本申請涉及供熱系統(tǒng)，具體地涉及適于安裝在單管、雙管供暖系統(tǒng)中的供熱裝置系統(tǒng)。本申請還涉及采用該供熱裝置系統(tǒng)的供熱方法。
背景技術(shù)：
我國是能源短缺國家，但每年的能源消耗卻十分驚人，尤其是北方冬天采暖用能十分巨大，因此節(jié)約能源十分必要。我國傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)模式弊端愈加突顯，比如用戶無法調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、僅能夠按面積收費等。而這些弊端又導(dǎo)致用戶無節(jié)能意識，熱能浪費嚴重。
隨著我國對建筑節(jié)能要求的不斷提高和供熱收費體制的改革，供熱按戶分別計量和按用熱量收費，進而取代按采暖面積均攤供熱費已成為供熱系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。因此，新型供熱系統(tǒng)及方法具有重要的現(xiàn)實意義。
我國對建筑節(jié)能要求不斷提高并且對供熱收費體制不斷完善，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在2009年頒布的《供熱計量技術(shù)規(guī)程》(JCJ173-2009)，其中明確了包括直接計量和間接計量各種熱計量方法。最常規(guī)的熱量表有機械式熱量表、超聲波式熱量表等類型。機械式熱量表的初期投資低，但流量測量精度不高，表阻力較大、容易阻塞、易損件較多并且對水質(zhì)有一定要求。超聲波式熱量表的流量測量精度高、壓損小、不易堵塞，但初期投資較高。一套完整的節(jié)能熱計量系統(tǒng)通常包括熱量表和散熱器溫控閥兩部分組成，散熱器溫控閥高阻力的結(jié)構(gòu)對于供熱改造后的系統(tǒng)幾乎無法實現(xiàn)正常運行；而對于供熱費用結(jié)算而言，無論是采用戶用熱量表直接計量結(jié)算還是依據(jù)戶用熱表值二次分攤總熱量結(jié)算，各用戶的戶表投資很高，戶表故障率也很高(如水質(zhì)不好易堵塞、儀表運動部件難以滿足供熱系統(tǒng)的高水溫以及工作時間長的使用環(huán)境等)，從而無法提供準確合理的收費依據(jù)。
目前本領(lǐng)域存在許多未解決的問題，包括：1、目前垂直單管順流式供暖系統(tǒng)沒有很好的節(jié)能閥門技術(shù)能夠與之相適應(yīng)，傳統(tǒng)的散熱器恒溫閥易堵塞，而且投資規(guī)模巨大；2、目前基于“通斷時間面積法”的熱計量(分攤)裝置，只能用在供熱的雙管系統(tǒng)上，而不能應(yīng)用在垂直單管順流式供暖系統(tǒng)；3、目前戶內(nèi)系統(tǒng)仍采用的是連續(xù)供熱工況條件下的設(shè)計結(jié)果，而在通斷調(diào)節(jié)模式的供熱工況下，必會出現(xiàn)系統(tǒng)水力失調(diào)的情況。
