一种智能集中供热节能管理系统论文和设计-唐招抚

全文摘要

本实用新型公开了一种智能集中供热节能管理系统，包括热力站、多个换热站和多个楼宇用户以及管网系统，所述楼宇用户内设置多个室内温度传感器，还包括，热力站控制装置、换热站控制装置、终端控制装置和物联网控制中心。所述换热站控制装置设置连通二次网供水管和回水管的智能温控三通控制阀，所述终端控制装置设置智能两通控制阀，物联网控制中心通过控制智能温控三通控制阀和智能两通控制阀实现二次供水温度控制和供热系统的水力平衡。通过调整二次网回水进入换热站与直接回到供水的比例，实现二次供水温度控制，提高了供热系统的能源利用率；通过调控智能两通控制阀实现水力平衡，解决了现有供热系统近端用户过热、远端用户过冷的问题。

主设计要求

1.一种智能集中供热节能管理系统，包括热力站、多个换热站和多个楼宇用户以及管网系统，其特征在于，还包括：热力站控制装置，包括设置在热力站内锅炉控制柜内的锅炉智能控制器；换热站控制装置，包括分别设置在二次网供水管和二次网回水管上的第一温度传感器和第一流量传感器，以及设置在二次网供水管上的二级循环泵，所述二级循环泵的前端设有智能温控三通控制阀，所述智能温控三通控制阀的进口连接二次网回水管的楼宇用户侧，第一出口连接二次网回水管的换热站侧，第二出口连接二次网供水管；所述智能温控三通控制阀根据设置的目标温度及所述第一温度传感器的采集结果调整开度，以改变二次网回水直接向二次网供水中的混入量，调节控制二次网供水端的温度；终端控制装置，设置在每个所述楼宇用户的进户侧，包括室内温度传感器和分别设置在楼宇用户的供水管和回水管上的第二温度传感器和第二流量传感器，所述供水管的入口端设置智能两通控制阀；所述智能两通控制阀的进口连接二次网供水管，出口连接楼宇进户侧的供水管；各所述智能两通控制阀根据各所述室内温度传感器的采集结果调整开度，以改变相应楼宇用户侧的供水量；室外温度气象仪，实时采集室外温度监测室外气象，并通过无线通信技术发送到物联网控制中心；物联网控制中心，实时采集所述室外温度气象仪、室内温度传感器、第一温度传感器、第一流量传感器、第二温度传感器以及第二流量传感器的检测结果，用于显示或发出调节所述智能温控三通控制阀和智能两通控制阀的控制信号及用于显示或发出调节热力站内锅炉智能控制器的控制信号。

设计方案

1.一种智能集中供热节能管理系统，包括热力站、多个换热站和多个楼宇用户以及管网系统，其特征在于，还包括：

热力站控制装置，包括设置在热力站内锅炉控制柜内的锅炉智能控制器；

换热站控制装置，包括分别设置在二次网供水管和二次网回水管上的第一温度传感器和第一流量传感器，以及设置在二次网供水管上的二级循环泵，所述二级循环泵的前端设有智能温控三通控制阀，所述智能温控三通控制阀的进口连接二次网回水管的楼宇用户侧，第一出口连接二次网回水管的换热站侧，第二出口连接二次网供水管；所述智能温控三通控制阀根据设置的目标温度及所述第一温度传感器的采集结果调整开度，以改变二次网回水直接向二次网供水中的混入量，调节控制二次网供水端的温度；

终端控制装置，设置在每个所述楼宇用户的进户侧，包括室内温度传感器和分别设置在楼宇用户的供水管和回水管上的第二温度传感器和第二流量传感器，所述供水管的入口端设置智能两通控制阀；所述智能两通控制阀的进口连接二次网供水管，出口连接楼宇进户侧的供水管；各所述智能两通控制阀根据各所述室内温度传感器的采集结果调整开度，以改变相应楼宇用户侧的供水量；

