变流量与分户计量的集中供热系统及水力平衡调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及供热技术系统领域，特别是一种变流量与分户计量的集中供热系统及 水力平衡调节方法。
【背景技术】
[0002] 水力失衡是集中供热系统中最常见的现象，引起系统水力失衡的原因很多，设计、 施工、运行管理等环节都有可能导致水力失衡。设计时，考虑到管内水流速和管径限制，管 网系统的沿程阻力损失可能无法在设计流量分配下达到平衡；施工过程中，由于现场条件 的限制，往往不能完全按设计图施工，结果必然导致与设计的偏差，产生水力失衡；另外，集 中供热系统中，由于建筑末端用户采用流量调节阀等装置改变进入用户换热器的流量，也 将产生节流损失，导致水力失衡。
[0003] 水力失衡将导致供热系统管网、末端设备的实际流量与设计流量不一致，使系统 各用户的热量不均衡。工程应用中，为改善水力失衡问题，往往简单地采用加大循环流量的 措施，不仅增加了输送能耗，还有可能使原本正常的回路变差，导致水力失衡更严重。这种 现象既影响室内热舒适性，还直接导致系统能耗上升。
[0004] 在集中供热系统中，水力失衡是一种无法完全避免的现象，尽管在集中供热系统 设计和施工过程中，已经将控制水力失衡作为重要任务，但即便设计、施工都达到预期，毕 竟还只是按静态的负荷条件完成的，理想的情况也只能解决静态水力失衡问题，无法解决 动态水力失衡问题。
[0005] 随着对节能工作的重视，为降低水力失衡导致的能源浪费，近年来，在供热管网干 管、支管设置水力平衡阀，已经成为普遍措施，也有建议在用户末端设置各种水力平衡阀的 方案；根据水力平衡阀的原理，静态平衡阀的原理是通过调整阀门的流通能力来改变流经 阀门的流动阻力，达到调节流量的目的，主要用于解决静态水力失衡问题；动态流量平衡阀 一般是根据系统压差变动而自动调整阻力系数，可在一定的压差范围内，使通过阀门的流 量保持基本不变；从平衡阀基本原理和功能可以看到，使用平衡阀的目的是尽量保证管网 的流量不受管网压力的变化，从而保证用户的热（水）量满足设计要求。按此目标分析，如 果集中供热系统采用变质调节策略，则使用平衡阀可以改善系统水力平衡，获得较好的节 能效果；但如果集中供热系统采用变量调节策略时，需要使系统流量随负荷变化而改变，BP 需要主动调节系统流量，而流量变化将改变系统的水力工况，采用平衡阀将会出现流量分 配的混乱，即在变流量系统中采用平衡阀受到制约。
[0006] 从运行节能的角度，供热系统同时采用变质调节和变量调节可以获得更好的节能 效果，而且实际应用中，采用变量调节的方式愈来愈多，将动态平衡阀应用于变量调节系统 时，存在明显的缺陷。
[0007] 另外，由于流量平衡阀本身不能提供额外的压力，如果管网的压差小于或大于平 衡阀的正常工作范围时，平衡阀将失去调节能力，即平衡阀应用仍然存在水力调节的死区。
[0008] 再者，考虑到推广集中供热系统热量分户计量是节能减排的重要举措，目前实现 热量分户计量有不同的方法，但实现这些方法的装置仅考虑计量的要求，并没有解决水力 失衡的问题。
【发明内容】
[0009] 针对上述缺陷，本发明专利的目的是提供变流量与分户计量的集中供热系统及水 力平衡调节方法，采用这种系统，既可以满足末端用户根据室内负荷变化调节流量的要求， 又可以有效解决水力失衡问题，同时还可以提供供热系统热量分户计费功能，即该方法将 流量调节与热量分户计费功能集成为一体，有效降低系统成本与施工成本。
[0010] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0011] 变流量与分户计量的集中供热系统，包括换热站板换、总循环泵和连接换热站板 换与各用户位置的管网系统，所述管网系统包括供水管道和回水管道，一个以上用户位置 的进水管并联在所述供水管道，所述总循环泵将所述换热站板换内的热水通过所述供水管 道压入各用户位置，换热完成后的水再通过所述回水管道回到所述换热站板换：