另外，目前的“通斷時間面積法”熱計量方法還存在以下問題：1、當用戶私自更換散熱器時，如僅用該用戶建筑面積和用熱時間去分攤整棟樓總熱量，則會出現(xiàn)該住戶實際用熱量大，而分攤熱量少、繳費少的不公平現(xiàn)象；2、供熱系統(tǒng)因增加計量與節(jié)能裝置，把原有定流量系統(tǒng)改變成變流量系統(tǒng)而造成的管網(wǎng)失衡問題；3、因目前集中供熱系統(tǒng)中普遍存在著“大流量、小溫差”的不經(jīng)濟運行狀況，一般設(shè)計流量時往往偏大于實際運行所需的流量，而造成采暖系統(tǒng)前端用戶的室溫偏高而末端用戶的室溫達不到要求，從而導(dǎo)致熱分攤不準確且難以控制；4、因“通斷時間面積法”特殊的無線通訊功能，使其工作條件只能用在樓內(nèi)雙管系統(tǒng)上安裝，而不能用在樓內(nèi)單管系統(tǒng)上，這樣在實踐應(yīng)用的廣泛性上受到限制；5、傳統(tǒng)散熱器三通恒溫閥阻力過大，易造成管路堵塞、室溫降低。
概述
本申請的目的在于提供適用于單管和雙管垂直串聯(lián)連接的供暖系統(tǒng)上的供熱裝置系統(tǒng)以及采用該供熱裝置系統(tǒng)的供熱方法，該系統(tǒng)和方法能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)不同用戶的溫度需求進行供熱和計費，進而實現(xiàn)節(jié)能的效果。
根據(jù)本申請的第一個方面，提供供熱系統(tǒng)，其包括：至少一個溫度控制模塊、至少一個數(shù)據(jù)采集模塊、至少一個通斷控制閥、至少一個通訊模塊和遠程控制模塊；所述溫度控制模塊設(shè)置于用戶室內(nèi)并測定室內(nèi)溫度；所述數(shù)據(jù)采集模塊接收來自所述溫度控制模塊的溫度信息，并將溫度信息傳遞至所述通訊模塊；所述通斷控制閥安裝于用戶 室外的供熱管道上并根據(jù)來自所述溫度控制模塊的信息控制供熱管道中熱流的通斷和流量；所述遠程控制模塊對接收自所述通訊模塊的信息進行處理并發(fā)送控制指令。
在本申請的一個實施方式中，供水管與回水管分別與用戶室內(nèi)的散熱器連接，數(shù)據(jù)采集模塊和通斷控制閥設(shè)置在供水管或回水管上。
在本申請的一個實施方式中，供熱系統(tǒng)還包括與通斷控制閥連接的總線分配器，以及通過總線通道與總線分配器連接的采集計算器。
根據(jù)本申請的一個實施方式，所述溫度控制模塊包括溫度控制電路、溫度控制器、時鐘電路、通斷控制閥電路和通訊電路，所述溫度控制器、時鐘電路、通斷控制閥電路和通訊電路均與所述溫度控制電路連接，所述通訊電路與所述采集模塊連接，所述通斷控制閥電路與所述通斷控制閥的閥體連接；任選地，所述溫度控制模塊將一天的24小時分為2個以上的時間段，并針對各個時間段設(shè)定溫度；任選地，所述通斷控制閥為二通或三通的電動或電熱控制閥。
根據(jù)本申請的一個實施方式，所述通斷控制閥包括閥體和通斷執(zhí)行器，所述通斷執(zhí)行器控制所述閥體通斷。
根據(jù)本申請的一個實施方式，所述通斷控制閥還包括至少一個IC卡計費模塊，所述IC卡計費模塊與所述溫度控制模塊連接，進而與所述數(shù)據(jù)采集模塊和遠程控制模塊連接。
根據(jù)本申請的一個實施方式，所述IC卡計費模塊包括IC卡識別模塊和計費模塊，所述IC卡識別模塊記錄來自用戶的用熱信息，所述計費模塊能夠根據(jù)所述用熱信息生成費用信息并將所述費用信息發(fā)送至所述遠程控制模塊，并且將來自所述遠程控制模塊的指令傳送至所述通斷執(zhí)行器進而控制所述閥體通斷。
根據(jù)本申請的一個實施方式，所述通斷控制閥還包括報警模塊，當所述通斷控制閥收到破壞性外力時將向所述遠程控制模塊發(fā)送報警信號。