室外温度气象仪，实时采集室外温度监测室外气象，并通过无线通信技术发送到物联网控制中心；

物联网控制中心，实时采集所述室外温度气象仪、室内温度传感器、第一温度传感器、第一流量传感器、第二温度传感器以及第二流量传感器的检测结果，用于显示或发出调节所述智能温控三通控制阀和智能两通控制阀的控制信号及用于显示或发出调节热力站内锅炉智能控制器的控制信号。

2.根据权利要求1所述的智能集中供热节能管理系统，其特征在于，所述室内温度传感器仅设置在每个楼宇用户中处于顶层和外层的房间内。

3.根据权利要求1所述的智能集中供热节能管理系统，其特征在于，所述楼宇用户包括住宅用户、商业用户以及写字楼用户等不同类型。

4.根据权利要求1所述的智能集中供热节能管理系统，其特征在于，所述智能温控三通控制阀内设有智能控制器，根据所述第一温度传感器的采集结果及其设置的目标温度调整开度，以调整二次网回水进入换热站与直接回到供水的比例。

5.根据权利要求1所述的智能集中供热节能管理系统，其特征在于，所述楼宇用户的供水管入口处设置热量表。

6.根据权利要求1所述的智能集中供热节能管理系统，其特征在于，所述无线通信技术为NB-IOT通信技术。

7.根据权利要求1-6任一项权利要求所述的智能集中供热节能管理系统，其特征在于，还包括分时分区装置，根据预先设定的分时分区控制规则，调整所述智能温控三通控制阀的设置的目标温度。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及城市集中供热管理技术领域，具体涉及一种智能集中供热节能管理系统。

背景技术

集中供热是我国北方地区广泛采用的一种供热方式，由于集中供热是一个高能耗的产业，因此如何提高热能的利用率，减小能源浪费越来越受到人们的关注。

影响集中供热系统热能利用率的一个重要因素在于：供热管网水力不平衡，由此造成二次网的供水温差不能满足设计标准，因而出现近端热、远端冷的矛盾。目前通常的作法是加大供水流量，使远端用户的温度达标，但是这样又造成了近端用户温度过高，热量的大量浪费的现象。

为此，中国发明专利CN107274303A公开了一种城市供热能耗智慧化管理与控制技术平台，以用户端温度调控为目的，以整个管网供暖设备调控为核心，分别对热用户、换热站和供暖管理指挥中心进行软硬件平台的搭建。其中，热用户部分包括智能调节阀、智能温控器和墙体嵌入式终端等设备的软硬件设计；换热站部分包括一、二次网的温度、压力和流量监测，换热器、循环水泵等的控制；供暖管理指挥中心部分，通过直观的界面为工作人员提供系统管理支持，为用户提供取暖费用查询等服务。每个房间内的温控器为用户提供本房间的温控服务，并将本房间的采集数据通过电力载波技术汇总到入户端墙体嵌入式终端设备，为用户提供整个家庭的温控服务。汇总后的数据经电力载波到楼宇数据汇总终端，再通过GPRS模块经换热站汇总至供暖管理指挥中心。上述方案在理论上能够实现城市供热能耗智慧化管理，但是存在以下缺点：

(1)每个终端用户的每个房间均纳入到温控管理系统中，系统的建设投入成本巨大，难以推广和实施；

(2)控制阀采用的是二通阀，只能调整二次供水的流量，热能利用率低；

(3)换热站采用等温差控制，即根据室外的温度、风速、相对湿度等天气因素确定一个二次管道供回水温差值，然后通过实际的温差采样值与设定值的差值调节变频循环水泵的转速，以调节供水流量；这种方式，一方面循环水泵频繁地变频，降低了使用寿命；另一方面，回水热能没有有效利用，节能效果有待进一步的提高。

有鉴于此，急需对现有的城市供热能耗智慧化管理系统进行改进，以降低成本、方便实施并进一步提高节能效果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有的城市供热能耗智慧化管理系统投入成本巨大、节能效果差的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种智能集中供热管理系统，包括热力站、多个换热站和多个楼宇用户以及管网系统，还包括：

