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基于节点质量和能量平衡理论的分户热计量方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及集中供热计量收费领域，为针对分户热计量供暖系统的主要形式——按户分环的室内供暖系统，开发计量准确且成本较低的新型供热计量方法和装置，推动供热计量技术在不同经济水平地区的发展。为此，本发明采取的技术方案是，基于节点质量和能量平衡理论的分户热计量方法和装置，结构为：检测元件包括楼栋热力入口回水总管安装的热计量表、每个用户水平分环供回水干管的供水温度和回水温度传感器、回水总立管各管段的温度传感器；楼栋数据处理器包括通信接口、输入通道、输出通道、中央处理器和存储器；区域数据采集系统。本发明主要应用于集中供热计量场合。
【专利说明】基于节点质量和能量平衡理论的分户热计量方法和装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及集中供热计量收费领域，尤其涉及一种基于节点质量和能量平衡理论 的分户热计量方法和装置。 技术背景
[0002] 作为建筑节能的主要措施之一，近几年供热计量技术发展很快。按户分环的室内 供暖系统是分户热计量供暖系统的主要形式之一，《供热计量技术规程JGJ173-2009》针对 该形式推荐了三种分户计量方法：户用热量表法、流量温度法和通断时间面积法。户用热量 表法可以直接计量用户热量，比较直观，便于理解；流量温度法是利用分户独立系统与热力 入口流量之比相对不变的原理，结合现场测试的流量比例和各分支三通前后温差，分摊建 筑的总供热量；通断时间面积法是以每户的供暖系统通水时间为依据，分摊建筑的总供热 量。
[0003] 除了规程推荐的三种方法外，还有一些研究者提出了其他的热计量分摊方法。针 对"通断时间面积法"热能分配方案的分配原则仅根据使用热能时间和使用热能面积来计 算，未考虑不同时间取暖，即使采暖时间相同但获取热能不一定相同的问题，有研究者提出 了一些改进方法。"一种热能实时实效面积分配方法"能够根据某一单位时间内各个用户在 用房间实效面积占全部用户在用房间实效面积的比值，进行各个用户热能的实时分配，考 虑了用户不同采暖时间对用户用热量的影响。"一种供热计量热量分摊方法及装置"通过实 时测量用户的供回水温度和室外温度计算出各户的温度修正系数，进而对通断阀门在各个 分摊周期内的开启时间比进行实时修正。
[0004] 每种计量方法均有不同的特点和适用性，除了户用热量表法外，其他方法均属于 间接计量的方法，虽然投资相对较低，但是不能适用于分室温控的室内系统，仅能够实现分 摊热量，而且计量误差相对较大。户用热量表法虽然计量直观，但是该方法所需管井面积较 大，初投资和维护成本较高。


【发明内容】

[0005] 为了克服现有技术的不足，针对分户热计量供暖系统的主要形式--按户分环的 室内供暖系统，开发计量准确且成本较低的新型供热计量方法和装置，推动供热计量技术 在不同经济水平地区的发展。为此，本发明采取的技术方案是，基于节点质量和能量平衡 理论的分户热计量装置，结构为：检测元件包括楼栋热力入口回水总管安装的热计量表、每 个用户水平分环供回水干管的供水温度和回水温度传感器、回水总立管各管段的温度传感 器；楼栋数据处理器包括通信接口、输入通道、输出通道、中央处理器和存储器，能够采集、 转换并存储楼栋热量表、温度传感器等检测元件检测的信号，利用中央处理器对数据进行 计算，得出各用户的瞬时流量、瞬时热量和累计热量，并能够向区域数据采集系统实时传输 数据；区域数据采集系统用于实时采集并存储楼栋数据处理器上传的各用户及楼栋的累计 热量、瞬时热量、瞬时流量、瞬时供水温度和回水温度数据。
[0006] 基于节点质量和能量平衡理论的分户热计量方法：利用节点质量平衡和能量平衡 原理，采集总立管各管段回水温度t m(i)、各用户供水温度tYe(i)、各用户回水温度tYH(i)以及 楼栋热量表计量的瞬时流量G和热量值Q，按照由底层到顶层的顺序顺次计算出各个用户 的实时流量G Y(i)，进而根据实时监测的用户供回水温度计算出用户的实时热量，实现分户 热计量。
[0007] 具体计算方法为：已知热量表计量的瞬时流量G，第一层用户瞬时回水温度tYH(1)， 热力入口至一层用户之间回水立管瞬时温度t mi)、一层用户和二层用户之间回水立管瞬时 温度tM(2)，根据节点质量和能量平衡原理，利用公式（1)和（2)联立，计算出一层用户的瞬 时流量G Y(1)、一层用户和二层用户之间回水立管瞬时流量GU2);同理，根据上述计算方法，利 用公式（3)和⑷联立，计算出任意用户瞬时流量G Y(i):

