CN114370665A - 一种低碳园区数字化供热*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳园区数字化供热***，包括：数据采集模块，用于采集数据并传输至智能分析模块和气候补偿模块；气候补偿模块，用于接收数据采集模块传输的数据并结合室内温度和室外温度调节电动三通阀的开度实现供热负荷平衡，并将阀门开度信息、室内温度和室外温度传输至智能分析模块；智能分析模块，用于根据数据采集模块传输的数据判断供热量是否充足、管路是否存在跑冒滴漏并发出报警；供热管网；换热装置模块，用于将供热一次管网和供热二次管网连接并实现供热。本发明的低碳园区数字化供热***可实现平衡热负荷、自动运行、数据采集、自动分析管路跑冒滴漏、自动报警、远程操作等功能。本发明可广泛应用于供暖设备领域。
Description
技术领域
本发明涉及供暖设备领域，尤其涉及一种低碳园区数字化供热***。
背景技术
近年来，各行各业的节能减排工作陆续开展，随着低碳环保措施的推行，能源管控越来越趋向于数字化、智能化，综合能源***作为提高能源利用效率、促进节能减排的重要载体，已经被广泛应用，而现有集中供热换热***，存在不够智能，换热效率低，换热负荷不平衡，无法实现数据采集(数字化)、低碳运行和无人值守等报警功能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种低碳园区数字化供热***，实现平衡热负荷、自动运行、数据采集、自动分析管路跑冒滴漏、自动报警、远程操作等功能。
本发明所采用的第一技术方案是：一种低碳园区数字化供热***，包括以下步骤：
数据采集模块，包括传感器和第一通信装置，用于采集数据并传输至智能分析模块和气候补偿模块；
气候补偿模块，包括电动三通阀、远端室内温度传感器、室外温度传感器、控制芯片和第二通信装置，用于接收数据采集模块传输的数据并结合室内温度和室外温度调节电动三通阀的开度实现供热负荷平衡，并将阀门开度信息、室内温度和室外温度传输至智能分析模块；
智能分析模块，包括信号接收装置、显示屏、处理芯片和储存硬盘，用于根据数据采集模块传输的数据判断供热量是否充足、管路是否存在跑冒滴漏并发出报警；
供热管网，包括供热一次管网和供热二次管网；
换热装置模块，包括换热板和换热器，用于将供热一次管网和供热二次管网连接并实现供热。
进一步，数据采集模块中的传感器包括压力传感器、温度传感器和流量传感器，所述换热板上设有换热管，所述换热管上均安装有压力传感器、温度传感器和流量传感器。
具体地，所述换热板上存在两个换热管，对应供热一次管网和供热二次管网。
进一步，气候补偿模块中的电动三通阀安装在供热一次管网换热管接口侧。
进一步，所述气候补偿模块调节电动三通阀的开度具体包括：
根据目标流量、换热器传热单元数和换热器换热效率关系，计算流量变换后的换热效率；
根据流量变换后的换热效率确定最佳调节流量并通过PID位置算法调节阀门开度调节换热流量。
进一步，所述传热单元数的公式表示如下：
上式中，K表示传热系数，A表示导热面积，M表示换热器两侧最小流量，C表示换热体比热容。
进一步，所述PID位置算法的公式表示如下：
上式中，KP表示比例增益，Tt表示积分时间常数，TD表示微分时间常数，u(t)表示PID控制器的输出信号，e(t)表示给定值r(t)与测量值之差。
具体地，给定值r(t)即目标设定值，包括温度、流量等。
进一步，所述智能分析模块判断管路是否存在跑冒滴漏具体包括：
根据供热一次管网进出管的温度差和流量、供热二次管网进出管的温度差和流量，计算得到供热管网所供负荷；
根据供热一次管网和供热二次管网的负荷计算当前供热***中换热装置模块的实际换热效率；
通过对应的换热器效率和传热单元数的关系计算出该状态的理想换热效率，并比对该情况下实际效率与理论效率之间的差值；
判断到差值在预设范围内，确定***处于无跑冒滴漏现象。
进一步，还包括：
判断到***存在跑冒滴漏现象，启动报警。
本发明***的有益效果是：本发明用于各种供暖设备换热站，该低碳园区数字化供热***可以实现平衡热负荷、自动运行、数据采集、自动分析管路跑冒滴漏、自动报警、远程操作等功能，提高供热***换热效率，避免供热***供大于需等能源浪费问题。
附图说明
图1是本发明一种低碳园区数字化供热***的示意框图；
图2是本发明具体实施例气候补偿模块运行逻辑图和PID控制关系；