热力站控制装置，包括设置在热力站内锅炉控制柜内的锅炉智能控制器；

换热站控制装置，包括分别设置在二次网供水管和二次网回水管上的第一温度传感器和第一流量传感器，以及设置在二次网供水管上的二级泵，所述二级泵的前端设有智能温控三通控制阀，所述智能温控三通控制阀的进口连接二次网回水管，第二进口连接二次网回水管的换热站侧，出口连接二次网供水管；所述智能温控三通控制阀根据所述第一温度传感器采集结果和本身智能控制器设置的目标温度调整开度，以改变二次网回水直接回到二次网供水的混入量，调节二次网供水端的温度；

终端控制装置，设置在每个所述楼宇用户侧，包括室内温度传感器和分别设置在楼宇用户的供水管和回水管上的第二温度传感器和第二流量传感器，所述供水管的入口端设置智能两通控制阀；所述智能两通控制阀的进口连接二次网供水管，出口连接楼宇用户侧的供水管；各所述智能两通控制阀根据各所述室内温度传感器的检测结果调整开度，以改变相应楼宇用户侧的供水量；

物联网控制中心，实时采集所述室外温度气象仪、室内温度传感器、第一温度传感器、第一流量传感器、第二温度传感器以及第二流量传感器的检测结果，用于显示或发出调节所述智能温控三通控制阀和智能两通控制阀的控制信号及用于显示或发出调节热力站内锅炉智能控制器的控制信号；

室外温度气象仪，实时采集室外温度监测室外气象，并发送物联网控制中心。

在本次方案中，所述室内温度传感器仅设置在每个楼宇用户中处于顶层和外层的房间内。

在本次方案中，所述楼宇用户包括住宅用户、商业用户以及写字楼用户等不同类型。

在本次方案中，所述智能温控三通控制阀内设有智能控制器，根据所述第一温度传感器的采集结果及其设置的目标温度调整开度，以调整二次网回水进入换热站与直接回到供水的比例。

在本次方案中，所述楼宇用户的供水管入口处设置热量表。

在本次方案中，所述无线通信技术为NB-IOT通信技术。

在本次方案中，所述智能集中供热管理系统还包括分时装置，根据预先设定的分时分区控制规则，调整所述智能温控三通控制阀设置的目标温度。

与现有技术相比，本实用新型提供的智能供热系统中，换热站控制装置设置智能温控三通控制阀，连通二次网供水管和二次网回水管，可以实现通过控制三通阀的开度，调整二次网回水量直接汇入到供水的混合比例，以调整二次网供水温度，从而实现二次网回水热能的有效利用，提高了智能集中供热管理系统的能量利用率。

本实用新型通过物联网控制中心实时采集所述室外温度气象仪、室内温度传感器、第一温度传感器、第一流量传感器、第二温度传感器以及第二流量传感器的检测结果，用于显示或发出调节所述智能温控三通控制阀和智能两通控制阀的控制信号及用于显示或发出调节热力站内锅炉智能控制器的控制信号；使智能集中供热管理系统达到水力平衡实现均匀供热，并且可以实现按需供热，节省能源损耗，避免能源浪费。

附图说明

图1为本实用新型中智能集中供热管理系统的示意图；

图2为本实用新型中换热站控制装置的示意图；

图3为本实用新型中终端控制装置的示意图；

图4为本实用新型中分时分区装置的示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种智能集中供热节能管理系统，能够有效解决因管网水力失衡而造成的供热系统冷热不均的问题，提高供热效率，节省热能损耗，同时投入成本低，易于实施和推广。下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做出详细说明。

如图1所示，本实用新型提供的智能集中供热管理系统包括热力站10(锅炉房)、多个换热站20和多个楼宇用户30以及物联网控制中心60，热力站10设置热力站控制装置，包括设置在热力站内锅炉控制柜内的锅炉智能控制器。热力站控制装置将产生的热水通过一次管网分配给各个换热站20，换热站20再通过二次网分别输送至各个楼宇用户30。其中，楼宇用户30包括住宅用户、商业用户以及写字楼用户等不同类型。二次网可对不同类型不同供暖温度需求的用户进行分区供暖，并通过智能温控三通控制阀实现不同的供暖温度进行分时分区供暖。楼宇用户30内设置多个室内温度传感器31。每个楼宇用户个体的供水管入口处设置热量表32。智能集中供热节能管理系统还设置室外温度气象仪61，室外温度气象仪61通过NBIOT通信技术与物联网控制中心60相连。