【权利要求】
1. 一种基于节点质量和能量平衡理论的分户热计量装置，其特征是，结构为：检测元 件包括楼栋热力入口回水总管安装的热计量表、每个用户水平分环供回水干管的供水温度 和回水温度传感器、回水总立管各管段的温度传感器；楼栋数据处理器包括通信接口、输入 通道、输出通道、中央处理器和存储器，能够采集、转换并存储楼栋热量表、温度传感器等检 测元件检测的信号，利用中央处理器对数据进行计算，得出各用户的瞬时流量、瞬时热量和 累计热量，并能够向区域数据采集系统实时传输数据；区域数据采集系统用于实时采集并 存储楼栋数据处理器上传的各用户及楼栋的累计热量、瞬时热量、瞬时流量、瞬时供水温度 和回水温度数据。
2. -种基于节点质量和能量平衡理论的分户热计量方法，其特征是，基于节点质量和 能量平衡理论的分户热计量方法：利用节点质量平衡和能量平衡原理，采集总立管各管段 回水温度t m(i)、各用户供水温度tYe(i)、各用户回水温度tYH(i)以及楼栋热量表计量的瞬时流 量G和热量值Q，按照由底层到顶层的顺序顺次计算出各个用户的实时流量G Y(i)，进而根据 实时监测的用户供回水温度计算出用户的实时热量，实现分户热计量。
3. 如权利要求2所述的基于节点质量和能量平衡理论的分户热计量方法，其特征是， 具体计算方法为：已知热量表计量的瞬时流量G，第一层用户瞬时回水温度t YH(1)，热力入 口至一层用户之间回水立管瞬时温度tmi)、一层用户和二层用户之间回水立管瞬时温度 tm(2)，根据节点质量和能量平衡原理，利用公式（1)和（2)联立，计算出一层用户的瞬时流 量G Y(1)、一层用户和二层用户之间回水立管瞬时流量GU2);同理，根据上述计算方法，利 用公式（3)和⑷联立，计算出任意用户瞬时流量GY(i):
式中，c为水的质量比热；G为楼栋热量表计量的瞬时流量；GY(1)为一层用户瞬时流量； tm(1)为楼栋热力入口至一层用户之间回水立管瞬时温度；GU2)为一层用户和二层用户之间 回水立管瞬时温度；t YH(1)为一层用户瞬时回水温度；
式中，GUi)为第i-Ι层用户和第i层用户之间回水立管瞬时流量；GUi+1)为第i层用户 和第i+Ι层用户之间回水立管瞬时流量；GY(i)为第i层用户瞬时流量；t_为第i-Ι层用 户和第i层用户之间回水立管温度；t m(i+1)为第i层用户和第i+Ι层用户之间回水立管温 度；?γ--ω为弟i层用户回水温度； 根据计算的第i层用户瞬时流量GY(i)，以及监测的各用户供水温度QY(i)和第i层用户 回水温度tYH(i)，利用公式（5)，可以计算出相应用户的瞬时热量QY(i)，根据公式（6)，计算出 各用户的累计热量Q YUi):
式中，QY(i)为第i层用户瞬时热量；tYe(i)为第i层用户瞬时供水温度；
式中，Λ T为采样周期；T为热量累计时间。
【文档编号】G01K17/06GK104142193SQ201410378793
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】凌继红, 邢金城 申请人:天津大学