图3是本发明具体实施例智能化分析模块的运行逻辑图；
图4是本发明具体实施例气候补偿模块流量调节算法图；
附图标记：1、智能分析模块；2、数据采集模块；3、气候补偿模块；4、换热装置模块；5、室外温度传感器；6、室内温度传感器；7、电动三通阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
参照图1，本发明提供了一种低碳园区数字化供热***，包括以下模块：
数据采集模块，包括传感器和第一通信装置，用于采集数据并传输至智能分析模块和气候补偿模块；
气候补偿模块，包括电动三通阀、远端室内温度传感器、室外温度传感器、控制芯片和第二通信装置，用于接收数据采集模块传输的数据并结合室内温度和室外温度调节电动三通阀的开度实现供热负荷平衡，并将阀门开度信息、室内温度和室外温度传输至智能分析模块；
智能分析模块，包括信号接收装置、显示屏、处理芯片和储存硬盘，用于根据数据采集模块传输的数据判断供热量是否充足、管路是否存在跑冒滴漏并发出报警；
供热管网，包括供热一次管网和供热二次管网；
换热装置模块，包括换热板和换热器，用于将供热一次管网和供热二次管网连接并实现供热。
具体地，主要通过换热装置模块5的一次管网接口和二次管网接口实现供热站的供热功能，并通过气候补偿模块3和电动三通阀7以及室内温度传感器6和室外温度传感器通过芯片进行PID调节控制末端供热负荷量。
数据采集模块2将通过传感器采集后实时传输给智能分析***1将数据处理分析以及处理和传输给气候补偿模块3进行调节。
气候补偿模块3在无需供热的情况下，其内置芯片可自行进行保热调节，可不通过智能分析模块1实现，避免其中一个损坏便失去最低保护功能，并具备心跳能力，实时与智能分析默哀快1保持联络。智能分析模块1可通过通信装置，进行远程操作以及***作，其内部存储的数据也可发送给上端远程操控中心，并具备报警功能，自动运行，实现无人值守，和将供暖数据低碳数据化。
参照图2和图4，本具体实施里方式中的气候补偿模块，主要通过室内外温度和一次侧换热流量自动判断是否需要供热，根据一次侧流量和通过PID调节电动三通阀开度，实现供热平衡以及保热功能。
该气候补偿模块中的PID调节曲线主要是PID位置算法与换热器效率算法相结合的计算调节方式，实际使用过程中，由于流量的变化，换热器的效率也是随之变化的，并非一成不变，当需要调节供网一次侧流量平衡负荷时，换热器效率也随之变化，此时气候补偿模块内置的微型芯片优先通过想要调节的流量以及换热器传热单元数和换热器换热效率关系的公式，推算出流量变换后的换热效率，反求最佳调节流量再通过PID位置算法调节阀门开度调节换热流量，平衡热负荷，达到比传统气候补偿装置更节能的目的。
以室外温度7℃，一次侧所供热量5000kw供水温差10℃，一次侧端主管流量429.92m3/h(未开三通阀)，二次侧端流量为400m3/h，供水温差，室内温度为14.05℃，逆流板式换热器k为3000，A为1000㎡，当前板换的效率为65.65％，二次侧热量3282.74kw，室外温度突然提升到10摄氏度为例：
1、室外温度传感器接收室外温度10℃、室内温度17.05℃、一次供热端支管流量429.29m3/h传输给气候补偿装置，气候补偿芯片首先判断二次侧所需热量下降3℃，因此根据公式Q＝ΔT*L*1.163，求得下降1395.6kw供热量，因此二次侧所需热量1887.14kw。
2、此时，二次侧供热流量固定不变，在满足供热一次泵打开和关闭三通流量下限200m3/h上限429.29m3/h要求的情况下，根据公式：
遍历寻找板式换热器能够达到的最佳效率90％，在最佳效率下板换所需流量200m3/h。
3、根据计算出的板换一次侧所需流量和效率以及二次侧所需供热量计算出一次侧三通分流供热量为2074.7kw。
4、根据一次侧供热量计算供热温差为10.37℃，旁通分流229.29m3/h，将多余热量旁通回供热主管供给其他楼宇。
5、将旁通分流数据转换成三通阀门开度46％，通过PID调节阀门开度。
6、半小时后监测流量是否达到200m3/h，室内温度是否达到14.05，若未达到要求则重复1-5重新计算。
参照图3，本实施方式的智能化分析模块，主要通过数据采集模块将数据传输，经过流量，温度，供热量计算分析后，推断传感器是否正常，流量是否正常，管网两侧是否存在跑冒滴漏现象，并实时和气候补偿模块保持心跳，监测气候补偿模块状态。