根據(jù)本申請的一個實施方式，所述供熱系統(tǒng)還包括為所述供熱系統(tǒng)的各模塊供電的電源，優(yōu)選地，所述電源與所述通訊電路連接。
根據(jù)本申請的一個實施方式，所述供熱系統(tǒng)還包括記錄樓棟的總 熱量的熱量表，所述熱量表與所述通訊模塊連接。
根據(jù)本申請的第二個方面，其提供供熱方法，其包括以下步驟：
在用戶室內(nèi)設(shè)置溫度控制模塊來測定室內(nèi)溫度并在供水管上設(shè)置控制用戶熱流的通斷和流量的通斷控制閥；通過數(shù)據(jù)采集模塊接受用戶室內(nèi)的溫度，并通過通訊模塊將所述溫度信息傳發(fā)送至遠程控制模塊；所述遠程控制模塊對所述溫度信息進行處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果向所述通斷控制閥發(fā)送指令，進而控制用戶熱流的通斷和流量。
根據(jù)本申請的一個實施方式，將一天的24小時分為2個以上的時間段，并針對各個時間段設(shè)定溫度。
根據(jù)本申請的一個實施方式，所述通斷控制閥還包括至少一個IC卡計費模塊，所述IC卡計費模塊與所述溫度控制模塊連接，進而與所述數(shù)據(jù)采集模塊和遠程控制模塊連接，所述IC卡計費模塊包括IC卡識別模塊和計費模塊，通過所述IC卡識別模塊輸入用戶的用熱信息，采用所述計費模塊根據(jù)所述用熱信息生成費用信息并將所述費用信息發(fā)送至所述遠程控制模塊，通過所述遠程控制模塊向所述通斷執(zhí)行器傳送指令進而控制所述閥體通斷。
根據(jù)本申請的一個實施方式，通過電源向上述各模塊供電。
詳述
本申請的供熱系統(tǒng)和方法可應(yīng)用于集中供熱系統(tǒng)的垂直單/雙管順流式供暖系統(tǒng)，其應(yīng)用“通斷時間面積法”進行熱分攤從而時間節(jié)能的目的。
本申請的系統(tǒng)在集中供熱系統(tǒng)中安裝基于通/斷式供熱控制模式(Q式系統(tǒng))的室溫控制裝置及熱計量(分攤)裝置，按照“通斷時間面積法”進行采暖熱耗量分戶供給和計算時，采用溫控技術(shù)與閥門技術(shù)將供暖的單管系統(tǒng)改造成相當于水平雙管系統(tǒng)(即雙管制的分戶獨立供暖系統(tǒng))的形式再來按照通斷時間面積法進行分攤，以適應(yīng)集中供熱、分戶熱計量(分攤)收費的要求。
本申請的專用修正計算程序采用實際測量的末端散熱設(shè)備的散熱量與設(shè)計末端散熱設(shè)備的散熱量為依據(jù)計算修正參數(shù)。
本申請通過采用在每組散熱器的進水一端安裝低阻的通斷控制閥，把原先的垂直單管順流式供暖系統(tǒng)改變成類似于雙管系統(tǒng)的系統(tǒng)，用一個溫度控制模塊來控制多個散熱器通斷控制閥的閥體門，以便多個閥門可以同時或分別開關(guān)，以符合建筑采暖“通斷時間面積法”方法分戶熱計量(分攤)，實現(xiàn)采暖耗熱量計量收費的實際要求。
對于分戶水平連接的采暖系統(tǒng)，在各戶的分支支路上安裝一個通斷控制閥，對該用戶散熱器的循環(huán)水進行通斷控制來實現(xiàn)該戶的室溫控制。同時在各戶的代表房間里放置溫度控制模塊，用于測量室內(nèi)溫度和供用戶進行溫度設(shè)定，并將測量的室內(nèi)溫度值和用戶設(shè)定的溫度值發(fā)送給通斷控制閥。通斷控制閥根據(jù)實測室溫與設(shè)定值之差控制閥門的通斷，以此調(diào)節(jié)送入室內(nèi)的熱量，同時記錄各戶通斷控制閥的開啟時間。按照各戶的累計開啟時間并結(jié)合采暖面積分攤整棟建筑的熱量。