[0012] 还包括分户计量模块、供水测温模块、回水测温模块和热网监控管理平台，所述分 户计量模块设于各用户位置，热网监控管理平台分别与所述分户计量模块和总循环泵通信 连接，并通过所述供水测温模块和所述回水测温模块分别收集管网系统中的供水温度和回 水温度，所述总循环泵采用变频器调节控制；
[0013] 所述分户计量模块包括分户供水泵、驱动电机和MCU控制器，所述MCU控制器内设 有变频器和用于测量用户室内温度的室温监测模块；各用户位置的进水管分别通过所述分 户供水泵接入所述供水管道，所述驱动电机驱动所述分户供水泵转动；所述MCU控制器通 过所述变频器与所述驱动电机电连接。
[0014] 进一步的，所述供水测温模块测量用户位置的供水温度，所述回水测温模块用于 测量用户位置的回水温度，所述供水测温模块和回水测温模块分别与所述MCU控制器电连 接。
[0015] 进一步的，所述供水测温模块用于所述供水管道内的供水温度，所述回水测温模 块用于所述回水管道内的回水温度，所述供水测温模块和回水测温模块分别与热网监控管 理平台电连接。
[0016] 进一步的，还包括用于统计系统为用户供水时间的计时模块，所述计时模块与所 述MCU控制器电连接。
[0017] 进一步的，所述MCU控制器内设有人机通信模块，用户根据自身所需的室内温度 通过所述人机通信模块给MCU控制器中发出温度设定信号，MCU控制器根据所设温度通过 变频器调节所述分户供水泵的转速。
[0018] 进一步的，所述驱动电机为永磁直流无刷直流电机。
[0019] 变流量与分户计量的集中供热系统的水力平衡调节方法，其步骤如下：
[0020] A:在各用户位置通过MCU控制器中的供水测温模块和回水测温模块检测每个用 户管网的供水温度Tgi和回水温度Thi，并按照下列公式计算各用户消耗的热量Hi:
[0022] 其中巩为用户消耗热负荷，W
[0023] cp为流体介质的定压比热容，kj/(kg?°C)
[0024] P为流体介质密度，kg/m3
[0025]、为对应于水泵额定转速时的流体体积流量，m3/h;
[0026] ThiTgi分别为用户换热器回水温度和供水温度，°C，由实际测量得到
[0027] 叫％分别为水泵实际转速与额定转速，rpm，n冰控制器MCU计算得到；
[0028] MCU控制器算出用户位置所消耗的热量后，按照下列公式计算各用户所需的流量 Qi：
[0030] 其中：末端用户体积流量，m3/h;
[0031] P为流体介质密度，kg/m3
[0032] 叫％分别为水泵实际转速与额定转速，rpm，ni由控制器MCU计算得到。
[0033] B、各用户位置的MCU控制器通过网络将所需的流量％发送给热网监控管理平台， 热网监控管理平台将所接收到用户的流量％按照下列公式计算得出整个管网系统的用户 所需的流量：
[0034] Q=Kq 2：Qi
[0035] 其中：Q为换热站板所需提供的总流量；
[0036] Kq为一个大于1的参数，为满足总循环泵提供的流量应略大于末端用户流量而设 置的参数，可在管理与控制平台统一设定和修改。
[0037] A步骤中MCU控制器计算得出各用户消耗的热量氏通过网络发送给热网监控管理 平台，在管理与控制平台设置热量计算周期T和计费费率Kf，则在当前计算周期T内用户消 耗的热量可按下述公式计算：
[0038] ffTi =kfTTHi
[0039] 其中：kfT，计算周期T内考虑管网损耗等因素的校正系数，
，11由换热站 的热计量装置得出，为所有末端用户计算热量之和。
[0040] 将计算周期用户消耗的热量累计即可得到每个用户消耗的热量，再乘与计费费率 即可实现供热系统分户计费，即：
[0041] Fi=Kf2ffTi
[0042] 其中：Kf为计费费率，Fi为分户供热计费值
[0043] 本