中，三级住户管网和二级管网是相互独立的管网，解决了过去住户管网承受供暖管网高压易出问题，一旦出现问题如不及时修影响整个供热。
实施例中，为了实现对所述的一级循环泵、三级循环泵的数字化控制，所述的一级循环泵、三级循环泵分别是调频控制循环泵，所述二级循环泵是市电的工频循环泵，因此二级循环是定流量循环。
实施例中，为了合理的计量用户的用热，所述二级管网的入户端设置有热计量装置2-5，热计量装置中设置有无线接收器，所述三级住户管网设置有温度控制器3-3，温度控制器能够采集室内温度，可以根据住户对室内温度的要求调节三级循环泵的运行频率，三级循环泵频率或电流作为热量分摊的依据，温度控制器中设置有无线发射器，温度控制器的调频信号与三级调频控制循环泵连接，调频信号通过无线发射器与热计量装置连接，热计量装置将数据信号通过网络传递至监控服务器。此种结构可以将单元总热量根据每户的流量分摊保证了用户用热计算的合理性。
实施例中，由于加压泵会根据用户温度的需要不断的调整，一级水-水热交换器一次管的循环水量会不断地变化，因此，为了保证锅炉运行平稳，所述一级循环泵进水口与锅炉出水口之间跨接一条平衡管，并且在所述平衡管上设置有阀门1-8。
实施例2；
一种供热管网精细调节方法实施例：所述方法是基于实施例1的一种供热管网精细调节系统实现的调节方法，包括一级管网1、多个二级管网2和多个三级住户管网3以及监控服务器（图中未示出），所述一级管网和多个二级管网之间通过多个一级水-水热交换器4分别相互热交换连接，二级管网和多个三级住户管网之间通过多个二级水-水热交换器5分别相互热交换连接，监控服务器分别连接一级管网、多个二级管网和多个三级住户管网；其中，
所述一级管网包括锅炉1-1、一级循环泵1-2、一级补水泵1-3、一级补水箱1-4、多个加压泵1-5；所述一级循环泵和并联的所述多个一级水-水换热器的一次管4-1串接在锅炉循环水管路中，其中，一级循环泵的出水口连接锅炉循环水管进水管，一级循环泵的进水口连接一级水-水换热器一次管的出水口，多个加压泵分别串接在锅炉出水管到多个一级水-水换热器一次管的进水口之间，所述一级补水箱通过一级补水泵连接在一级循环泵的进水口，所述一级循环泵进水口与锅炉出水口之间跨接一条稳定锅炉热水流量的平衡管1-6；
所述多个二级管网分别包括二级循环泵2-1、二级补水泵2-2和二级补水箱2-3；所述二级循环泵和一级水-水换热器二次管4-2串接在二级管网的循环水管路中，二级补水箱通过二级补水泵与二级循环泵的进水口连接，二级补水泵的出水口连接至一级水-水换热器二次管的进水口，多个二级水-水热交换器的一次管5-1相互并联串接在二级管网的循环水管路中，其中，二级水-水热交换器一次管的进水口连接一级水-水换热器二次管的出水口，二级水-水热交换器一次管的出水口连接二级循环泵的进水口；
所述多个三级住户管网分别包括住户换热器3-1和三级循环泵3-2，所述住户换热器和三级循环泵相互串接通过管路与二级水-水热交换器的二次管路5-2连接，在所述一级水-水换热器一次管的进水口和一级水-水换热器二次管的出水口分别设置有温度传感器1-7和2-4，温度传感器信号传递至监控服务器；所述调节方法包括建立一个预测的气温变化趋势模型步骤和根据气温变化趋势模型控制一级管网运行稳定的步骤；
所述建立一个预测的气温变化趋势模型步骤是：获取下一天的天气数据，根据公式模拟一天的温度变化趋势，其中，Ts是一天中不同时间点的瞬时温度，Tg是一天中最高温度，Td是一天中最低温度，α是不同天气、不同时间点的系数；
所述根据气温变化趋势模型控制一级管网运行稳定的步骤是：依据预测的气温变化趋势模型设置下一天不同时间点的一级水-水换热器的一次管的进口温度，根据进口温度稳定锅炉运行。
实施例中，所述不同天气是指阴天、晴天和下雪天，所述不同时间点是指0至23点整点。
实施例中，所述α的范围值是0至0.5。