本申請供熱系統(tǒng)的通斷控制閥采用三通電動或電磁控制閥門，其具備流量分流功能，并安裝于供熱用戶散熱器的進水端。該三通電動閥門包括閥體部分和溫度控制器部分(通斷執(zhí)行器)。三通電動閥門本體的閥體部分具有分流裝置并可對供熱主管通斷時的流量進行分流。溫度控制器部分包含電機、減速機構(gòu)等，其可根據(jù)溫度控制模塊傳來的控制指令開關(guān)閥門。還可采用電熱驅(qū)動的閥門。該溫度控制器部分與溫度控制模塊的連接包括電源供給線和報警模塊，以防止用戶惡意斷電或盜熱。
本申請供熱系統(tǒng)的三通電動閥門上安裝具有通斷控制功能的溫度控制器，用于調(diào)節(jié)用戶平衡閥門的開關(guān)值，并通過實際測定和軟件管理等功能為該用戶開啟時間修正的依據(jù)，同時結(jié)合能根據(jù)室溫設(shè)定進行開關(guān)控制的溫度控制模塊，對用戶的通斷控制閥開啟比(熱量分攤比值)進行控制，從而提高用戶采暖的節(jié)能效率、準確性和合理性并克服水力失調(diào)現(xiàn)象。
本申請通過溫度控制模塊控制供熱和熱量計量，可實現(xiàn)戶間流量調(diào)節(jié)、自動室溫調(diào)節(jié)、收費管理，且其成本低、施工方便、節(jié)能顯著、熱量分攤公平合理，同時便于管理、更符合我國實際供熱、用熱工況， 可廣泛用于“通斷時間面積法”進行分戶節(jié)能與熱計量的系統(tǒng)。
本申請的供熱系統(tǒng)采用集散式的控制構(gòu)架方式，以遠程控制模塊為中心點，經(jīng)由放置于各個區(qū)域的采集模塊分別連接到相應(yīng)區(qū)域的設(shè)備終端即通斷控制閥。用戶通過溫度控制模塊控制通斷控制閥開閉，從而控制室內(nèi)溫度以達到節(jié)能舒適。
本申請供熱系統(tǒng)的溫度控制模塊能夠進行熱量修正，其專用修正計算程序是依據(jù)暖氣片測試標準GB/T 13754-92 EN442 IBR設(shè)計，通過實際測定的不同用戶散熱器和片組數(shù)或地板采暖材料計算實際的傳熱系數(shù)K值，采用標準工況下的散熱量對原來供熱時間進行修正。本申請的溫度控制模塊可安裝在室內(nèi)，內(nèi)部設(shè)置有溫度傳感器。
所述的專用修正計算程序輸入現(xiàn)場實際測量的暖氣片或地板采暖的參數(shù)，與原來的參數(shù)相對比，以便修正供熱時間參數(shù)，進而修正實際用熱的時間?？筛鶕?jù)供熱實際運行工況參數(shù)確定恰當?shù)男拚讲懭胛⑻幚砜刂破?。還可針對各個用戶輸入多種修正參數(shù)。
本申請供熱系統(tǒng)的通訊模塊，將用戶的溫度信息通過M-BUS、RS-485和無線傳輸或者用IC卡人工讀數(shù)的形式遠程傳輸數(shù)據(jù)。
本申請供熱系統(tǒng)的溫度控制模塊可為編程電子式室內(nèi)溫度控制器。編程電子式室內(nèi)溫度控制器可以根據(jù)需要把一天24小時分為4～8個時間段，分別輸入各時間段的設(shè)定溫度。用戶根據(jù)其需要自行選調(diào)各時間段中的各室內(nèi)所需溫度，并且可通過電子式室內(nèi)溫度控制器在舒適模式(18-25攝氏度)與值班溫度(10-15攝氏度)之間進行一鍵切換，從而實現(xiàn)了自助式消費選擇，從而達到節(jié)能降耗的目的。