跑冒滴漏判断算法(可不通过补水装置得知跑冒滴漏)：自主判断逻辑算法，主要通过一次管网端温度差和流量，以及二次管网温差和流量，计算出供热管网所供负荷，通过两侧负荷计算当前供热***中换热装置的实际换热效率，并通过对应的逆流和并流换热器效率以及传热单元关系的公式计算出该状态的理论情况下换热装置的换热效率(和流量有关)，比对该情况下实际效率与理论效率之间的差值，误差在允许范围内，则判断该情况下***处于无跑冒滴漏现象，若两换热效率差值较大，优先判断供热管网两端流量是否正常，若一端不正常则进行报警，并发送给远端操作***，并显示***判断为哪一侧，另外也通过温度和两端热负荷进行辅助判断。
1、在气候补偿装置调节稳定后，采集一次侧流量、温度、二次侧流量、温度等。
2、经气候补偿装置重复调节5次后，二次侧供热量均未达到气候补偿计算要求，室内温度不稳定，直接判断二次侧跑冒滴漏。
3、若不存在上述步骤2情况、则计算一次侧供热量、二次侧供热量，一次侧供热量比二次侧供热量计算板换效率。
4、通过顺流或逆流板换公式计算理论板换效率，将步骤3计算值与理论板换计算值进行比较，若不存在误差则判断为不存在跑冒滴漏，若误差大于±3％则，继续监测流量数值和温差数值，重复步骤1-3。
5、计算5次后，依然存在误差问题，则判断为存在跑冒滴漏现象和板换污垢较多现象。
6、通过监测数据计算供热两侧理论温差，那一侧监测数据与相差±1摄氏度，则判断为哪一侧跑冒滴漏。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种低碳园区数字化供热***，其特征在于，包括：
数据采集模块，包括传感器和第一通信装置，用于采集数据并传输至智能分析模块和气候补偿模块；
气候补偿模块，包括电动三通阀、远端室内温度传感器、室外温度传感器、控制芯片和第二通信装置，用于接收数据采集模块传输的数据并结合室内温度和室外温度调节电动三通阀的开度实现供热负荷平衡，并将阀门开度信息、室内温度和室外温度传输至智能分析模块；
智能分析模块，包括信号接收装置、显示屏、处理芯片和储存硬盘，用于根据数据采集模块传输的数据判断供热量是否充足、管路是否存在跑冒滴漏并发出报警；
供热管网，包括供热一次管网和供热二次管网；
换热装置模块，包括换热板和换热器，用于将供热一次管网和供热二次管网连接并实现供热。
2.根据权利要求1所述一种低碳园区数字化供热***，其特征在于，数据采集模块中的传感器包括压力传感器、温度传感器和流量传感器，所述换热板上设有换热管，所述换热管上均安装有压力传感器、温度传感器和流量传感器。
3.根据权利要求2所述一种低碳园区数字化供热***，其特征在于，气候补偿模块中的电动三通阀安装在供热一次管网换热管接口侧。
4.根据权利要求3所述一种低碳园区数字化供热***，其特征在于，所述气候补偿模块调节电动三通阀的开度具体包括：
根据目标流量、换热器传热单元数和换热器换热效率关系，计算流量变换后的换热效率；
根据流量变换后的换热效率确定最佳调节流量并通过PID位置算法调节阀门开度调节换热流量。
5.根据权利要求4所述一种低碳园区数字化供热***，其特征在于，所述传热单元数的公式表示如下：
上式中，K表示传热系数，A表示导热面积，M表示换热器两侧最小流量，C表示换热体比热容。
6.根据权利要求5所述一种低碳园区数字化供热***，其特征在于，所述PID位置算法的公式表示如下：
上式中，KP表示比例增益，Tt表示积分时间常数，TD表示微分时间常数，u(t)表示PID控制器的输出信号，e(t)表示给定值r(t)与测量值之差。
7.根据权利要求6所述一种低碳园区数字化供热***，其特征在于，所述智能分析模块判断管路是否存在跑冒滴漏具体包括：
根据供热一次管网进出管的温度差和流量、供热二次管网进出管的温度差和流量，计算得到供热管网所供负荷；
根据供热一次管网和供热二次管网的负荷计算当前供热***中换热装置模块的实际换热效率；
通过对应的换热器效率和传热单元数的关系计算出该状态的理想换热效率，并比对该情况下实际效率与理论效率之间的差值；
判断到差值在预设范围内，确定***处于无跑冒滴漏现象。
8.根据权利要求7所述一种低碳园区数字化供热***，其特征在于，还包括：
判断到***存在跑冒滴漏现象，启动报警。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220419 |