室外温度气象仪61通过互联网获取到当地气象局的天气参数，将定时采集的室外温度数据传输到物联网控制中心60并生成调节系数。与现有的根据采集的实时温度进行调整的方法相比，本方案更加简单可行，同时，本方案中，循环泵针对设定的调节系数稳定运行，不需要频繁地调整运行频率，可以延长循环泵的使用寿命。

本实用新型提供的智能集中供热管理系统，针对换热站20设置了相应的换热站控制装置40，以提高换热站和二次网的热能利用效率。

如图2所示，换热站控制装置40包括分别设置在二次网供水管41和二次回水管42上的第一温度传感器43和第一流量传感器44、设置在二次网回水管42上的二级循环泵45，二级循环泵45的前端设有智能温控三通控制阀46。智能温控三通控制阀46的进口连接二次回水管42的楼宇用户30侧，第一出口连接二次网回水管42的换热站20侧，第二出口连接二次网供水管41。

换热站控制装置40的具体工作方式如下：

S1、物联网控制中心60根据气候变化和室外温度气象仪61设定的室外气温调节系数,预测二次网供水管41的供水温度(设置的目标温度)运行曲线；

S2、第一温度传感器43和第一流量传感器44实时获取二次网的供回水温度数据和供回水流量数据，会并通过NBIOT通信技术传送至物联网控制中心60；

S3、物联网控制中心60将实时获取的供水温度数据与二次网供水温度(设置的目标温度)运行曲线做对比，智能温控三通控制阀46根据对比值计算二次网回水直接汇入到供水的混合比例，并发出指令控制智能温控三通控制阀46调节开度，从而使系统的实际供水温度与二次供水温度(设置的目标温度)运行曲线相一致；

S4、二级循环泵45自动调整保持恒定流量循环。

在上述的工作方式中，本实用新型提供的智能集中供热管理系统是根据室外温度变化设定二次网供水温度(设置的目标温度)运行曲线和二次网回水直接汇入供水的混合比例，并能根据室外温度变化实时调整二次网供水温度，能够实现对二次网供水温度的准确控制。区别于其他的调节变频循环水泵的转速以调节供水流量从而控制二次网供水温度的方法，本实用新型用智能温控三通控制阀46代替传统的二通控制阀，通过调节二次网回水直接汇入供水的混合比例来调节二次网供水温度，有效利用了回水热能，进一步提高能源利用率，同时可以根据室外温度变化调节二次网供水温度(设置的目标温度)，并保持二级循环泵45按恒定流量循环，延长了机器使用寿命，实现了系统按需供热的节能稳定运行。

另外，可以在换热站控制装置40中利用多个智能温控三通控制阀46控制多条供水回路，从而通过调整不同智能温控三通控制阀的开度，实现分区控制，即不同的建筑供水温度不同。

如图3所示，本实用新型提供的智能集中供热管理系统，针对楼宇用户30分别设置了相应的终端控制装置50，终端控制装置50设置每个楼宇用户30侧，以实现供热管网的水力平衡。

终端控制装置50，包括多个室内温度传感器31和设置在楼宇用户30的供水管和回水管上的第二流量传感器51和第二温度传感器52，供水管的入口端设置智能两通控制阀53。智能两通控制阀53的进口连接二次网供水管，出口连接楼宇用户侧的供水管。各智能两通控制阀53根据室内温度传感器的采集结果调整开度，以改变相应楼宇用户30的进户侧的供水量。终端控制装置50的具体控制方式如下：

室内温度传感器31、第二流量传感器51和第二温度传感器52将采集到的室内温度、供水管入口的瞬时流量和供水回水温度通过NBIOT通信技术传送至物联网控制中心60，并由物联网控制中心60结合现有流量数据以及供热单位面积、室内温度计算出各供水管入口所需的合理流量值；物联网控制中心60根据合理流量值将开度调整指令发送到各供水管入口的智能两通控制阀53，并由智能两通控制阀53自动调整至全管网水力平衡及供热平衡。