图2示意了2012年2月5日通过上述公式计算出各整点的温度a拟合出的温度与时间的关系曲线，将数学模型嵌入到热网自动化控制系统的监控服务器中，实现了供暖系统的稳定节能运行。
实施例中，获取下一天的天气数据，是通过天气预报获得的第二天的天气数据，采用此种方式的控制，避开了传统的控制网络从控制中心实时获取温度然后进行调节的异步控制方法，异步控制方法带来的温度控制的迟后，同时如果出现温度传输异常造成系统控制瘫痪。而采用本实施例方法可以稳定一级网络的运行，实践证明可靠、效率高。
Claims (6)
1.供热管网精细调节系统，包括一级管网，其特征在于，所述系统还包括多个二级管网和多个三级住户管网以及监控服务器，所述一级管网和多个二级管网之间通过多个一级水-水热交换器分别相互热交换连接，二级管网和多个三级住户管网之间通过多个二级水-水热交换器分别相互热交换连接，监控服务器分别连接一级管网、多个二级管网和多个三级住户管网；其中，
所述一级管网包括锅炉、一级循环泵、一级补水泵、一级补水箱、多个加压泵；所述一级循环泵和并联的所述多个一级水-水换热器的一次管串接在锅炉循环水管路中，其中，一级循环泵的出水口连接锅炉循环水管进水管，一级循环泵的进水口连接一级水-水换热器一次管的出水口，多个加压泵分别串接在锅炉出水管到多个一级水-水换热器一次管的进水口之间，所述一级补水箱通过一级补水泵连接在一级循环泵的进水口，所述一级循环泵进水口与锅炉出水口之间跨接一条平衡管；
所述多个二级管网分别包括二级循环泵、二级补水泵和二级补水箱；所述二级循环泵和一级水-水换热器二次管串接在二级管网的循环水管路中，二级补水箱通过二级补水泵与二级循环泵的进水口连接，二级补水泵的出水口连接至一级水-水换热器二次管的进水口，多个二级水-水热交换器的一次管相互并联串接在二级管网的循环水管路中，其中，二级水-水热交换器一次管的进水口连接一级水-水换热器二次管的出水口，二级水-水热交换器一次管的出水口连接二级循环泵的进水口；
所述多个三级住户管网分别包括住户换热器和三级循环泵，所述住户换热器和三级循环泵相互串接通过管路与二级水-水热交换器的二次管路连接，在所述一级水-水换热器一次管的进水口和一级水-水换热器二次管的出水口分别设置有温度传感器，温度传感器信号传递至监控服务器。
2.根据权利要求1所述的供热管网精细调节系统，其特征在于，所述的一级循环泵、三级循环泵分别是调频控制循环泵，所述二级循环泵是工频循环泵，所述二级管网的入户端设置有热计量装置，热计量装置中设置有无线接收器，所述三级住户管网设置有温度控制器，温度控制器中设置有无线发射器，温度控制器的调频信号与三级调频控制循环泵连接，调频信号通过无线发射器与热计量装置连接，热计量装置将数据信号通过网络传递至监控服务器。
3.根据权利要求1所述的供热管网精细调节系统，其特征在于，所述平衡管上设置有阀门。
4.供热管网精细调节方法：所述方法是基于权利要求1所述的供热管网精细调节系统实现的调节方法，其特征在于，所述方法包括建立一个预测的气温变化趋势模型步骤和根据气温变化趋势模型控制一级管网运行稳定的步骤；
所述建立一个预测的气温变化趋势模型步骤是：获取下一天的天气数据，根据公式 模拟一天的温度变化趋势，其中，Ts是不同时间点的瞬时温度，Tg是一天中最高温度，Td是一天中最低温度，α是不同天气、不同时间点的系数；
所述根据气温变化趋势模型控制一级管网运行稳定的步骤是：依据预测的气温变化趋势模型设置不同时间点的一级水-水换热器的一次管的进口温度，根据进口温度稳定锅炉运行。
5.根据权利要求4所述的供热管网精细调节方法，其特征在于，所述不同天气是指阴天、晴天和下雪天，所述不同时间点是指0至23点整点。
6.根据权利要求4所述的供热管网精细调节方法，其特征在于，所述α的范围值是0至0.5。
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