本申請供熱系統(tǒng)的溫度控制模塊與計算機之間可根據(jù)具體樓宇條件進行選擇和匹配，也可以根據(jù)用戶的要求進行選擇，如：無線連接、紅外線連接、M-BUS或數(shù)據(jù)傳輸形式連接，或者通過IC卡進行數(shù)據(jù)傳輸。
本申請供熱系統(tǒng)的電源可以是電池，也可以是外部交流電源，還可以是其他組合電源系統(tǒng)。電源線路可為總線結(jié)構(gòu)，即一條電源線連接所有用電設(shè)備。
通過本申請的供熱系統(tǒng)和基于該系統(tǒng)的方法，可以有效地解決目 前采用“通斷時間面積法”熱計量方法中存在的問題。因此，本申請可具有如下的至少一種有益效果。
1、本申請通過溫度控制模塊控制供熱和熱量計量，可實現(xiàn)戶間流量調(diào)節(jié)、自動室溫調(diào)節(jié)、收費管理，且具有成本低、施工方便、節(jié)能顯著、熱量分攤公平合理的功能，同時便于管理、更符合我國實際供熱、用熱工況，可廣泛用于“通斷時間面積法”進行分戶節(jié)能與熱計量的系統(tǒng)。
2、本申請因為設(shè)計了設(shè)定分流的通斷控制閥，以及費用專用修正計算程序，因此本申請的供熱系統(tǒng)可以應(yīng)用在雙管系統(tǒng)、單管系統(tǒng)、地板采暖系統(tǒng)等各類采暖系統(tǒng)，并針對熱用戶供水流量變化、熱用戶私自改裝散熱設(shè)備、熱用戶面積相同而位置不同而造成不同費用等實際情況，更為科學合理的分攤整棟樓總熱量，從而達到節(jié)能目的。
3、本申請對“通斷時間面積法”這種新的二次熱分攤方法在垂直單管順流式系統(tǒng)上的推廣與落實提供技術(shù)上的有力保障。
4、本申請通過預(yù)先設(shè)定熱用戶供熱水流量的方法達到調(diào)節(jié)熱用戶之間的熱平衡、提高節(jié)能效率；并按照專用的修正計算公式，對熱用戶的熱量分攤時間進行修正，從而提高熱用戶熱分攤的準確性和公平合理性，進而達到根據(jù)供熱面積及溫度來計算費用的效果。
附圖說明
圖1為本根據(jù)本申請的一個實施方式的供熱系統(tǒng)的示意圖，該示意圖表明該供熱系統(tǒng)的各個模塊的連接方式和在樓宇中的具體位置，其中箭頭表示數(shù)據(jù)流傳輸方向。
具體實施方式
為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示，供熱系統(tǒng)包括安裝在室內(nèi)的具有讀取功能和通訊功能的溫度控制器、三通電動閥門、采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸線路、遠程控 制主機。通過室內(nèi)溫度控制器控制三通電動閥門開通或截斷來實現(xiàn)人為的行為節(jié)能。溫度控制器與三通電動閥門的控制部分即通斷執(zhí)行器進行無線、有線的數(shù)據(jù)傳輸線路傳遞信號。溫度控制模塊和樓棟熱量表還可以通過自身的通訊模塊把信號傳輸至管理部門的安裝有收費管理軟件的遠程計算機上進行熱量分攤。