物联网控制中心60还可以根据室内温度传感器31和第二流量传感器51以及第二温度传感器52采集的室内温度、供水管入口的瞬时流量和供回水温度数据，控制供水管入口端的智能两通控制阀53，使楼宇用户30的室内温度保持在系统预设的范围内。

终端控制装置50根据楼宇用户30的节能等级以及管网现状，由物联网控制中心60计算出满足当前系统最佳的供热效率的热力匹配流量值，自动调整全管网的水力平衡，解决了现有技术近端用户过热、远端用户过冷的问题，避免造成热能浪费。

本实用新型中，智能温控三通控制阀46与智能两通控制阀53上设置有控制器，智能温控三通控制阀46同第一温度传感器43和物联网控制中心60连接，智能连通控制阀53同室内温度传感器31、第二温度传感器52和物联网控制中心60连接，分别形成闭环自动控制。一方面，智能温控三通控制阀46和智能两通控制阀53可根据物联网控制中心60发出的目标温度值以及温度和流量传感器检测到的数据由智能控制器发出信号通过执行器直接进行对智能温控三通控制阀46和智能两通控制阀53的开度进行调整，形成闭环自动控制，这种闭环自动控制具有方便快捷的特点，可以提高控制系统的精确性。另一方面，当无线网络发生故障时，智能温控三通控制阀46和智能两通控制阀53可以根据采集到的流量数据和温度数据及智能温控器设置的目标温度自动调整，确保控制供热管理系统正常稳定运行，提高了供热管理系统的稳定性。

如图4所示，本实用新型提供的智能集中供热管理系统，根据楼宇用户30的类型和自身功能的不同，设置了分时分区装置70，分时分区装置70具体的调节方式如下：

物联网控制中心60根据楼宇用户30的自身使用功能，对不同供热分区楼宇用户30进行供热，并在此供热分区的基础上，对一天中的时间段做出合理划分，计算出每个时间段的供热负荷，调节智能两通控制阀53，实现对楼宇用户3不同时间段的供热。

例如，对于智能集中供热管理系统内的住宅楼宇用户和商场楼宇用户，由于住宅楼宇用户和商场楼宇用户的热能使用时间不同，因此将住宅楼宇用户划分到全时供热区71，将商场楼宇用户划分到分时供热区72。在此供热分区基础上，全时供热区71全时供热，分时供热区72根据热能的使用时间按时间段供热。根据热量表32的反馈，商场楼宇用户使用时间为白天的8:30-22:00,在该时间段内，物联网控制中心60和终端控制装置50通过调整智能两通控制阀53的开度，使室内温度保持在系统预设的温度以上；在晚上以及休息日，物联网控制中心60控制调整智能两通控制阀53使室内温度保持在系统预设的防冻温度，从而实现供热系统的节能运行。

分时分区装置70满足了不同类型的楼宇用户30的供热需求，实现了对楼宇用户30的供热时段的管理，节省了大量能源。

与现有技术相比，本实用新型中室内温度传感器设置在每个楼宇用户中处于顶层和外层的房间内，通过几个特殊的监控点对整栋建筑的室内温度进行监控，不需要在每家用户中安装室内温度传感器，降低了智能集中供热管理系统的安装成本，节约了运行资金；每个楼宇用户只需要设置一个终端控制装置，不需要对现有的供热管理系统进行大规模改装，有利于智能集中供热管理系统的推广实施。

本实用新型设置室内温度传感器、室外温度气象仪、第一温度传感器、第二温度传感器，形成完整的温度监控系统，从而实现管理人员对整个供热系统运行温度的监控。同时，采集的温度数据可以在物联网控制中心中显示，方便管理人员直观地分析各项温度数据异常变化的原因，从而更快更方便地解决供热系统运行过程中产生的问题。

本实用新型并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种智能集中供热节能管理系统论文和设计

一种智能集中供热节能管理系统论文和设计-唐招抚

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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