基于節點質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】本發明涉及集中供熱計量收費領域，為針對分戶熱計量供暖系統的主要形式——按戶分環的室內供暖系統，開發計量準確且成本較低的新型供熱計量方法和裝置，推動供熱計量技術在不同經濟水平地區的發展。為此，本發明采取的技術方案是，基于節點質量和能量平衡理論的分戶熱計量方法和裝置，結構為：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；樓棟數據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；區域數據采集系統。本發明主要應用于集中供熱計量場合。
【專利說明】基于節點質量和能量平衡理論的分戶熱計量方法和裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及集中供熱計量收費領域，尤其涉及一種基于節點質量和能量平衡理論 的分戶熱計量方法和裝置。 技術背景
[0002] 作為建筑節能的主要措施之一，近幾年供熱計量技術發展很快。按戶分環的室內 供暖系統是分戶熱計量供暖系統的主要形式之一，《供熱計量技術規程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與熱力 入口流量之比相對不變的原理，結合現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通水時間為依據，分攤建筑的總供熱 量。
[0003] 除了規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"能夠根據某一單位時間內各個用戶在 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，進而對通斷閥門在各個 分攤周期內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系統，僅能夠實現分 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。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有技術的不足，針對分戶熱計量供暖系統的主要形式--按戶分環的 室內供暖系統，開發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 在不同經濟水平地區的發展。為此，本發明采取的技術方案是，基于節點質量和能量平衡 理論的分戶熱計量裝置，結構為：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；樓棟數據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據進行 計算，得出各用戶的瞬時流量、瞬時熱量和累計熱量，并能夠向區域數據采集系統實時傳輸 數據；區域數據采集系統用于實時采集并存儲樓棟數據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據。
[0006] 基于節點質量和能量平衡理論的分戶熱計量方法：利用節點質量平衡和能量平衡 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)，進而根據實時監測的用戶供回水溫度計算出用戶的實時熱量，實現分戶 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)，根據節點質量和能量平衡原理，利用公式（1)和（2)聯立，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，根據上述計算方法，利 用公式（3)和⑷聯立，計算出任意用戶瞬時流量G Y(i):
【權利要求】
1. 一種基于節點質量和能量平衡理論的分戶熱計量裝置，其特征是，結構為：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；樓棟數據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據進行計算，得出各用戶的瞬時流量、瞬時熱量和 累計熱量，并能夠向區域數據采集系統實時傳輸數據；區域數據采集系統用于實時采集并 存儲樓棟數據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 和回水溫度數據。
2. -種基于節點質量和能量平衡理論的分戶熱計量方法，其特征是，基于節點質量和 能量平衡理論的分戶熱計量方法：利用節點質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 實時監測的用戶供回水溫度計算出用戶的實時熱量，實現分戶熱計量。
3. 如權利要求2所述的基于節點質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)，根據節點質量和能量平衡原理，利用公式（1)和（2)聯立，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，根據上述計算方法，利 用公式（3)和⑷聯立，計算出任意用戶瞬時流量GY(i):
式中，c為水的質量比熱；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； 根據計算的第i層用戶瞬時流量GY(i)，以及監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)，可以計算出相應用戶的瞬時熱量QY(i)，根據公式（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 優先權日:2014年7月31日
【發明者】凌繼紅, 邢金城 申請人:天津大學
專業數控銑床產品供應商
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