溫度控制模塊用于用戶室溫的調(diào)節(jié)和檢測，其安裝在用戶的典型房間內(nèi)，檢測房間的溫度和用戶設(shè)定的溫度相比較，并通過有線或無線來控制供暖閥門的開啟和關(guān)閉。當房間的溫度高于設(shè)定溫度時，輸出信號關(guān)閉供暖閥門；當房間溫度低于用戶設(shè)定溫度2攝氏度時，輸出信號開啟供暖閥門，從而使用戶達到舒適、節(jié)能的目的。
負責采集樓棟熱量表的熱量信息和用戶通斷控制器的累計供熱計時信息并結(jié)合住戶供熱面積進行熱量分攤計算。采集模塊與通斷控制器之間采用M-BUS方式進行數(shù)據(jù)傳輸。采集模塊可以通過以太網(wǎng)、GPRS等多種方式進行數(shù)據(jù)遠傳。采集模塊使用了大容量高速低功耗工業(yè)級存儲器可以存儲至少3個采暖季的用戶用熱信息，安全、方便、可靠。防斷電功能，采集模塊內(nèi)部裝有不間斷電源，可以保證在外部斷電的情況下，系統(tǒng)依然正常運行。
收費管理軟件的具體計算公式如下公式
其中：
qi：分攤給i用戶的熱量(kw.h)
Qz：樓棟熱量表計量的總熱量(kw.h)
Ti：i用戶的計量修正系數(shù)
Hi：i用戶累計用熱的時間(h)
Fi：i用戶的供熱面積(m2)
溫度控制模塊采用可編程室內(nèi)溫度控制器，即按需要把一天24小時分為4～8個時間段，分別設(shè)定各時間段的溫度，將各時間段和設(shè)定的溫度編成程序存儲在控制器的芯片中并自動上傳或通過人工IC卡等數(shù)據(jù)載體，在將數(shù)據(jù)傳遞至遠程費用管理主機進行數(shù)據(jù)存儲、分析。用戶根據(jù)自己的需要選取時間段的溫度。三通電動閥門采用電動、熱電控制形式，閥門裝于散熱器的供水管上，并加裝跨越管實現(xiàn)熱水的分流。
供熱系統(tǒng)的工作原理是如下。在樓宇的熱力入口處安裝帶有通訊功能的作為結(jié)算器具的樓棟熱量表來計量通訊的總熱量。在該建筑物每個熱用戶的控制室溫的典型地點安裝溫度控制模塊，帶有通斷執(zhí)行器的三通電動閥門安裝在用戶的散熱器的供水管道上。熱用戶可根據(jù)實際建筑物面積和實際熱用量設(shè)定三通電動閥門的通或斷，以達到基本的供熱需求。另外，用戶還可設(shè)定溫度控制模塊的溫度，則三通電動閥門通過與溫度控制模塊連接的通斷執(zhí)行器開關(guān)閥門。
溫度控制模塊可以隨時按需要方便地調(diào)節(jié)來設(shè)定溫度，實現(xiàn)用戶主動按需用熱而節(jié)約能源。
當室溫達到所需設(shè)定溫度以上時，溫度控制模塊自動將其測得的室溫值和設(shè)定值進行比較，如室溫達到設(shè)定值，溫度控制模塊觸點斷開，通過室溫控制電路向通斷執(zhí)行器發(fā)出信號，通斷執(zhí)行器將輸出控制信號來控制三通電動閥門，使得供熱管路關(guān)閉，停止供熱，同時停止累計接通時間。
當室溫低于設(shè)定值時，溫度控制模塊觸點閉合，則使得管路開啟，開始供熱，同時開始累計接通時間。同時用戶可自行根據(jù)每一天用熱的時間段不同分別設(shè)定不同的溫度，可實現(xiàn)節(jié)省熱能、節(jié)約熱費。如用戶需較高溫度時，可把溫度控制模塊的設(shè)定溫度調(diào)高，例如調(diào)至攝氏22度以上，溫度控制模塊將自動控制供熱室溫，滿足供熱需求。
收費管理軟件可自動存儲5個以上采暖季的供熱數(shù)據(jù)，同時可計算和存儲各采暖季內(nèi)用戶使用的接通時間和斷開時間，并且根據(jù)用戶設(shè)定的溫度進行通斷控制，還可以為供熱管理部門制定合適的節(jié)能的供熱方案。